Органические соединения




НазваниеОрганические соединения
страница1/5
Дата публикации05.11.2014
Размер0.9 Mb.
ТипДокументы
5-bal.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5



ТЕМА 5

СВОЙСТВА МАКРОСИСТЕМ.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Из известных науке химических элементов только 22 являются неметаллами. Из них шесть составляют основу построения живых систем: растений, животных, грибов и бактерий. Это жизненно важные элементы C, H, N, O, P и S. Среди жизненно важных элементов существует уникальный элемент углерод, на основе которого построены все сколько-нибудь значимые для живых систем органические молекулы.

Соединения углерода за исключением наиболее простых, таких как СО, СО2, CaCO3, HCN и др., получили название органических соединений, так как в природе они встречаются в живых организмах: растениях, животных, микробах.

Химики научились получать органические вещества, которые не встречаются в живых организмах. К таким соединениям относится большая группа металлоорганических соединений, в которых содержатся ковалентные связи металл  углерод.

Существование обширного класса органических соединений производных углерода связано с особенностями строения этого атома. Это самый маленький атом в IVА группе.

Способность образовывать четыре ковалентные связи с другими атомами приводит к разнообразию соединений, в которых атомы углерода выстраиваются в длинные цепи, образуют слоистые структуры, например, графит или пространственные каркасные структуры – алмаз, фуллерен.

Атомы углерода между собой и с атомами других химических элементов образуют двойные и тройные связи. Разнообразие органических соединений на основе углеродных цепей превосходит все неорганические соединения во много раз и составляет несколько миллионов химических веществ.
Насыщенные углеводороды.

Гомологический ряд метана
П
Органические соединения, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода, называют углеводородами.
риродными источниками углеводородов являются нефть, природный газ, каменный уголь. После переработки нефти получают бензиновое и дизельное топливо для двигателей внутреннего сгорания. Некоторые виды углеводородов идут на получение полимерных материалов.

Простейшим из углеводородов является метан СН4, первый представитель гомологического ряда предельных углеводородов или алканов. Ряд соединений со сходным строением и химическими свойствами, отличающихся только числом групп СН2, называют гомологическим ря- дом (от греческого homologos  подобный).
Е
Алканы или предельные углеводороды органические соединения общей формулы СnH2n+2, углеродные атомы которых соединены между собой простыми (одинарными) связями С–С и С–Н.
сли n = 1, то это метан СН4, если n = 2 – этан С2Н6, если n = 3 – пропан С3Н8 и т. д.

Соединения этого ряда, а также других гомологических рядов отличаются друг от друга на группу атомов СН2, называемую гомологической разностью, а члены этих рядов называются гомологами (табл. 14).

Т а б л и ц а 14

Гомологический ряд алканов CnH2n+2


n

Формула

Название

Т кип.

0С

Т пл.

0С

R

Название радикала

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

С5Н12

С6Н14

С7Н16

С8Н18

С9Н20

С10Н22


Метан

Этан

Пропан

Бутан

Пентан

Гексан

Гептан

Октан

Нонан

Декан

-162

-89

-42

0

36

69

98

126

151

174

-183

-183

-187

-138

-130

-95

-91

-57

-54

-30

СН3

С2Н5

С3Н7

С4Н9

С5Н11

С6Н13

С7Н15

С8Н17

С9Н19

С10Н21

Метил

Этил

Пропил

Бутил

Пентил

Гексил

Гептил

Октил

Нонил

Децил


Соответственно группы атомов СН3, С2Н5, С3Н7 и т.д. называют метильным, этильным, пропильным и т.д. радикалами и обозначают буквой «R» (табл. 14).

Органический радикал — устойчивая группа атомов в молекуле. Обратите внимание на различие между радикалом как частицей, имеющей неспаренный электрон на одном из атомов, и органическим радикалом. В последнем случае так обозначается органическая группа в составе органической молекулы.

Алканы – это вещества, из которых в основном состоят природные газ и нефть. Низкомолекулярные алканы (метан, этан, пропан и бутан) при нормальном давлении – газы, начиная с С5 до С17  это жидкости, насыщенные углеводороды с числом атомов углерода от 18 до 35 – бесцветные твердые вещества.

