Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 9 клас>> Хімія: Гомологи метану, їх фізичні властивості. Молекулярні та структурні формули, назви. Моделі молекул. Значення моделювання в хімії

ГОМОЛОГИ МЕТАНУ. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГОМОЛОГІВ МЕТАНУ. МОЛЕКУЛЯРНІ ТА СТРУКТУРНІ ФОРМУЛИ, НАЗВИ. МОДЕЛІ МОЛЕКУЛ. ЗНАЧЕННЯ МОДЕЛЮВАННЯ В ХІМІЇ

Гомологи метану. Молекулярні та структурні формули, назви.

Після опрацювання § 22 ви зможете:

називати перші 10 членів гомологічного ряду метану, загальну формулу цього ряду; складати молекулярні, електронні та структурні формули гомологів метану й пояснювати їх; збирати моделі молекул гомологів метану; пояснювати суть гомології.

На шляху до успіху пригадаємо з вивчених курсів хімії:

що таке кристалогідрати; як визначають карбон (IV) оксид; яку будову має молекула метану; як складають електронні формули речовин; що таке спрощена структурна формула і як її перетворити на повну структурну формулу речовини.

• Гомологи метану (алкани) трапляться у нашому житті чи не на кожному кроці (мал. 22.1). Вони - компоненти  природного і попутного нафтового газу, нафти.

Що означає слово «гомолог»? У перекладі з давньогрецької  означає «подібний, схожий», а  - «слово», «закон». Чим саме подібні до метану та між собою його гомологи?

Елементний склад численних гомологів метану з'ясуймо за допомогою простого досліду (мал. 22.2). Продукти згоряння парафіну пропустімо послідовно через безводний купрум(ІІ) сульфат і водний розчин кальцій гідроксиду (вапняну воду).

Помутніння вапняної води зумовлює продукт повного окиснення парафіну карбон(IV) оксид. Його утворення під час горіння парафіну є підставою стверджувати, що у складі гомологів метану є Карбон. Кіптява, яка утворюється під час неповного згоряння парафіну, також свідчить про наявність Карбону у складі його компонентів.

Завдання

Запишіть рівняння реакції між карбон(IV) оксидом і кальцій гідроксидом. Класифікуйте цю хімічну реакцію.

Другий продукт повного окиснення парафіну - вода. Отже, до складу гомологів метану входить Гідроген.

Завдання

Опишіть зміну кольору безводного купрум(ІІ) сульфату (мал. 22.2). Запишіть хімічне рівняння, яке пояснює ці зміни (див. § 5).

Якісний і кількісний аналіз довели, що будь-який гомолог метану містить лише два хімічні елементи - Карбон і Гідроген. Такі речовини називають вуглеводнями. Однак не всі вуглеводні є гомологами метану. До них належать лише ті, склад яких описує загальна формула С_nН_2n+2, де n - додатне ціле число. Наприклад, молекулярна формула алкану, у складі якого 4 атоми Карбону, - С₄Н₁₀.

Завдання

Запишіть молекулярні формули алканів, у складі яких: а) 2; б) 5; в) 17 атомів Карбону.

Отже, поміж розмаїття органічних сполук можна виокремити речовини з однаковим якісним складом, подібні за будовою і хімічними властивостями. Такі речовини називають гомологами. За кількісним складом вони відрізняються один від одного на певну кількість груп -СН₂-. Групу -СН₂- називають гомологічною різницею. Гомологи, розташовані за зростанням їхньої відносної молекулярної маси, утворюють гомологічний ряд. Формула будь-якого наступного гомолога може бути отримана додаванням гомологічної різниці до формули попереднього члена гомологічного ряду.

Завдання

Поясніть, як, знаючи хімічну формулу гексану С₆Н₁₄, визначити формулу гомолога, який у гомологічному ряду: а) передує йому; б) розташований після нього.

Зауважмо, що гомологічні ряди можна побудувати для всіх класів органічних сполук. Приміром, на схемі 22.1 зазначено назви деяких органічних речовин, з якими ви ознайомитеся цього року. Кожна зі сполук є представником певного гомологічного ряду. Проте не обов'язково докладно вивчати усі представники ряду. Адже знаючи властивості одне: і з членів гомологічного ряду, можна дійти висновків щодо властиве і інших представників того ж ряду. Це й зумовлює важливість поняття гомології під час вивчення органічної хімії.

• Молекулярні та структурні формули, назви перших десяти членів гомологічного ряду метану представлені у таблиці 22.1. Зверніть увагу на наведені у ній повні структурні формули алканів: кожний наступні гомолог метану виведено з попереднього. Це може бути зроблено заміщенням на групу -СН₃ одного з атомів Гідрогену або розташуванням групи -СН₂- між двома сусідніми атомами Карбону (мал. 22.3).

Завдання

Виведіть двома способами структурну формулу гептану зі структурної формули гексану.

