Znasz już pojęcie roztworu nasyconego – to taki roztwór, wktórym (wdanej temperaturze) rozpuszczono maksymalną ilość substancji. Określenie „nasycony” jest również używane wodniesieniu do opisu niektórych związków organicznych. Dlaczego? Jest to związane zich budową, zatem przeanalizujmy ją.
Już wiesz
jaka jest konfiguracja elektronowa ipołożenie węgla wukładzie okresowym;
jakie związki nazywamy węglowodorami;
jakie są naturalne źródła węglowodorów.
Nauczysz się
definiować terminy alkany iwęglowodory nasycone;
tworzyć wzór ogólny szeregu hom*ologicznego alkanów;
zapisywać wzór sumaryczny dowolnego alkanu opodanej liczbie atomów węgla wcząsteczce;
zapisywać wzory strukturalne ipółstrukturalne alkanów.
Najprostszym węglowodorem jest metan, którego cząsteczki są zbudowane zjednego atomu węgla iatomów wodoru. Położenie węgla wukładzie okresowym wskazuje na to, że ma on cztery elektrony walencyjne. Wzwiązkach organicznych węgiel jest zawsze czterowartościowy – może utworzyć maksymalnie cztery wiązania chemiczne. Atom węgla połączony zczterema atomami wodoru tworzy związek owzorze , czyli metan.
Cząsteczka metanu ma kształt tetraedru (czworościanu foremnego). Wszystkie wiązania między atomem węgla aatomami wodoru są takie same (kąty pomiędzy wiązaniami wynoszą 109°28').
Metan powstaje wwarunkach beztlenowych podczas rozkładu materii organicznej. Jest głównym składnikiem gazu ziemnego, na terenach bagiennych wydzielasię jako gaz błotny. Źródłem metanu są także wysypiska śmieci. Produkują go również zwierzęta przeżuwające (bydło, owce).
Ciekawostka
Pierwsze na świecie udane wydobycie gazu zhydratów metanu
Prawie pół wieku temu odkryto znaczne ilości „zamrożonego” metanu na dnie oceanów. Jednak dopiero w2013r. udałosię wydobyć gaz zhydratów metanu, zwanych „płonącym lub metanowym lodem”. Nie było to proste zadanie, ponieważ przy wydobyciu metan może wsposób niekontrolowany wydostawaćsię wpostaci „bąbelków”, zwiększając emisję gazu cieplarnianego ijednocześnie zabierając organizmom wodnym duże ilości tlenu. Rządy USA, Kanady, Norwegii, Chin iJaponii zaczęły inwestować wopracowanie technologii pozwalających wydobyć „metan uwięziony wlodzie”. WUSA wykonano już nawet testowe instalacje do eksploatacji hydratów metanu wpobliżu Alaski, ale to Japończycy pierwsi ogłosili, że im się to powiodło.
(Źródło: Japończycy wydobyli gaz zhydratów metanu, Hydraty – paliwo przyszłości?)
*Hydraty metanu – to szczelnej budowy struktury krystaliczne, złożone zmolekuł metanu zamkniętych wklatkach cząsteczek wody.
Doświadczenie 1
Problem badawczy
Czy metan powoduje odbarwienie wody bromowej?
Hipoteza
Wybierz jedną zprzedstawionych hipotez, anastępnie zweryfikuj ją.
Metan odbarwia wodę bromową.
Metan nie powoduje odbarwienia wody bromowej.
Co będzie potrzebne
2 probówki,
korek,
woda bromowa (roztwór bromu),
metan (np. zmałej butli).
Instrukcja
Do pierwszej probówki wlej do 1/3 jej objętości roztwór bromu (wodę bromową).
Drugą probówkę napełnij metanem iwlej taką samą ilość wody bromowej. Probówkę zamknij korkiem idobrze wymieszaj przez wytrząsanie.
Obserwuj zachodzące zmiany.
Porównaj zawartość obu probówek.
Podsumowanie
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Na ekranie widać konieczne do przeprowadzenia eksperymentu sprzęty isubstancje. Po wypowiedzeniu przez lektora kolejnych poleceń prezentowane jest ich wykonanie. Czynności eksperymentatora: do pierwszej probówki wlewamy do 1/3 jej objętości roztworu bromu (wody bromowej).Drugą probówkę napełniamy metanem iwlewamy taką samą objętość bromu (wody bromowej). Probówkę zamykamy korkiem imieszamy przez wytrząsanie. Zbliżenie na obie probówki.
Metan nie odbarwia bromu, czyli znim nie reaguje. Oznacza to, że jest on węglowodorem nasyconym, mało reaktywnym, co wynika zjego budowy iobecności wcząsteczce metanu wiązań pojedynczych, które są trudne do rozerwania.
Składnikami gazu ziemnego oprócz metanusą: etan, propan, butan. Ich nazwy są zwyczajowe. Począwszy od pentanu, nazwy tworzysię od greckich liczebników: penta- (pięć), heksa- (sześć) itd., oznaczających liczbę atomów węgla wcząsteczce, przez dodanie zakonczenia -an.