Нормальными называют алканы с неразветвленной цепью атомов углерода (н-бутан). Существует огромное множество алканов с разветвленными цепями. Для образования изомеров алканам необходимо иметь минимально 4

а
Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав, но разное расположение атомов в молекулах (различное строение молекул) и поэтому отличающиеся физическими и химическими свойствами.
тома углерода.
Для каждого алкана число возможных изомеров зависит от числа атомов углерода в молекуле. Существуют 2 изомера бутана, 3 пентана, 5 гексанов, 9 гептанов, 18 октанов, 35 нонанов и 75 деканов. Ниже представлены полные и сокращенные структурные формулы трех изомеров пентана.


Алканы – это химически малоактивные соединения, так как связи С–С и С–Н очень прочные. Отсюда название предельных углеводородов парафины (от лат. parum affinus – мало сродства).

Самой характерной реакцией углеводородов является реакция горения. Она определяет их практическую значимость, так как многие предельные углеводороды используются в качестве топлива. В общем виде реакцию горения алкана можно записать следующим образом:
nH2n+2 + (3n+1)O2  2nCO2 + (2n+2)H2O
Уравнение реакции горения пропана выглядит так:
С3Н8 + 5О2  3СО2 + 4Н2О
При освещении реакционной смеси алканов с галогенами происходят реакции фотохимического галогенирования. При фотохимическом хлорировании метана на атом хлора может замещаться от одного до четырех атомов водорода, в зависимости от соотношения реагентов:

h

СН4 + Cl2  CH3Cl + HCl

хлорметан

В избытке хлора наряду с хлорметаном образуются более хлорированные метаны: дихлорметан CH2Cl2, трихлорметан CHCl3 (хлороформ) и тетрахлорметан CCl4 (четыреххлористый углерод). Хлорметаны широко используются как растворители.

**Другой класс насыщенных углеводородов  циклоалканы. Это насыщенные моноциклические углеводороды. Общая формула циклоалканов CnH2n. Ниже приведены структурные формулы циклопропана, циклобутана и циклогексана, содержащие в цикле 3, 4 и 6 атомов углерода соответственно Окончание «ан» означает, что в данных соединениях содержатся только одинарные связи С–С и С–Н.

Ненасыщенные углеводороды. Гомологические

ряды алкенов и алкинов
Общая формула СnH2n+2 выражает состав насыщенных углеводородов с незамкнутой углеродной цепью, в которой атомы углерода соединены между собой одинарными связями.
П
Углеводороды называют ненасыщенными, если между углеродными атомами есть двойные или тройные связи.
ростейший из ненасыщенных углеводородов с двойной связью этилен или этен С2Н4:


Этилен является первым представителем гомологического ряда этиленовых углеводородов или, как сейчас говорят, алкенов (окончание «ен» соответствует одной двойной связи). Общая формула алкенов СnH2n. Следующий гомолог этого ряда СН2=СН–СН3 пропен или пропилен, далее идет бутен или бутилен СН2=СН–СН2–СН3.

Углеводороды, содержащие в углеродной цепи две двойные связи, называют диеновыми или алкадиенами. Их состав может быть выражен общей формулой CnH2n-2. Названия этих углеводородов происходят от названия алканов, в которых последняя буква заменяется окончанием «диен». Цифрами указывают место положения двойных связей в цепи. Например:

Простейший углеводород с тройной связью  ацетилен или этин С2Н2:

НССН

Вы, наверное, видели белые ацетиленовые баллоны с ярко-красной полосой. Резку или сварку железных труб, арматуры обычно выполняют с помощью ацетиленовой газовой горелки, в которой используют ацетилен и кислород.

Ацетилен  родоначальник ряда алкинов, непредельных углеводородов, имеющих тройную связь и общую формулу СnH2n-2. Окончание «ин» соответствует одной тройной связи. Следующие представители этого ряда пропин НСССН3, бутин НСС—СН2—СН3 и т.д.

Ненасыщенные углеводороды, в противоположность алканам, очень реакционноспособные соединения. Их химическая активность связана с наличием двойных и тройных связей. Наиболее характерной реакцией является присоединение в месте разрыва двойной связи. С ненасыщенными углеводородами реагируют Н2, Br2, HCl, H2O. Например:

СН2=СН2 + Н2  СН3–СН3

СН2=СН2 + Br2  СН2Br–СН2Br

1,2-дибромэтан
Окислители также атакуют двойную и тройную связь. Если ненасыщенный газообразный углеводород пропустить в раствор перманганата калия KMnO4, то фиолетовая окраска исчезнет. Эта реакция является качественной при определении двойной и тройной связи.