Завдання

1. Запишіть електронні формули пропану та пентану. 2. Проаналізуйте зміст таблиці 22.1 і визначте, чи справедливі загальні закономірності зміни кількісного складу гомологів для представників гомологічного ряду метану.

Повні структурні формули відображують послідовність розміщення  атомів Карбону і Гідрогену. З них очевидно, що в алканах атоми Карбону сполучені між собою тільки одинарними (простими, ординарними) зв'язками, а решта зв'язків з'єднує їх з атомами Гідрогену. Аби з'ясувати, як атоми Карбону і Гідрогену розміщені один відносно одного у просторі, звернімося до матеріальних моделей алканів (мал. 22.4).

У метані та його гомологах зв'язки між атомами розміщені в просторі під кутом 109,5°. Тому молекула найпростішого алкану має тетраедричну форму, у молекулі етану два атоми Карбону розташовані на одній прямій, а молекули решти алканів набувають зигзагуватої форми (мал. 22.5).

Завдання

За спрощеними структурними формулами деяких алканів запишіть їхні повні структурні й електронні формули:

Починаючи  від етану виникає живість обертання навколо ординарного зв'язку С - С. Внаслідок цього молекули алканів можуть набувати різноманітних геометричних форм (мал. 22.4, 4, а - г). Молекулам алканів з понад двома атомами Карбону в ланцюзі властиві вигнуті форми.

Найміцніше засвоюється інформація, одержувана під час самостійного спостереження або дослідження. Аби на власні очі (радше сказати, власноруч) пересвідчитися у зигзагуватій будові карбонового ланцюга і можливостях обертання атомів навколо карбон-карбонових зв’язків, виконайте лабораторний дослід.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

№ 6. Виготовлення моделей молекул вуглеводнів

Завдання. Виготовте моделі молекул метану, етану, пропану, бутану, пентану та підготуйте план складання моделей.

Обладнання: пластилін темного і світлого кольорів, сірники або набір для складання кулестержневих моделей молекул.

Порада. Об'єднайтеся в «домашні» групи з п'ятьох учнів, ознайомтеся із завданням: кожен з вас має вибрати вуглеводень, який моделюватиме. Перейдіть до «робочої» групи - усі її члени виготовлятимуть модель одного й того самого вуглеводню. Ви зможете порівняти з роботами інших учнів власноруч виготовлену модель та разом скласти план її виготовлення. Потім поверніться до своєї «домашньої» групи, аби продемонструвати свій доробок і узагальнити здобуті знання та вміння. Порівняйте готові моделі і складені плани, виокремте ті пункти плану, які можна використати для самоконтролю.

Інструкції для «робочих» груп

Інструкція 1. Змоделюйте молекулу метану. Для цього зі світлого пластиліну виготовте чотири кульки діаметром 2,4 мм - моделі атомів Гідрогену, а з темного - одну кульку, діаметр якої в 1,5 раза більший за модель атома Гідрогену. Це приблизно передасть співвідношення розмірів атомів Гідрогену й Карбону. На поверхні моделі атома Карбону позначте чотири рівновіддалені по кутах тетраедра точки. Вставте в них сірники, на кінці яких приєднайте моделі атомів Гідрогену. Скільки сірників потрібно для моделювання хімічних зв'язків між атомами? Яка валентність Карбону в молекулі метану? Перевірте чи дорівнюють кути між зв'язками 109,5°. Підготуйте план складання моделі цієї молекули.

Інструкція 2. Змоделюйте молекулу етану. Для цього зі світлого пластиліну виготовте шість кульок діаметром 2,4 мм - моделі атомів Гідрогену, а з темного - дві кульки, діаметри яких у 1,5 раза більші за модель атома Гідрогену. Це приблизно передасть співвідношення розмірів атомів Гідрогену і Карбону. На поверхнях кульок - моделей атома Карбону - позначте чотири рівновіддалені по кутах тетраедрі точки. Обидві кульки з'єднайте сірником. У решту позначених точок вставте сірники, на кінці яких приєднайте моделі атомів Гідрогену Скільки сірників потрібно для моделювання хімічних зв'язків між атомами? Яка валентність Карбону в молекулі етану? Перевірте, чи дорівнюють кути між зв'язками 109,5°. Підготуйте план складання моделі цієї молекули.

Інструкція 3. Змоделюйте молекулу пропану. Для цього зі світлого пластиліну виготовте вісім кульок діаметром 2,4 мм - моделі атомів Гідрогену, а з темного - три кульки, діаметри яких у 1,5 раза більші за модель атома Гідрогену. Це приблизно передасть співвідношення розмірів атомів Гідрогену і Карбону. На поверхнях кульок – моделей атома Карбону - позначте чотири рівновіддалені по кутах тетраедрі точки. Кульки - моделі атома Карбону - з'єднайте сірниками. У решту позначених точок вставте сірники, на кінці яких приєднайте моделі атомів Гідрогену. Скільки сірників потрібно для моделювання хімічних зв'язків між атомами? Яка валентність Карбону в молекулі пропану? Перевірте, чи дорівнюють кути між зв'язками 109,5°. Підготуйте план складання моделі цієї молекули.

