Гомологический ряд метана.

Существует много углеводов, сходных с метаном, то есть гомологов метана. В их молекулах имеются 2, 3, 4 и более атомов углерода. Каждый последующий углеводород отличается от предыдущего группой атомов СН₂. Например, если к формуле СН₄ прибавить группу СН₂, получим следующий углеводород С₂Н₆ – этан – гомолог метана. Группа СН₂ называется гомологической разностью.

Для предельных углеводородов характерна общая формула: С_nH_2n+2, где n – целое число атомов углерода. Пример:

n=5 C₅Н_2Х5+2=С₅Н₁₂ – пентан

n=8 C₈Н_2Х8+2=С₈Н₁₈ – октан

Для названия углеводородов используют две номенклатуры: историческую (случайные названия) и систематическую.

Для составления названия алканов по систематической номенклатуре нужно:

1.Выбрать самую длинную неразветвленную цепь углерода.

2.Пронумеровать эту цепь таким образом, чтобы заместители, которые в молекулах углеводородов замещают атомы водорода, были ближе к началу цепи.

3.Указать цифрой место и название заместителя, затем название основной цепи с суффиксом –ан. Для этого нужно знать название радикалов (образуются при отщеплении атома водорода от атома углерода), которые образуются от названий соответствующих углеводородов, путём замены суффикса –ан на –ил.

СН₄ - метан, СН₃ - метил

С₂Н₆ – этан, С₂Н₅ – этил

С₃Н₈ – пропан, С₃Н₇ – пропил

Для примера рассмотрим молекулу гексана и составьте несколько изомеров, дав им названия по международной номенклатуре.

Получение:

Лабораторные способы:

1.при нагревании ацетата натрия с твердым гидроксидом натрия

CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃

ацетат натрия

2. реакцией Вюрца: CH₃Cl + 2Na → CH₃ - CH₃ + 2NaCl

хлорметан этан

Физические свойства. С увеличением Mr закономерно изменяются: а) агрегатное состояние углеводородов С₁-С₄ – газы, С₅-С₁₆ – жидкости, n > 16 – твердые вещества, б) увеличиваются t_пл и t_кип., в) уменьшается растворимость.

Химические свойства.

Предельные углеводороды характеризуются малой реактивной способностью. Сегодня на уроке познакомимся с взаимодействием алканов с кислородом, галогенами, термическим разложением, изомеризацией.

1. Горючесть алканов.

При поджигании (t = 600^oС) алканы вступают в реакцию с кислородом, при этом происходит их окисление до углекислого газа и воды. С_nН_2n+2 + O₂ → CO₂ + H₂O + Q например: СН₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + Q

Смесь метана с кислородом или воздухом при поджигании может взрываться. Наиболее сильный взрыв получается при объёмных отношениях 1: 2 (с кислородом) или 1: 10 (с воздухом), т.к. метан и кислород вступают в реакцию полностью.

Подобные смеси опасны в каменноугольных шахтах. Чтобы обеспечить безопасность работы в шахтах, там устанавливают анализаторы, сигнализирующие о появлении газа, и мощные вентиляционные устройства. С₃Н₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + Q Гор18ние пропан-бутановой смеси можно продемонстрировать на примере газовой зажигалки.

При горении алканов выделяется много теплоты, что позволяет использовать их в качестве источника энергии. Но большая часть их используется в качестве сырья для получения других продуктов.

2. Разложение алканов. С_nН_2n+2 C + H₂↑; СН₄ C + 2H₂↑;С₄Н₁₀ 4C + 5H₂

Метан в термическом отношении более устойчив, чем другие алканы. Причина этого в достаточной прочности С – Н связей.

3. Реакции замещения (протекают с галогенами и другими окислителями при определённых условиях: свет, температура).

СН₄ + Cl₂ CH₃Cl + HCl СН₃Cl + Cl₂ CH₂Cl₂ + HCl

СН₂Cl₂ + Cl₂ CHCl₃ + HCl СНCl₃ + Cl₂ CCl₄ + HCl

Механизм цепных реакций достаточно сложен, объяснение ему было дано русским учёным Н.Н. Семёновым, за что он в 1956 г. был удостоен Нобелевской премии.

2. Самостоятельная работа:

Задание 1: Выполните тест

1. Укажите ошибочное определение алканов:

а) предельные углеводороды; б) карбоциклические соединения (в молекулах имеются циклы); в) насыщенные углеводороды; г) парафиновые углеводороды.

2. Общая формула алканов:

а) С_nH_2n; б) С_nH_2n+1; в) С_nH_2n+2; г) С_nН_2n-2.

3. Признаки, характеризующие строение алканов:

а) SP³ -гибридизация, плоская форма молекул 120^о, и -связи;
б) SP -гибридизация, линейная форма молекул 180^о, и -связи;

в) SP³ -гибридизация, форма молекул – тетраэдр 109^о28', -связи.

4. Невозбуждённый атом углерода имеет электронную конфигурацию:

а) 1 S ²2 S ¹2 P ³; б) 1 S ²2 S ²2 P ²; в) 1S²2S²2P³; г) 1S²2S²2P⁴.

5. Возбужденный атом углерода имеет электронную конфигурацию:

а) 1S²2S²2P³; б) 1S²2S²2P²; в) 1S²2S²2P⁴; г) 1S²2S¹2P³.

6. Всем алканам присущи свойства:

а) вступать в реакцию замещения; б) окисляться при обычных условиях;
в) гореть в кислороде г) реагировать с активными металлами.

Задание 2: Приготовить сообщения на темы:

1. Применение предельных углеводородов.

2. Классификация реакций в органической химии.