**Ароматические углеводороды

Особую группу углеводородов образуют ароматические углеводороды или арены. Их название связано с тем, что первые выделенные соединения этой группы обладали весьма приятным запахом. Они и дали название всем сходно построенным веществам, независимо от того, имеют они приятный запах или нет.

Простейшие представители ряда аренов (ароматических углеводородов)  бензол С6Н6, толуол С6Н5–СН3 и нафталин С10Н8.

Структурная формула бензола была предложена немецким ученым А. Кекуле в 1865 г. Современными физическими методами установлено, что молекула бензола имеет циклическое строение, и что все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости. Электронная плотность распределена в молекуле равномерно, так что все связи между атомами углерода оказываются одинаковыми.

Записывая структуры таких соединений, принято опускать атомы углерода и водорода, изображая шестигранник с кольцом внутри, который символизирует бензол. Каждая вершина шестиугольного ароматического кольца обозначает атом углерода с присоединенным к нему атомом водорода. Ароматическое кольцо очень прочное, в нем все связи С–С равноценны и не похожи на двойные и тройные связи в алкенах и алкинах.



Классификацию всех рассмотренных углеводородов можно представить следующим образом:

Номенклатура углеводородов
Органические соединения называют в соответствии с правилами, разработанными Международным союзом чистой и прикладной химии International Union Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Правила составления названия углеводородов таковы:

  1. Выбирают наиболее длинную цепь атомов углерода в структурной формуле соединения, и молекула мысленно растягивается вдоль этой длинной цепи. Атомы углерода нумеруют, начиная с того края цепи, к которому ближе первая точка разветвления цепи (заместитель).

  2. Все соединение рассматривают как производное углеводорода нормального (неразветвленного) строения, имеющего соответствующую пронумерованной цепь.

  3. Называя углеводород, сначала указывают цифрой, при каком атоме углерода находится заместитель (разветвление цепи). Если заместителей несколько, цифрами указывают каждый из них. Заместители перечисляют в алфавитном порядке после номера атома С, у которого заместитель расположен. В завершение называют углеводород по наиболее длинной пронумерованной цепи.

  4. Если заместители одинаковые, то после номеров местоположения указывают их число (ди, три, тетра) и название.

  5. В непредельных соединениях наиболее длинную цепь, включающую двойную или тройную связь, нумеруют с того конца, к которому ближе эта связь.

Пример1. Назовите соединение:



Наиболее длинная цепь состоит из пяти атомов углерода. Это соответствует н-пентану. Нумеруют углеродную цепь справа в соответствии с положением первого разветвления. Соединение называется 2,3,3-триметилпентан.

Пример 2. Назовите соединение:



Наиболее длинная цепь соответствует н-гексану. Соединение называется 2-метил-3-хлоргексан.
Пример 3. Дайте правильное название соединения:


Структура этого соединения написана так, чтобы навести Вас на неверное название 3-метил-3-этилбутин-1. Однако в этом соединении можно найти более длинную цепь, содержащую 5 атомов углерода:

СН3

5 4 3 2 1

СН3СН2СССН



СН3

Нумерацию атомов следует начинать справа, так как у первого углеродного атома находится тройная связь. Правильное название соединения: 3,3-диметилпентин-1.
Нефть
Нефть  горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, представляет собой сложную смесь органических соединений, основу которой составляют углеводороды различного строения. В состав нефти входят также другие органические соединения, содержащие азот, кислород, серу и др. Нефть образовалась в результате разложения растений и животных в пластах земли без доступа воздуха в течение миллионов лет. Она залегает между твердыми породами в естественных нефтяных ловушках. При бурении скважин в твердых породах нефть поднимается наверх. Часто фонтаны нефти выбрасываются на поверхность по естественным каналам, размытым подземными водами или газами. Огромный расход энергии в мире привел к тому, что нефтяные скважины бурят в труднодоступных местах, таких, как Северное море, северное побережье Аляски, северо-восточные районы России, районы вечных болот и мерзлоты.

Если нефть нагревать до кипения, она испаряется, и сначала будут испаряться вещества с низкими температурами кипения. Собирая продукты в различных температурных интервалах, нефть разделяют на фракции: бензин, керосин, лигроин и др. (табл.15).