Інструкція 4. Змоделюйте молекулу бутану. Для цього зі світлого пластиліну виготовте десять кульок діаметром 2,4 мм - моделі атомів Гідрогену, а з темного - чотири кульки, діаметри яких у 1,5 раза більші за модель атома Гідрогену. Це приблизно передасть співвідношення розмірів атомів Гідрогену і Карбону. На поверхнях кульок -моделей атома Карбону - позначте чотири рівновіддалені по кутах тетраедра точки. Кульки - моделі атома Карбону - з'єднайте сірниками. У решту позначених точок вставте сірники, на кінці яких приєднайте моделі атомів Гідрогену. Скільки сірників потрібно для моделювання хімічних зв'язків між атомами? Яка валентність Карбону в молекулі бутану? Перевірте, чи дорівнюють кути між зв'язками 109,5°. З'ясуйте, чи можливе обертання навколо зв'язків С-С. Підготуйте план складання моделі цієї молекули.

Інструкція 5. Змоделюйте молекулу пентану. Для цього зі світлого пластиліну виготовте дванадцять кульок діаметром 2,4 мм - моделі атомів Гідрогену, а з темного - п'ять кульок, діаметри яких у 1,5 раза більші за модель атома Гідрогену. Це приблизно передасть співвідношення розмірів атомів Гідрогену і Карбону. На поверхнях кульок -моделей атома Карбону - позначте чотири рівновіддалені по кутах тетраедра точки. Кульки - моделі атома Карбону - з'єднайте сірниками. У решту позначених точок вставте сірники, на кінці яких приєднайте моделі атомів Гідрогену. Скільки сірників ви витратили для моделювання хімічних зв'язків між атомами? Яка валентність Карбону у молекулі пентану? Перевірте, чи дорівнюють кути між зв'язками 109,5°. З'ясуйте, чи можливе обертання навколо зв'язків С-С. Підготуйте план складання моделі цієї молекули.

Інструкції для «домашніх» груп

Порівняйте плани моделювання та моделі молекул метану, етану, пропану, бутану, пентану. У чому їх подібність і відмінність? Яка валентність Карбону в молекулах вуглеводнів? Чим зумовлена зигзагувата будова карбонового ланцюга? Чи можливе вільне обертання атомів навколо карбон-карбонових зв'язків? Поясніть, для чого моделюють молекули речовин.

• Назви гомологів метану (табл. 22.1), безсумнівно, не залишилися поза за вашою увагою - адже всі вони мають однаковий суфікс (який?). Він вказує на приналежність вуглеводню до гомологічного ряду метану або, іншими словами, - алканів. Корені у назвах перших чотирьох гомологів цього ряду походять з грецької й пов'язані з назвами спиртів або органічних кислот. Ці спирти й кислоти (деякі з них ви вивчатимете згодом) були відомі задовго до відкриття відповідних алканів. Приміром, етиловий (винний) спирт був відомий значно раніше за етан, отриманий лише 1848 року. Починаючи з пентану, назви алканів походять від грецьких числівників, які показують кількість атомів Карбону в молекулі алкану.

Завдання

За таблицею 22.1 визначте, що означають  грецькі числівники penta- та hepta-.

Поняття гомології в органічній хімії ґрунтується на фундаментальному положенні про те, що хімічні й фізичні властивості речовини визначаються складом і структурою її молекул. Пересвідчитися в цьому на прикладі гомологів метану ви зможете під час вивчення наступного параграфа.

Стисло про головне

Гомологи метану (алкани) входять до складу багатьох широковідомих споживчих продуктів - парафіну, гасу, газового пального, вазеліну, бензину тощо.

Вуглеводні - органічні сполуки, які складаються з атомів двох елементів - Карбону і Гідрогену. Хімічний склад алканів - вуглеводнів гомологічного ряду метану - описує загальна формула С_nH_2n+2, де n - додатне ціле число.

Гомологи - речовини з однаковим якісним складом, подібні за будовою і хімічними властивостями. За кількісним складом вони відрізняються один від одного на групу -СН₂-  - гомологічну різницю. Гомологи, розташовані за зростанням їхньої відносної молекулярної маси, утворюють гомологічний ряд.

Гомологічні ряди можна побудувати для всіх класів органічних сполук. Знаючи властивості одного з членів гомологічного ряду, можна дійти висновків щодо властивостей інших представників того самого ряду. Це й зумовлює важливість поняття гомології під час вивчення органічної  хімії.

