Прыклады пытанняў і абмеркаванне алканаў
Алканы — гэта простыя вуглевадародныя злучэнні, якія маюць адзінарныя сувязі паміж атамамі вугляроду і вадароду. Яны таксама вядомыя як парафіны і маюць насычаныя вугляродныя ланцугі. Асноўнай характарыстыкай алканаў з'яўляецца іх інертнасць, таму яны часта выкарыстоўваюцца ў якасці паліва і змазак. У гэтым артыкуле мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач і іх рашэнні, звязаных з алканамі.
Уводзіны ў алканы
Алканы можна выразіць агульнай формулай \(C_nH_{2n+2}\), дзе \(n\) — колькасць атамаў вугляроду. Найпрасцейшым алканам з'яўляецца метан (\(CH_4\)) з адным атамам вугляроду. За ім ідуць этан (\(C_2H_6\)), прапан (\(C_3H_8\)) і гэтак далей. Назвы алканаў адпавядаюць наменклатуры IUPAC (Міжнародны саюз чыстай і прыкладной хіміі), у якой выкарыстоўваецца канчатак «-ан».
Фізічныя ўласцівасці алканаў
– Фізічны стан: чым больш атамаў вугляроду ў ланцугу, тым вышэйшыя тэмпературы плаўлення і кіпення. Напрыклад, метан, этан і прапан з'яўляюцца газамі пры пакаёвай тэмпературы, у той час як больш буйныя алканы (напрыклад, актан) — вадкасці.
– Растваральнасць: Алканы нерастваральныя ў вадзе, але растваральныя ў іншых непалярных растваральніках з-за іх гідрафобнай прыроды.
– Рэактыўнасць: Алканы адносна менш рэакцыйныя, чым іншыя вуглевадароды, з-за наяўнасці ў іх моцных адзінарных сувязяў.
Важныя рэакцыі алканаў
– Гарэнне: алканы могуць згараць цалкам з утварэннем вуглякіслага газу і вады, альбо няпоўнага згарання з утварэннем вокісу вугляроду і вады.
– Галагенаванне: алканы могуць рэагаваць з галагенамі (напрыклад, хлорам або бромам) пры пэўных умовах з утварэннем алкілгалогенідаў.
Давайце разгледзім некалькі прыкладаў пытанняў і іх абмеркавання, каб лепш зразумець вышэйзгаданыя паняцці.
Прыклад пытання 1: Найменне алканаў
Соль
Дайце назву наступнага злучэння паводле IUPAC:
1. \( CH_3-CH_2-CH_3 \)
2. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \)
3. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \)
Абмеркаванне
1. Злучэнне з формулай \(CH_3-CH_2-CH_3 \) — прапан. Назва IUPAC для гэтага злучэння — прапан.
2. Злучэнне з формулай \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \) — гэта пентан. Назва IUPAC для гэтага злучэння — пентан.
3. Злучэнне з формулай \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \) — гэта гептан. Назва IUPAC для гэтага злучэння — гептан.
Пенджэласан
Пры найменні алканаў можна кіравацца двума асноўнымі правіламі:
1. Вызначце самы доўгі вугляродны ланцуг як асноўны ланцуг.
2. Назавіце яго ў адпаведнасці з колькасцю атамаў вугляроду ў ланцугу (мет-, эт-, проп-, але- і г.д.), пасля чаго дадайце суфікс -ан.
Прыклад пытання 2: Ізамеры
Соль
Напішыце і назавіце ізамерныя структуры бутану (\(C_4H_{10}\)).
Абмеркаванне
Бутан мае два структурныя ізамеры:
1. н-бутан:
Структура: \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \)
Назва IUPAC: н-бутан
2. Ізабутан (метылпрапан):
Структура:
"
CH3
|
CH3-C-CH3
|
H
"
Назва па IUPAC: 2-метылпрапан
Пенджэласан
Ізамеры — гэта злучэнні з аднолькавай малекулярнай формулай, але рознай структурай. Для бутану (\(C_4H_{10}\)) магчымыя дзве структуры:
– н-бутан мае прамы вугляродны ланцуг.
– Ізабутан мае адгалінаванне (метыл) на другім вугляродзе.
Прыклад пытання 3: Гарэнне алканаў
Соль
Напішыце рэакцыі поўнага і няпоўнага згарання прапану (\(C_3H_8\)).
Абмеркаванне
1. Ідэальнае згаранне:
Рэакцыя: \(C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O \)
2. Няпоўнае згаранне:
– Утварае чадны газ:
Рэакцыя: \(C_3H_8 + 3.5O_2 \rightarrow 3CO + 4H_2O \)
– Утварае цвёрды вуглярод (сажу):
Рэакцыя: \(C_3H_8 + 2O_2 \rightarrow 3C + 4H_2O \)
Пенджэласан
Пры поўным згаранні алканы рэагуюць з дастатковай колькасцю кіслароду, утвараючы вуглякіслы газ і ваду. Пры няпоўным згаранні з-за недахопу кіслароду ўтвараецца чадны газ або цвёрды вуглярод.
Прыклад пытання 4: Рэакцыі замяшчэння ў алканах
Соль
Напішыце ўраўненне рэакцыі галагенавання метану хлорам і назавіце атрыманы прадукт.
Абмеркаванне
Рэакцыя замяшчэння метану хлорам:
\[ CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl \] (у прысутнасці УФ-святла)
У выніку ўтвараюцца хларыд метылу (\(CH_3Cl\)) і саляная кіслата (\(HCl\)).
Пенджэласан
Галагенаванне — гэта рэакцыя, у якой адзін або некалькі атамаў вадароду ў алкане замяшчаюцца атамамі галагену. У гэтым выпадку метан рэагуе з хлорам, дзе адзін атам вадароду замяшчаецца атамам хлору, і ў якасці каталізатара патрабуецца ультрафіялетавае выпраменьванне.
Прыклад пытання 5: Эмпірычныя і малекулярныя формулы
Соль
Улічваючы алканавае злучэнне з масавым складам 82,76% вугляроду і 17,24% вадароду, вызначце эмпірычную і малекулярную формулы алкана, калі яго малярная маса роўная 58 г/моль.
Абмеркаванне
1. Вылічыце молямі кожнага элемента на аснове атамнай масы.
– C: ((82,76}{12) = 6,896)
– H: ((17,24) = 17,24)
2. Нармалізуйце параўнанне для спрашчэння:
– Абсалютнае суадносіны: \( \left(\frac{6,896}{6,896}\right) = 1 \)
– Суадносіны H/C: \( \left(\frac{17,24}{6,896} \right) = 2,5 \)
3. Змяніце суадносіны: \[ C_{2}\left(\frac{2,5 \cdot (2)}{2}\right)H_{5} = C_{4}H_{10}\]
4. Эмпірычная формула \(C_4H_{10}\) адпавядае алкану (58 г/моль).
Пенджэласан
Выконваючы гэтыя крокі, мы атрымліваем эмпірычныя і малекулярныя формулы алканаў, нармалізаваныя на аснове адносных атамных мас і агульнага балансу масы.
Выснова
Разуменне алканаў мае важнае значэнне ў асновах арганічнай хіміі. На розных прыкладах і дыскусіях мы разгледзелі, як называць алканы, разумець ізамерыю, рэакцыі гарэння, замяшчэнне, а таксама вызначаць эмпірычныя і малекулярныя формулы алканаў. Разуменне гэтых паняццяў дапаможа вам падрыхтавацца да розных ужыванняў і праблем, звязаных з насычанымі вуглевадародамі ў паўсядзённым жыцці і прамысловасці.