Т а б л и ц а 15

Углеводородные фракции, получаемые при перегонке нефти


Размеры молекул

Ткип.0С

Фракция

Применение

С15
С512
С814
С1218
С1421
С16-и выше
С20 и выше
С36

от -160 до +30
от 30 до 200
от150 до 250
от 180 до300
от 190 до360
от 350 и выше
Легкоплавкие
Вязкие остатки

Газ
Бензин
Лигроин
Керосин
Соляровое масло

Моторные масла

Парафины
Асфальт

Газообразное топливо

Моторное топливо
Горючее для тракторов

Топливо для самолетов

Дизельное топливо

Смазочные материалы

Свечи, спичечный парафин

Дорожное покрытие, топливо (крекинг)


Этот процесс получил название перегонки нефти. При этом температуру перегонки поднимают до 320-3800С. В кубе остается мазут. Чтобы выделить полезные вещества из мазута (дизельное топливо, вазелин, парафин), мазут перегоняют при пониженном давлении, чтобы снизить температуру перегоняющихся веществ.

В настоящее время из нефти необходимо извлекать максимальное количество бензина и керосина. Это требование современной жизни. Чтобы получить большее количество бензиновой фракции, содержащей разветвленные углеводороды с низкой молекулярной массой, лигроин, соляровые масла, а иногда и бензин подвергают крекингу (от англ. сracking расщепление). Крекинг нефти изобрел в конце XIX века русский ученый В.Г. Шухов (1853-1939). При крекинге получаются вещества, кипящие при более низкой температуре и более разветвленные:
С10Н22  С6Н14 + С4Н8

декан гексан бутан

Более эффективным является каталитический крекинг нагрев при более низких температурах в присутствии катализаторов – платиновых металлов, нанесенных на носители Al2O3, SiO2. Крекинг нефти дает не только более высококачественный бензин, но и углеводороды с низкой молекулярной массой, например, этилен и пропилен, которые используются для получения пластмасс и других химических продуктов.
Бензин
Бензин представляет собой смесь разветвленных углеводородов с числом атомов углерода от 6 до 10 (табл. 16). В зависимости от происхождения сырой нефти бензин может содержать различные количества циклических и ароматических углеводородов. Продукт прямой перегонки нефти, состоящий из неразветвленных углеводородов, мало пригоден в качестве горючего для автомобилей.

Важнейшей характеристикой бензина является его детонационная стойкость. Разветвленные углеводороды, а также непредельные и ароматические производные более устойчивы к детонации, они допускают более сильное сжатие горючей смеси в двигателе автомобиля. Качество автомобильного горючего характеризуется октановым числом (табл. 16). Бензины с высоким октановым числом сгорают медленнее и равномернее.


Т а б л и ц а 16

Соединения, входящие в состав бензина и их октановые числа


Название

Формула

Октановое число

Гептан

2-Метилгексан

Циклогексан
2,3-Диметилпентан

2,2,4 - Триметилпентан (изооктан)

Метанол

Этанол

Бензол

Толуол


СН3(СН2)5СН3

СН3СНСН2СН2СН2СН3



СН3

С6Н12
СН3СНСНСН2СН3

 

СН3СН3

СН3



СН3ССН2-СНСН3

 

СН3 СН3
СН3ОН

С2Н5ОН

С6Н6

С6Н5СН3


0

40

85
90

100


98

99

113

117



Сильно разветвленные алканы обладают высокими октановыми числами, неразветвленные  низкими. Октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Октановое число легко детонирующего н-гептана принято за 0. Октановое число исследуемого топлива характеризуют составом смеси изооктана с н-гептаном, эквивалентной с исследуемым топливом по устойчивости к детонации. Если говорят, что бензин имеет октановое число 92, то его детонационная стойкость такая же, как у смеси 92 об. % изооктана и 8 об. % н-гептана.

Для повышения октанового числа бензина используют различные антидетонирующие добавки (присадки), помогающие управлять скоростью горения бензина.

Бензин проникает в организм в основном через легкие. Опасность отравления бензином существует при его производстве, транспортировке и при его использовании. При острых отравлениях, когда человек вдохнул более 100 мг/м3 бензиновых паров, появляется головная боль, неприятные ощущения в горле, раздражение слизистых оболочек, замедление пульса, потеря сознания. При острых отравлениях необходимы свежий воздух, кислород, сердечные и успокоительные средства.
Кислородсодержащие органические соединения
Реакционноспособная группа атомов, входящая в состав органической молекулы и определяющая ее химические свойства, называется функциональной группой.