AlkanyAlkany są to węglowodory nasycone, wktórych cząsteczkach między atomami węgla występują wyłącznie pojedyncze wiązania.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Animacja przedstawiająca sposoby rysowania wzorów strukturalnych ipółstrukturalnych alkanów na podstawie polecenia.
Wszystkie cząsteczki alkanów wszeregu hom*ologicznym mają wiązania pojedyncze (czyli do każdego atomu węgla jest przyłączona maksymalna liczba atomów wodoru lub węgla), dlatego nazywa się je węglowodorami nasyconymi.
Wzór ogólny alkanów:
– liczba atomów węgla wcząsteczce
Nazwy wszystkich alkanów mają zakończenie -an.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Na ekranie np. tablicy zapisywany jest wzór: CnH2n+2 – wzór ogólny alkanów. Zadanie 1. Zapisz wzór sumaryczny alkanu o4 atomach węgla. Są wykonane obliczenia dzięki którym można zapisać wzór sumaryczny alkanu. Zadanie 2. Zapisz wzór sumaryczny alkanu o20 atomach węgla. Są wykonane obliczenia dzięki którym można zapisać wzór sumaryczny alkanu. Zadanie 3. Zapisz wzór sumaryczny alkanu o18 atomach wodoru. Są wykonane obliczenia dzięki którym można zapisać wzór sumaryczny alkanu.
Ciekawostka
Alkany lub inne związki organiczne otym samym wzorze sumarycznym mogą różnićsię budową – związki takie nazywamy izomeramiizomerami. Znane są związki ołańcuchu „prostym”, wktórych wszystkie atomy węgla są związane znie więcej niż dwoma innymi atomami węgla, oraz związki ołańcuchu „rozgałęzionym”, wktórych przynajmniej jeden zatomów węgla jest związany zwięcej niż dwoma innymi atomami węgla. Im więcej jest atomów węgla wcząsteczce alkanu, tym więcej możliwości połączeń między nimi. Jeżeli wcząsteczce alkanu wszystkie atomy węgla są ustawione wjednym szeregu inie ma rozgałęzień, to można jego nazwę podać zliterą n- na początku (skrót od normalny).
Butan owzorze sumarycznym może utworzyć związek chemiczny ołańcuchu prostym (n‑butan) lub rozgałęzionym (izobutan).
Węgiel wzwiązkach organicznych jest zawsze czterowartościowy.
Węglowodory nasycone (alkany) to węglowodory, wktórych cząsteczkach między atomami węgla występują wyłącznie wiązania pojedyncze.
Węglowodory nasycone tworzą szereg hom*ologiczny owzorze ogólnym .
Praca domowa
Polecenie1.1
Sprawdź, czy związki chemiczne owzorach: ,, , należą do szeregu hom*ologicznego alkanów.
Polecenie1.2
Przedstaw modele pięciu kolejnych alkanów, zaczynając od metanu. Wykonaj je zdowolnych materiałów, np. plasteliny izapałek.
Polecenie1.3
Napisz wzory strukturalny ipółstrukturalny alkanu zawierającego 10 atomów węgla wcząsteczce.
alkany
węglowodory nasycone, związki organiczne zbudowane zatomów węgla iwodoru, zawierające między atomami węgla wyłącznie wiązania pojedyncze
izomery
związki chemiczne otym samym wzorze sumarycznym, ale różniącesię budową (ułożeniem atomów wcząsteczce)
szereg hom*ologiczny
szereg związków organicznych uporządkowanych według wzrastającej liczby atomów węgla, np. alkanów, wktórym dwa kolejne związki różniąsię od siebie ogrupę atomów
Ćwiczenie1
Ułóż szereg hom*ologiczny alkanów, zaczynając od metanu.
- metan
- butan
- pentan
- heksan
- heptan
- etan
- propan
- nonan
- dekan
- oktan
Zbuduj model cząsteczki butanu, wstawiając dostępne elementy we właściwe miejsca.
Ćwiczenie2.1
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D19FInmrs
Zbuduj model cząsteczki etanu, wstawiając dostępne elementy we właściwe miejsca.
Ćwiczenie3.1
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D19FInmrs
Zbuduj model cząsteczki heptanu, wstawiając dostępne elementy we właściwe miejsca.
Ćwiczenie4.1
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D19FInmrs
Ćwiczenie5
Połącz wpary nazwy alkanów zodpowiednimi wzorami sumarycznymi.
metan, oktan, dekan, nonan, etan, pentan, butan, propan, heksan, heptan
Ćwiczenie6
Ćwiczenie7
Wyznacz liczbę atomów wodoru alkanu o6 atomach węgla, uzupełniając zapis odpowiednimi elementami.
4, 5, , 6, 14, 10, , 2, , 12
Wzór ogólny alkanów ............ ............ za , podstawiamy ............. Alkan o6 atomach węgla ma cząsteczce ............ atomów wodoru.