В алканах атоми Карбону сполучені між собою тільки простими (одинарними, або ординарними) зв'язками, а решта зв'язків з'єднує їх атомами Гідрогену:

Такі зв'язки також називають одинарними.

У метані та його гомологах зв'язки між атомами розміщені в просторі під кутом 109,5°. Тому молекула найпростішого алкану має тетраедричну форму, у молекулі етану два атоми Карбону розташовані на одній прямій, а молекули решти алканів набувають зигзагуватої форми.

Починаючи з етану, виникає можливість обертання навколо ординарно зв'язку С-С. Внаслідок цього молекули алканів можуть набувати різноманітних геометричних форм. Молекулам алканів з понад двома атомами Карбону в ланцюзі властиві вигнуті форми.

Назви гомологів метану мають однаковий суфікс -ан. Він вказує на приналежність вуглеводню до гомологічного ряду метану або, іншими словами, - алканів. Корені в назвах перших чотирьох гомологів цього ряду походять з грецької і пов'язані з назвами спиртів або органічних квот. Починаючи з пентану, назви алканів походять від грецьких числівників.

Застосуйте свої знання й уміння

1. Назвіть перші 5 членів гомологічного ряду метану з непарною кількістю атомів Карбону в молекулі.

2. Виберіть загальну формулу вуглеводнів гомологічного ряду метану:
А С_nН_2n; Б С_nН_2n-2; В С_nН_n+2; Г С_nН_2n+2.

3. Алкан з найдовшими молекулами синтезували 1985 р. англійські хіміки І. Бідд і М.К. Уайтинг. Це нонаконтатриктан, молекула якого містить 390 атомів Карбону, Виберіть кількість атомів Гідрогену у молекулі цієї речовини:
А 197; Б 390; В 780; Г 782.

4. Визначте молекулярну формулу алкану, масова частка Карбону в якому становить 85 %.

5. Складіть молекулярну, електронну та структурні (повну та спрощену) формули алкану: а) відносна молекулярна маса якого дорівнює 30; б) відносна густина за воднем якого дорівнює 22.

6. Виберіть ознаку, притаманну членам одного гомологічного ряду:
А Однаковий якісний склад; Б Однаковий кількісний склад; В Однакова молекулярна маса; Г Однакова густина за повітрям.

7. Виберіть число, на яке відрізняються відносні молекулярні маси двох сусідніх гомологів: А 12; Б 14; В 16; Г 18.

8. Виберіть правильні твердження. У молекулах алканів усі хімічні зв'язки:
А Ковалентні; Б Ординарні; В Йонні; Г Подвійні; В Неполярні; Г Потрійні.

9. Назвіть гомолог метану, починаючи з якого виникає можливість обертання навколо ординарного зв'язку С-С.

10. Виберіть суфікс, притаманний назвам гомологів метану: А -он; Б -eн; В -ан; Г -ин.

11. Розташуйте алкани за зменшенням їхніх відносних молекулярних мас: А Нонан; Б Пропан; В Октан; Г Гексан.

12. Розташуйте алкани за зростанням їхніх відносних густин за киснем: А Етан; Б Пропан; В Метан; Г Бутан.

13. Виберіть формулу алкану, у якому масова частка Карбону втричі більша за масову частку Гідрогену:
А Метан; Б Етан; В Бутан; Г Пентан.

Фізичні й хімічні властивості та застосування гомологів метану

Після опрацювання § 23 ви зможете:

Характеризувати фізичні та хімічні властивості гомологів метану; ілюструвати властивості гомологів метану рівняннями хімічних реакцій; розрізняло за функціональними ознаками насичені вуглеводні; розв'язувати розрахункові задачі вивчених типів на прикладі гомологів метану; наводити приклади застосування гомологів метану; встановлювати причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями і застосуванням гомологів метану; обґрунтовувати застосування гомологів метану їхніми властивостями.

На шляху до успіху пригадаємо з вивчених курсів хімії, фізики, біології:

що таке гомологи; на підставі чого було передбачено існування й властивості ще  не відкритих хімічних елементів;  які існують агрегатні стани речовини; що таке густина речовини; які значення температур кипіння й плавлення властиві газам; що таке емульсія; чому метан – насичений вуглеводень; які хімічні реакції характерні для метану; як впливають на здоров’я підлітків наркотичні й токсичні речовини; які функції виконує кутикула рослин; як квітки пристосовуються до запилення комахами.

• Фізичні властивості гомологів метану послідовно змінюються зі зміною їхнього кількісного складу. Молекули алканів слабко взаємодіють , одна з одною, тому гомологи метану тверднуть й киплять за порівняно  низьких температур.

Завдання

Проаналізуйте графіки на малюнках 23.1 і 23.2. Опишіть, як змінюються в гомологічному ряду температури кипіння і плавлення та густина алканів від метану до декану. 2. Визначте чи є серед перших десяти членів гомологічного ряду метану (ст.у.):  а) гази; б) рідини; в) тверді речовини. 3. Поясніть, чому після, розшаровування водної  емульсії гексану, шар води опиняється під шаром вуглеводню.