Спиртами или алканолами называют производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на функциональную группу ОН (гидроксильную)



Если в спиртах содержится одна гидроксильная группа, спирт называется одноатомным, две гидроксильные группы  двухатомным, три  трехатомным.

Название одноатомных спиртов (ROH) образуется из названия алкана с тем же числом атомов углерода путем прибавления окончания «ол». Общая формула предельных одноатомных спиртов СnН2n+1ОН. Простейший из них СН3ОН  метанол, затем С2Н5ОН  этанол, С3Н7ОН  пропанол, С4Н9ОН  бутанол и т. д. Существуют два изомера пропанола:


Цифра после окончания «ол» показывает положение ОН-группы в углеродной цепи. Пропанол-2 в быту называют изопропиловым спиртом (ИПС). Бутанол имеет четыре изомера. Попробуйте их написать и дать им правильные названия.

Метанол или метиловый спирт известен также под названием «древесный спирт», так как раньше его получали перегонкой твердых пород древесины. Является ядом, хотя отравляет организм не сам метанол, а продукты его превращения. В организме человека под действием ферментов метанол превращается в муравьиную кислоту и формальдегид, которые повреждают сетчатку глаза и зрительный нерв, что приводит к полной слепоте. Если человек выпьет более 50 мл метанола, то обычно наступает смерть. Очень опасно перепутать метанол с этанолом, так как они одинаково прозрачны, имеют похожий запах и неограниченно растворяются в воде.

Этанол или этиловый спирт со времен древних цивилизаций был основой большинства принятых обществом опьяняющих напитков. Получают его брожением сахаров, а в промышленности каталитической гидратацией этилена в присутствии Н3РО4:
СН2= СН2 + Н2О  СН3–СН2ОН
Смешивается с водой в любых соотношениях, поскольку группы ОН этанола могут образовывать с молекулами воды водородные связи. Этанол содержится в винах, пиве и других спиртных напитках; в столовых винах каждая двадцатая молекула является молекулой этанола.

Этиловый спирт  наркотик. При приеме внутрь он, вследствие высокой растворимости, быстро всасывается в кровь и сильно действует на организм. Неумеренное потребление напитков, содержащих этиловый спирт, приводит к алкоголизму  физической и психологической зависимости человека от спиртсодержащих продуктов. По своему химическому механизму алкоголизм представляет собой частный случай наркотической зависимости, т.е. нарушения обмена веществ.

В малых дозах этанол постоянно присутствует в организме и в этом нет ничего страшного, потому что ферменты поддерживают равновесие между этанолом и продуктом его окисления  сильным ядом ацетальдегидом (уксусным альдегидом) СН3СНО, который обезвреживается печенью. Если алкоголя выпито много, в организме образуется избыток ацетальдегида, и печень трудится без устали для восстановления равновесия. Не справляясь с нагрузкой, она начинает перерождаться, и возможен цирроз печени.

Особенно опасен алкоголь для молодых людей, так как в растущем организме интенсивно протекают обменные процессы и они особенно чувствительны к токсическому воздействию.

Двухатомный спирт этиленгликоль СН2ОН–СН2ОН используется как основной компонент антифризов для автомобильных двигателей.

Глицерин (трехатомный спирт)  вязкая сиропообразная жидкость.

Способность глицерина связывать молекулы воды широко используется в косметике, фармацевтической и пищевой промышленности.

Карбоновые кислоты  производные углеводородов, содержащие карбоксильную функциональную группу.
О



–СОН или –СООН
Если в молекуле кислоты одна –СООН группа, то кислота называется одноосновной. Ниже приведены представители класса предельных одноосновных кислот:

НСООН метановая, или муравьиная кислота;

СН3СООН этановая, или уксусная кислота;

СН3СН2СООН пропановая, или пропионовая кислота;

С17Н35СООН стеариновая кислота (высшая карбоновая кислота).

