Алкандар туралы мысал сұрақтар және талқылау
Алкандар - көміртек пен сутегі атомдары арасында бірыңғай байланыстары бар қарапайым көмірсутек қосылыстары. Олар парафиндер деп те аталады және қаныққан көміртек тізбектеріне ие. Алкандардың негізгі сипаттамасы - олардың инерттілігі, сондықтан олар көбінесе отын және майлағыш ретінде қолданылады. Бұл мақалада біз алкандарға қатысты бірнеше мысал есептерді және олардың шешімдерін талқылаймыз.
Алкандарға кіріспе
Алкандарды жалпы формуламен өрнектеуге болады \(C_nH_{2n+2}\), мұндағы \(n\) - көміртек атомдарының саны. Ең қарапайым алкан - бір көміртек атомы бар метан (\(CH_4\)). Одан кейін этан (\(C_2H_6\)), пропан (\(C_3H_8\)) және т.б. келеді. Алкандардың атаулары IUPAC (Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы) номенклатурасына сәйкес келеді, онда '-an' жалғауы қолданылады.
Алкандардың физикалық қасиеттері
– Физикалық күйі: Тізбекте көміртек атомдары неғұрлым көп болса, балқу және қайнау температуралары соғұрлым жоғары болады. Мысалы, метан, этан және пропан бөлме температурасындағы газдар, ал үлкен алкандар (мысалы, октан) сұйықтықтар.
– Ерігіштігі: Алкандар суда ерімейді, бірақ гидрофобты табиғатына байланысты басқа полярлы емес еріткіштерде ериді.
– Реактивтілік: Алкандар күшті дара байланыстарына байланысты басқа көмірсутектерге қарағанда салыстырмалы түрде аз реактивті.
Алкандардың маңызды реакциялары
– Жану: Алкандар толық жанып, көмірқышқыл газы мен су түзуі немесе толық емес жанып, көмірқышқыл газы мен су түзуі мүмкін.
– Галогендеу: Алкандар белгілі бір жағдайларда галогендермен (мысалы, хлор немесе бром) әрекеттесіп, алкилгалогенидтерін түзе алады.
Жоғарыда келтірілген ұғымдарды жақсырақ түсіну үшін бірнеше мысал сұрақтарды және олардың талқылауларын қарастырайық.
1-мысал сұрақ: Алкандарды атау
Суал
Келесі қосылыстың IUPAC атауын беріңіз:
1. \( CH_3-CH_2-CH_3 \)
2. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \)
3. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \)
Талқылау
1. \(CH_3-CH_2-CH_3 \) формуласы бар қосылыс пропан болып табылады. Бұл қосылыстың IUPAC атауы - пропан.
2. \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \) формуласы бар қосылыс пентан болып табылады. Бұл қосылыстың IUPAC атауы - пентан.
3. \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \) формуласы бар қосылыс гептан болып табылады. Бұл қосылыстың IUPAC атауы - гептан.
Түсіндіру
Алкандарды атаған кезде екі негізгі ережені сақтауға болады:
1. Ең ұзын көміртек тізбегін негізгі тізбек ретінде анықтаңыз.
2. Тізбектегі көміртек атомдарының санына (met-, et-, prop-, but- және т.б.) қарай атаңыз, содан кейін -ane жұрнағы жалғанады.
2-мысал: Изомерлер
Суал
Бутанның (\(C_4H_{10}\)) изомерлік құрылымдарын жазыңыз және атаңыз.
Талқылау
Бутанның екі құрылымдық изомері бар:
1. n-бутан:
Құрылымы: \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \)
IUPAC атауы: n-Бутан
2. Изобутан (метилпропан):
Құрылымы:
««
CH3
|
CH3-C-CH3
|
H
««
IUPAC атауы: 2-Метилпропан
Түсіндіру
Изомерлер – молекулалық формуласы бірдей, бірақ құрылымдары әртүрлі қосылыстар. Бутан (\(C_4H_{10}\)) үшін екі мүмкін құрылым бар:
– n-бутанның түзу көміртек тізбегі бар.
– Изобутанның екінші көміртегінде тармағы (метил) бар.
3-мысал: Алкандардың жануы
Суал
Пропанның толық және толық емес жану реакцияларын жазыңыз (\(C_3H_8\)).
Талқылау
1. Тамаша жану:
Реакция: \( C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O \)
2. Толық емес жану:
– Көмірқышқыл газын шығарады:
Реакция: \( C_3H_8 + 3.5O_2 \rightarrow 3CO + 4H_2O \)
– Қатты көміртекті (күйе) түзеді:
Реакция: \( C_3H_8 + 2O_2 \rightarrow 3C + 4H_2O \)
Түсіндіру
Толық жану кезінде алкандар көмірқышқыл газы мен суды түзу үшін жеткілікті оттегімен әрекеттеседі. Оттегінің жетіспеушілігінен толық емес жану көміртегі тотығы немесе қатты көміртекті түзеді.
4-мысал: Алкандардағы орын басу реакциялары
Суал
Метанның хлормен галогендену реакция теңдеуін жазыңыз және алынған өнімді атаңыз.
Талқылау
Метанды хлормен алмастыру реакциясы:
\[ CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl \] (ультракүлгін сәуленің әсерінен)
Нәтижесінде метилхлорид (\(CH_3Cl\)) және тұз қышқылы (\(HCl\)) түзіледі.
Түсіндіру
Галогендеу - алкандардағы бір немесе бірнеше сутегі атомдары галоген атомдарымен алмастырылатын реакция. Бұл жағдайда метан хлормен әрекеттеседі, мұнда бір сутегі атомы хлор атомымен алмастырылады, ал катализатор ретінде ультракүлгін сәуле қажет.
5-мысал: Эмпирикалық және молекулалық формулалар
Суал
Массалық құрамы 82,76% көміртек және 17,24% сутектен тұратын алкан қосылысы берілгенде, алканның молярлық массасы 58 г/моль болса, оның эмпирикалық және молекулалық формулаларын анықтаңыз.
Талқылау
1. Әрбір элементтің мольдерін атом массасына негіздеп есептеңіз.
– C: \( \left(\frac{82,76}{12}\right) = 6,896 \)
– H: \( \left(\frac{17,24}{1}\right) = 17,24 \)
2. Салыстыруды жеңілдету үшін нормалаңыз:
– Абсолютті қатынас: \( \left(\frac{6,896}{6,896}\right) = 1 \)
– H/C қатынасы: \( \left(\frac{17,24}{6,896}\right) = 2,5 \)
3. Қатынасты өзгертіңіз: \[ C_{2}\left(\frac{2,5 \cdot (2)}{2}\right)H_{5} = C_{4}H_{10}\]
4. Эмпирикалық формула алканмен (58 г/моль) сәйкес келеді.
Түсіндіру
Осы қадамдарды орындау арқылы біз салыстырмалы атомдық массалар мен жалпы массалық тепе-теңдік негізінде нормаланған алкандардың эмпирикалық және молекулалық формулаларын аламыз.
Қорытынды
Алкандарды түсіну органикалық химияның негізгі салаларында өте маңызды. Әртүрлі мысалдар мен талқылаулар арқылы біз алкандарды қалай атау керектігін, изомерияны, жану реакцияларын, орын басу процестерін түсінуді және алкандардың эмпирикалық және молекулалық формулаларын анықтауды қарастырдық. Бұл ұғымдарды түсіну сізге күнделікті өмірде және өнеркәсіпте қаныққан көмірсутектердің әртүрлі қолданылуы мен қиындықтарына дайындалуға көмектеседі.