Аналізуючи графіки, ви пересвідчилися, що для гомологів метану характерна певна подібність фізичних властивостей. Водночас, зі зміною кількісного складу, фізичні Властивості алканів у гомологічному ряду поступово змінюються. Тому, знаючи закономірності в зміні фізичних властивостей членів гомологічного ряду, можна досить точно передбачити властивості відсутніх, тобто ще не відомих гомологів. Послідовну закономірну зміну властивостей у гомологічних рядах вуглеводнів відкрив Карл Шорлеммер (мал. 23.3).

Ви, звичайно, пам'ятаєте, що метан малорозчинна у воді речовина. Тож не дивно, що його гомологи також практично не розчинні у воді.  Ви  неодноразово пересвідчувалися в цьому, спостерігаючи райдужну плівку бензину чи інших нафтопродуктів на поверхні води. У молекулах алканів, так само як і в молекулі метану, зв’язки ковалентні слабополярні. Цим пояснюється гідрофобність («нелюбов» до води) метану та його гомологів (мал. 23.4). Не розчиняються алкани і в інших полярних розчинниках. Водночас рідкі алкани (назвіть їх) - хороші розчинники для багатьох неполярних органічних речовин.

Завдання

Висловіть припущення, чому жирову пляму з тканини вибавляють не водою, а за допомогою бензину. Обґрунтуйте свою думку.

Встановлено також, що від довжини карбонового ланцюга вуглеводнів істотно залежить їхній запах. Вуглеводні від метану до бутану не мають запаху. Пентану притаманний слабкий характерний запах рідини для заправляння запальничок, а октану й нонану - запах бензину. Усі алкани - ізолятори.
Хімічні властивості метану та його гомологів подібні. Це зумовлено однаковим якісним складом і однотипними хімічними зв'язками в молекулах алканів. На прикладі метану та його гомологів ми пересвідчимося в тому, що, знаючи хімічні властивості одного зі членів гомологічного ряду, легко спрогнозувати хімічну поведінку й інших членів цього ряду.

Отже, можна передбачити, що, так само як і метан, його гомологи є насиченими вуглеводнями. Тому їхня хімічна активність невисока. Адже ординарні C-H і C-C зв’язки досить міцні, їх важко зруйнувати. Тож гомологи метану не вступають у реакції приєднання, не знебарвлюють водний розчин калій перманганату. Типовими для них є реакції повного окислення та заміщення атомів Гідрогену атомами галогенів.

Реакцію повного окиснення гомологів метану ви вивчали на прикладі горіння парафіну. Аналіз продуктів згоряння (мал. 22) довів, що і під час горіння найпростішого алкану (мал. 23.5.1) і внаслідок спалювання суміші твердих алканів С₁₉-С₃₅ (мал. 23.5.2) утворюються одні й ті самі речовини (назвіть їх). Приклад: 2С₂Н₆ + 70₂ → 4С0₂ + 6Н₂0; ΔН < 0.

Завдання

Запишіть термохімічні рівняння реакцій повного окиснення: а) пропану б)алкану, у молекулі, якого міститься двадцять атомів Карбону.

Характер горіння гомологів метану змінюється зі зростанням вмісту Карбону. Загальний вигляд рівняння реакції горіння алканів такий:

Очевидно, що зі збільшенням у ланцюзі кількості атомів Карбону (n) збільшується кількість кисню, необхідного для повного окиснення алкану. Під час горіння вищих алканів (n>>1) наявного в повітрі кисню може забракнути для їхнього повного окиснення. Тоді утворюються продукти часткового окиснення: карбон(ІІ) оксид (чадний газ) та сажа – дрібнодисперсний вуглець. Тому вищі алкани горять на повітрі світним кіптявим полум’ям – це зумовлено наявністю в ньому розжарених частинок сажі. Пам'ятаймо: токсичний, безбарвний, без запаху чадний газ,  що виділяється попутно, є небезпечним для людини.
Унаслідок хлорування алканів утворюється суміш їхніх галогенопохідних.

Завдання

Скляний циліндр заповнили сумішшю пропану з хлором. Спрогнозуйте зміни, які відбуватимуться із сумішшю. Поясніть, чому суміш не можна виставляти на пряме сонячне світло чи під яскраве штучне джерело освітлення. Запишіть, використовуючи повні структурні формули, хімічне рівняння першої стадії хлорування пропану, якщо заміщення відбувається біля крайнього атома Карбону. За потреби зверніться до малюнка 20.4.

• Застосування гомологів метану зумовлене їхніми властивостями. Розгляньмо кілька прикладів. Згоряння пропану і бутану супроводжується виділенням чималої кількості теплоти. До того ж ці гази легко віджуються, тому їх використовують як побутове і моторне паливо. Також ці вуглеводні, як окремо, так і у суміші з пентаном і гексаном, і застосовують для розпорошення вмісту аерозольних упаковок.