Реакция карбоновых кислот со спиртами, приводящая к образованию сложного эфира, носит название реакции этерификации. Обычно ее проводят в присутствии минеральной кислоты, играющей роль катализатора. Ниже приведена реакция уксусной кислоты с этанолом, которая сопровождается образованием сложного эфира  этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата) и воды:

О О

 

Н3ССОН + НО—СН2СН3  Н3ССОСН2СН3 + Н2О

уксусная кислота этанол этилацетат
Жиры. Мыла

Жиры – один из наиболее важных классов органических соединений. Жиры – это сложные эфиры высших (т.е. имеющих длинные углеводородные цепи) карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина. Они называются триглицеридами. В жирах живые организмы хранят основные энергетические запасы. Ниже показано образование одного из жиров, триглицерида стеариновой кислоты:

Природные жиры представляют собой не индивидуальные вещества, а смесь различных триглицеридов. Жиры содержатся во всех растениях и животных. Жидкие жиры часто называют маслами. Твердые жиры (говяжий, бараний и др.) состоят главным образом из триглицеридов предельных кислот (например, стеариновой), а жидкие жиры (подсолнечное, оливковое масло и др.) – из глицеридов ненасыщенных кислот.

Жиры – исходное сырье в производстве мыла. Щелочной гидролиз (омыление) жиров дает глицерин и натриевые или калиевые соли жирных кислот, которые и являются мылом:



Этот процесс известен с древности, когда животные жиры кипятили с водой и золой, содержащей карбонат калия. Натриевые мыла ограниченно растворимы в воде и могут быть получены в виде твердых брикетов. Калиевые мыла лучше растворимы и используются в шампунях и кремах для бритья.
Полимеры
Одним из веществ, способных присоединяться к этилену СН2=СН2, является сам этилен. Процесс присоединения молекул этилена друг к другу можно продолжать до тех пор, пока цепочка связанных звеньев –СН2–СН2– не достигнет огромной длины и не будет включать, возможно, тысячи звеньев:

nСН2=СН2  (–СН2–СН2–)n,

где СН2=СН2 мономер, –СН2–СН2– структурное звено, n – степень полимеризации. Образуется полимер полиэтилен.
П
Полимерами называются вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.
олимеры имеют высокую молекулярную массу (М), поэтому их называют еще высокомолекулярными соединениями или ВМС. Что значит высокая молекулярная масса? Считают, что если М>5000-10000, то это ВМС, если М<500, это – низкомолекулярное соединение.

В обычном полиэтилене имеются молекулы различной длины, причем каждая цепь может иметь много боковых цепей. Все молекулы спутаны в клубок, образуя своеобразное спагетти на молекулярном уровне. Существует несколько видов полиэтиленов, отличающихся плотностью, твердостью, жесткостью. Всем известен эластичный полиэтилен, используемый для изготовления различных пленочных материалов.

Полиэтилен  отличный электроизоляционный материал, что обусловлено прочностью связывания электронов в связях С–С и С–Н, а также невозможностью проникновения воды и ионов металлов внутрь этого углеводорода.

В промышленности широко используется поливинилхлорид (ПВХ), который получается полимеризацией винилхлорида. Последний можно рассматривать как производное этилена, в котором атом водорода замещен на атом хлора:

nCH2=CHCl  (–CH2–CHCl–)n
Только в США ежегодно в строительстве потребляется приблизительно 2,7 млн тонн ПВХ. Около 11,3 тыс. тонн ПВХ идет на изготовление кредитных карточек.

Крахмал может служить примером природного ВМС. Из курса биологии вы знаете, что крахмал (С6Н10О5)n образуется в результате фотосинтеза растений при поглощении энергии солнечного излучения. Сначала из углекислого газа и воды в результате ряда процессов синтезируется глюкоза, что в общем виде выражается уравнением:
6СО2 + 6Н2О  С6Н12О6 + 6О2
Глюкоза далее превращается в крахмал, молекулы которого построены из множества звеньев глюкозы или родственного моносахарида, связанных в полимерную цепь. В приведенных формулах глюкозы и крахмала атомы углерода не указаны.

n

n H2O


n

Глюкоза Крахмал
Организм человека легко усваивает крахмал, потребляя хлеб, каши и картофель. Первая стадия переваривания крахмала сводится к расщеплению полимерной цепи на молекулы глюкозы, которые затем окисляются в клетках, чтобы обеспечить энергией наше движение, работу сердца, мозга и т.п.

Целлюлоза, как и крахмал, является природным полимером. Оказалось, что эти вещества имеют одинаковые по составу звенья и, следовательно, одну и ту же общую формулу (С6Н10О5)n. Различаются они структурой звена и полимерных цепей. Полимерные цепи крахмала имеют линейную и разветвленную структуру, а целлюлозы только линейную. Подробно об этом будем говорить в 10 классе.

Вопросы для проверки знаний

  1. Назовите причины многообразия органических веществ.

  2. Какие соединения называются углеводородами?

  3. Какой ряд веществ называют гомологическим?

  4. Какие соединения называются алканами или предельными углеводородами?

  5. Какие органические вещества называют изомерами?

  6. *Какие органические вещества называют циклоалканами?

  7. Какие углеводороды называют ненасыщенными?

  8. *Приведите примеры ароматических углеводородов.

  9. Как можно классифицировать углеводороды?

  10. Что такое нефть? Назовите вещества, которые получают из нефти.

  11. Что такое бензин?

  12. Какие органические вещества называют спиртами?

  13. Что такое функциональная группа в органическом соединении?

  14. Какие органические вещества называют карбоновыми кислотами?

  15. Что такое жиры? Расскажите, как получают мыло.

  16. Какие органические вещества называют полимерами?

  17. Приведите примеры синтетического и природного высокомолекулярного соединения.

Упражнения:

  1. Одинаковые или разные скелеты органических соединений приведены в упражнении:

2. Назовите вещества:



3. Укажите, какие из соединений являются изомерами и назовите вещества:



4. *Постройте структурные формулы: а) 2,2-диметилгексана; б) 3.4-диметилпентена-1; в) 3-метилпентадиена-1,3.

5. Состав молекул выражен формулами: С4Н8, С4Н10, С6Н12, С5Н10, С5Н8. Какие из них являются гомологами? К каким классам углеводородов они относятся?

  1. *Установите формулу спирта, если (С) = 0,375, (О) = 0,5 и (Н) = 0,125. Плотность паров спирта по воздуху равна 1,1.

  2. *14 г углеводорода ряда этилена присоединяют 32 г брома. О каком углеводороде идет речь?



ТЕМА 6

СВОЙСТВА МАКРОСИСТЕМ.

МЕТАЛЛЫ
6.1. Физические свойства металлов
Химические и физические свойства любого вещества взаимосвязаны. Среди физических свойств металлов главными являются теплопроводность, пластичность и электропроводность.
В
Теплопроводность один из видов переноса энергии от одних тел к другим в форме теплоты, т.е. посредством соударения микрочастиц, составляющих тела.
металле движение в результате соударений передается от интенсивно движущихся частиц к малоподвижным. Высокая подвижность электронов обеспечивает быструю передачу энергии движения по всему объему металла и, соответственно, высокую теплопроводность. Наибольшая

теплопроводность у серебра и меди.
П
Пластичность  свойство металлов изменять форму под воздействием давления.
ластичность в сочетании с твердостью выдвигает металлы на первое место в качестве конструкционных материалов. Большинство машин и механизмов изготавливаются из металлов и их сплавов. Сочетание пластичности с твердостью в некоторых случаях делает металлы незаменимым материалом. Например, изогнутые рессоры грузовых автомобилей при нагрузке прогибаются, но не разрушаются. При уменьшении нагрузки они принимают первоначальную форму изгиба.

Чем отличается металлическая связь от ковалентной и ионной связи? Её особенность в том, что положительно заряженные ионы металла удерживаются в узлах кристаллической решетки «электронным газом». Не случайно выражение «электронный газ» взято в кавычки. Это условное обозначение валентных электронов атомов, входящих в металлическую кристаллическую решетку.
О
Электропроводность способность металла пропускать электрический ток объясняется присутствием в кристаллической решетке свободных электронов.
б этом уже говорилось в начале темы 3 (рис. 16 г), когда рассматривалась модель металлической кристаллической решетки. Повышение температуры металла увеличивает его электрическое сопротивление. Связано это с возрастанием колебания ионов в узлах кристаллической решетки. Ионы металла в результате колебаний препятствуют направленному движению электронов.

Наибольшей электрической проводимостью обладают серебро и медь. Золото, алюминий, железо также являются хорошими проводниками электрического тока.