Пентан і гексан - розчинники, їх використовують у лабораторній практиці та на виробництві. Варто пам'ятати, що рідкі гомологи метану та чима¬ле галогенопохідних алканів - токсичні речовини. Потрапляння цих речовин в організм через органи дихання та шкіру спричиняє хронічні й гострі отруєння. Особливо небезпечним є ефект звикання до них - токсикоманія.

Завдання

Пригадайте з курсу основ здоров'я, чим небезпечна токсикоманія. Змоделюйте ситуацію відмови від небезпечних пропозицій.

Парафін нетоксичний, тож ним просочують пакувальні матеріали для мрчових продуктів. Також парафіном обробляють верхню частину (поблизу головки) сірників, аби вони ліпше горіли. Парафінотерапія - високоефективна лікувальна та косметологічна процедура.

Вазелінова олія - суміш рідких вуглеводнів з кількістю атомів Карбону, ланцюзі до 15 - прозора рідина без запаху й смаку, яку використовують у медицині, парфумерії й косметології. Вазелін - суміш рідких і твердих насичених вуглеводнів з кількістю атомів Карбону в ланцюзі не більше 25. Його застосовують у медицині для виготовлення мазей.

З гомологів метану синтезують найрізноманітніші органічні сполуки, без яких важко уявити повсякденне життя. Бензин, гас, мастила, пластмаси, засоби для прання та чищення, лікарські препарати, фарби, клеї тощо - усе це продукти переробки алканів (мал. 23.6).

Не лише люди, а й бактерії, рослини і тварини використовують алкани. Існують бактерії, здатні окиснювати вуглеводні, зокрема насичені. На цьому базується прогресивна біотехнологія очищення ґрунтів від забруднення нафтопродуктами.

Цікаво?

Деякі з вищих насичених вуглеводнів входять до складу феромонів тварин. Запах феромонів приваблює або відлякує комах. Наприклад, феромон тривоги в мурашок-древоточців містить насичений вуглеводень декан. Вуглеводи С₁₆-С₃₆, які є в поверхневому шарі кутикул рослин, запобігають їхньому висиханню. У ході еволюції насичені вуглеводні, які виробляють квітки орхідеї роду Оphrys (О. sphegodes) (мал. 23.7), набули нової функції - приваблювання комах.

Пізнавально!

Зумовленість застосування речовин їхніми властивостями та залежність властивостей від хімічного складу і будови розглядатимемо й далі, на прикладах представників інших гомологічних рядів.

Стисло про головне

Для гомологів метану характерна певна подібність фізичних властивостей. Водночас, зі зміною кількісного складу, фізичні властивості алканів у гомологічному ряду поступово змінюються. Тому, знаючи закономірності в зміні фізичних властивостей членів гомологічного ряду, можна досить точно передбачити властивості відсутніх, тобто ще невідомих гомологів.

Молекули алканів слабко взаємодіють одна з одною, тому гомологи метану тверднуть і киплять за порівняно низьких температур. Гомологи метану практично нерозчинні у воді і в інших полярних розчинниках. Водночас рідкі алкани - хороші розчинники для багатьох неполярних органічних речовин. Запах вуглеводнів залежить від довжини карбонового ланцюга. Усі алкани - ізолятори.

Хімічні властивості метану та його гомологів подібні. Це зумовлено однаковим якісним складом і однотипними хімічними зв'язками в молекулах алканів. Гомологи метану не вступають у реакції приєднання, не знебарвлюють водний розчин калій перманганату. Типовими для них є реакції повного окиснення та заміщення атомів Гідрогену атомами галогенів.

Реакції повного окиснення (горіння) алканів екзотермічні. Продукти цих реакцій - карбон(IV) оксид і вода:

С₃Н₈ + 50₂ → ЗС0₂ + 4Н₂0

2С₂₀Н₄₂ + 610₂ → 40СО₂ + 42Н₂0

Унаслідок хлорування алканів утворюється суміш їхніх галогенопохідних.

Застосування гомологів метану в різних галузях суспільного господарства зумовлене їхніми властивостями. Також з алканів синтезують найрізноманітніші органічні сполуки, без яких важко уявити повсякденне життя.

На здатності деяких бактерій окиснювати вуглеводні, зокрема насичені базується прогресивна біотехнологія очищення ґрунтів від забруднення  нафтопродуктами. Деякі з вищих насичених вуглеводнів входять до складу феромонів тварин.

Застосуйте свої знання й уміння

1. Опишіть фізичні властивості гомологів метану.

2. Виберіть речовину, яка розчинятиметься у гексані:
А Вода; Б Натрій хлорид; В Бром; Г Калій гідроксид.