Металлы (в общем случае металлы будем обозначать символом М) за исключением ртути (Hg), щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) и галлия (Ga) имеют высокую температуру плавления от нескольких сот до нескольких тысяч градусов и высокую плотность, превосходящую плотность воды в 220 раз. Отсюда можно сделать вывод, что «электронный газ» очень прочно связывает положительные ионы в кристалле. Весь кристалл металла следует рассматривать как одну гигантскую молекулу, в которой электронное облако валентных электронов охватывает все ионы. Такая гигантская молекула-кристалл способна взаимодействовать с окружающей средой как целое и проявлять особые физические и химические свойства в сравнении с неметаллами.

Рассмотрим такое свойство металла как электропроводность. Подсоединим к металлическому кристаллу внешний источник электрического тока (рис. 44). Разность потенциалов постоянного источника тока вызывает направленное перемещение электронов.



Рис. 44. Взаимодействие металла с внешним источником электрического тока
При отсутствии разности потенциалов никакого направленного движения электронов не происходит. Электроны беспорядочно движутся в разных направлениях. При наложении разности потенциалов происходит направленное движение электронов в кристалле металла.
6.2. Химические свойства металлов и их соединений

Среди химических свойств металлов отметим основное: атомы металлов легко отдают валентные электроны в окислительно-восстановительных реакциях и переходят в ионное состояние в оксидах, основаниях или солях.
Небольшое число валентных электронов (рис. 45) и относительно большие радиусы атомов металлов объясняют небольшие, по сравнению с атомами неметаллов, значения энергии ионизации.


Рис. 45. Строение внешнего энергетического уровня атомов металлов IА, IIA и IIIA групп второго и третьего периодов. Число валентных электронов указывает, что для металлов характерна степень окисления +1, +2, +3

Если восстановительные свойства отдельных атомов металлов зависят только от величины энергии ионизации, то восстановительные свойства простых веществ-металлов зависят от:

  1. энергии связи атомов в кристаллических решетках;

  2. свойств оксидной пленки, покрывающей металл;

  3. условий течения реакции (при высоких температурах связи в кристаллических решетках слабее);

  4. агрегатного состояния воздействующих на металл веществ (жидкость или газ).

Например, энергии ионизации ЕИ,1(Cu) = 7,72 эВ, а ЕИ,1(Zn) = 9,39 эВ, однако цинк вытесняет водород из растворов серной и соляной кислот, а медь – нет. Это связано с тем, что в ряду напряжений металлов цинк находится левее водорода, а медь – правее.

  1   2   3   4   5

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Органические соединения iconТематическое планирование курса «Химия», 10 класс
Сравнивать органические и неорганические соединения, классифицировать органические соединения

Органические соединения iconВитамины представляют собой низкомолекулярные органические соединения,...
Витамины представляют собой низкомолекулярные органические соединения, небольшое количество которых необходимо для нормальной работы...

Органические соединения iconУрок-игра. Цель урока
Тем Кислородсодержащие органические соединения и их природные источники. (10 часов)

Органические соединения iconУрок семинар в 10 классе по теме «Кислородсодержащие органические соединения»
Цель: Обобщить знания о номенклатуре, строении и свойствах кислородсодержащих соединений, установить взаимосвязь между спиртами,...

Органические соединения iconОбобщение знаний по теме: «Кислородосодержащие органические соединения» (1 час)
...

Органические соединения iconУрок в 10 классе по теме «Обобщение знаний по курсу органической химии»
Укажите, к каким гомологическим рядам относятся следующие органические соединения. Из букв, которые обозначают правильные ответы...

Органические соединения icon«Спирты и фенолы»
Для работы с (влх 8-11) вам надо открыть диск по командам «вход без регистрации», далее открыть окно «органические соединения» и...

Органические соединения iconУрок Химический состав клетки. Вода и органические соединения: углеводы...
Интегрирующая цель: выявить, какие хими­ческие элементы входят в состав клеток и их биоло­гическое значение; изучить биологические...

Органические соединения iconТемы вашего учебного проекта
Ребята изучают тему "Углеводороды: физические и химические свойства, применение" и приступают к изучению темы "Кислородсодержащие...

Органические соединения iconУрок по теме «Азотсодержащие органические вещества»
Урок по программе О. С. Габриеляна (буп 1 час) предназначен для обучающихся 10 класса. Это третий урок по теме «Азотсодержащие органические...


Учебный материал


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
5-bal.ru