3. Розташуйте алкани за зменшенням їхньої густини:
А Октан; Б Етан; В Декан; Г Пентан.

4. Розташуйте алкани за зростанням їхньої температури кипіння:
А Октан; Б Пентан; В Нонан; Г Гексан.

5. Аби вибавити з тканини чи паперу парафінову пляму, треба пропрасувати її через кілька шарів пористого паперу, наприклад паперові серветки, гарячою праскою. Поясніть, на якій властивості парафіну ґрунтується цей спосіб вибавляння плями.

6. Спрей-заморозку «DocSроrt» використовують для швидкого охолодження поверхні шкіри та м'язових тканин під час вивихів, розтягнень тощо. Головні компоненти спрею - зріджені пропан і бутан (раніше використовували з цією ж метою токсичний хлоретан С₂Н₅СІ). Виберіть правильне твердження.

Лікувальний ефект препарату «DocSport» зумовлений тим, що:
А Швидке випаровування пропану і бутану - ендотермічний процес; Б Швидке випаровування пропану і бутану - екзотермічний процес; В Пропан і бутан - горючі гази; Г Пропан і бутан практично нерозчинні у воді.

7. Спрей «Дип Фріз» застосовують як зовнішній засіб для лікування болю в м'язах, попереку, ревматичного болю, болю від забиття, судом, розтягнень зв'язок тощо. Чи не головна складова препарату - пентан. Доповніть цитату з інструкції щодо застосування цього препарату: «Потрапивши на шкіру, пентан швидко... Процес... супроводжується поглинанням великої кількості... і сильним... ураженої ділянки тіла. Це тамує біль».

8. Олія калини багата на біологічно активні речовини, тому її використовують як компонент харчових добавок, лікарських і косметичних засобів. Виберіть найвірогідніше, на вашу думку, твердження. У технологічному процесі виробництва олії калини з її плодів пентан і гексан застосовують як:
А Паливо; Б Розчинники; В Охолоджувачі; Г Ароматизатори.

9. Поясніть зміст поняття «насичені вуглеводні».

10. Виберіть реакції, характерні для гомологів метану:
А Повне окиснення; Б Каталітичне приєднання водню; В Приєднання брому; Г Часткове окиснення розчином калій перманганату; Д Заміщення за участю хлору.

11. За малюнком 23.8 запишіть рівняння реакції повного окиснення октану, яка відбувається у двигуні внутрішнього згоряння.

12. Обчисліть об'єм: а) карбон(IV) оксиду, який утвориться внаслідок згоряння пропану об'ємом 15 л; б) спаленого бутану, якщо одним з продуктів реакції є водяна пара об'ємом 400 л; в) етану, на першу стадію хлорування якого було витрачено хлор об'ємом 8 л (об'єми газуватих реагентів і про¬дуктів реакцій виміряно за однакових умов).

Скарбничка досвіду

1. На одному з королівських балів паризьке світське товариство, яке зібралося розважитися, змушене було розійтися по домівках через ядушний запах невідомого походження Аби з'ясувати джерело неприємного запаху звернулися до відомого хіміка Дюма (мал. 23.9). Він швидко встановив причину події - воскові свічки, вибілені хлором. Поясніть, який з продуктів хлорування алканів, що входили д: складу воску, спричинив ядуху.

2. Підготуйте презентацію про життя й наукова доробок цього науковця.

3. Оцініть вірогідність інформації, яка міститься в уривку журнальної статті: «Основою нове: гібридного палива, розробленого спільними зусиллями Стенфордського університету й  NASA, є парафін (схожий на той, що використовують у звичайних свічках). Він не токсичний, легко транспортується і є екологічно чистим - унаслідок згоряння утворюються тільки вуглекислий газ і вода. "Двигуни на парафіні будуть приблизно такого ж діаметра але дещо довші за твердопаливні прискорювачі шаттлів, - говорить професор Стнфордського університету Брайан Кентуелл. - Зате їхню тягу можна регулювати в широких межах, їх навіть можна заглушати й запускам заново. До того ж такі двигуни легко повертати на Землю для перезаправлення"».

Моделі молекул. Значення моделювання в хімії. Структурні формули органічних речовин

Після опрацювання § 19 ви зможете:

характеризувати моделювання як метод хімічної науки.

На шляху до успіху пригадаємо з вивчених курсів природничих наук які способи пізнання природи використовують у хімії; що означає префікс нано-; що таке модель і масштаб; як записують хімічні та електронні формули речовин.   

• Моделі молекул, так само, як і моделі атомів або кристалів, допомагають зримо уявити реальні об'єкти, безпосереднє спостереження за якими проводити незручно або неможливо.

Завдання

Встановіть відповідність між науками і моделями, які вони зазвичай використовують.

Моделювання - це вивчення явища або об'єкта за допомогою його замінників, аналогів (моделей).

• Значення моделювання в хімії важко переоцінити. За його допомогою науковці пояснюють закони природи, перевіряють гіпотези, прогнозують існування об'єктів та явищ, які дотепер не спостерігли.

Приміром, модель трубчастого вуглецю описав на сторінках часопис «Хімія і життя» відомий український хімік-органік Михайло Корнілов ще 1985 р. А вже у 1991 р. науковці синтезували перші нанотрубки з атомів цього елемента.

Умовно хімічні моделі поділяють на знакові (символьні) та матеріальні. Знакові моделі - це символи елементів, хімічні формули, рівняння реакцій тощо. Матеріальні моделі - моделі атомів, йонів, кристалів, молекул, хімічних приладів і промислових апаратів хімічних виробництв.

Завдання

Пригадайте, як відбуваються реакції електролітами у розчині. Оцініть відповідність моделей (мал. 19.1) реальному процесу нейтралізації кислоти лугом у розчині. Зобразіть знакову модель, яка більш реалістично відображає суть реакції нейтралізації.

Розмаїтий барвистий світ молекул і кристалів та процесів за їхньою участю найліпше спостерігати на екрані комп'ютера. Сучасні графічні програми дають змогу поринути у віртуальну реальність мікро- та макросвіту, вивчати об'єкти в статиці та русі, керувати ними (мал. 19.2).

Для моделювання молекул найчастіше використовують кулестержневі та об'ємні (масштабні) моделі. Зверніть увагу: моделі лише відображають структуру мікрооб'єктів, принципи їхньої будови, однак не відтворюють зовнішнього вигляду.

У кулестержневих моделях кулі зображують ядра атомів, а стержні - напрямки хімічних зв'язків та величини кутів між ними. Розмір атомного ядра становить близько 10^-15 м (для легких ядер), а розмір самого атома близько 10^-10 м. Тобто, якщо використати для моделі ядра кульку діаметром 1 см, розмір моделі самого атома становитиме близько кілометра. Тому реальними співвідношеннями розмірів у цих моделях доводиться поступатися. Натомість об'ємні (масштабні) моделі відображають реальні співвідношення між розмірами атомів.

Завдання

Пригадайте, що таке масштаб. Поясніть, чи є підстави об'ємні моделі називані масштабними.

Традиційно моделі атомів Карбону та їхніх ядер мають чорне забарвлення, Гідрогену - біле, Нітрогену - синє, Оксигену - червоне, Сульфуру жовте, Хлору - зелене.

Через складність будови молекул багатьох органічних сполук кулестержневі й особливо об'ємні моделі втрачають наочність, оскільки справляють враження купи безладно розміщених різнокольорових кульок. З огляду на це склад і будову молекул органічних речовин доцільніше моделювати дещо спрощено, за допомогою знакових моделей(мал. 19.3).

Стисло про головне

Моделі молекул, так само, як і моделі атомів, кристалів тощо, допомагають зримо уявити собі реальні об'єкти, безпосереднє спостереження за ЯКИМИ проводити незручно або неможливо.

Моделювання - це вивчення явища або об'єкта за допомогою його замінників, аналогів (моделей). За його допомогою науковці пояснюють закони природи, перевіряють гіпотези, прогнозують існування об'єктів та явищ, які дотепер не спостерігали.

Хімічні моделі умовно поділяють на знакові (символьні) та матеріальні, - Знакові моделі - це символи елементів, хімічні формули, рівняння реакцій тощо. Матеріальні моделі - моделі атомів, йонів, кристалів, молекул, хімічних приладів і промислових апаратів хімічних виробництв.

Для моделювання молекул найчастіше використовують кулестержневі та об'ємні моделі. Вони лише відображають структуру мікрооб'єктів, принципи їхньої будови, однак не відтворюють зовнішнього вигляду.

У кулестержневих моделях кулі зображують ядра атомів, а стержні - напрямки хімічних зв'язків та величини кутів між ними. Об'ємні моделі відбивають реальні співвідношення між розмірами атомів.

Застосуйте свої знання й уміння

1. Назвіть моделі, які вам доводилося використовувати під час вивчення природничих і точних наук.

2. Поясніть, для чого застосовують моделювання в хімії.

3. Наведіть приклади матеріальних і знакових моделей, які використовують у хімії.

4. Порівняйте кулестержневі та об'ємні моделі молекул.

Скарбничка досвіду

З наступного параграфа ви дізнаєтеся, який науковець запровадив кулестержневі моделі органічних сполук. А хто започаткував використанню масштабних моделей? З'ясуйте це, використовуючи різноманітні джерела інформації. За результатами дослідження підготуйте презентацію.

Г. А. Лашевська, Геометрія, 9 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів 

_{Скачати календарно-тематичне планування з хімії, відповіді на тести, завдання та відповіді школяру, книги та підручники, курси учителю з хімії для 9 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.