Węgiel i jego związki z wodorem

Transkrypt

1 Węgiel i jego związki z wodorem 1. Związki organiczne i nieorganiczne są to związki chemiczne, które w swoich cząsteczkach zawierają atomy węgla są to związki chemiczne, które w swoich cząsteczkach nie zawierają atomów węgla WYJATKI: O tlenek węgla (IV) O tlenek węgla (II) O 3 kwas węglowy sole kwasu węglowego. Węglowodory są to związki chemiczne, które w swoich cząsteczkach zawierają atomy węgla i wodoru węgiel w związkach organicznych jest zawsze IV wartościowy (tzn, od kaŝdego atomu węgla odchodzą 4 wiązania) węglowodory dzielimy na nasycone i nienasycone alkany alkeny alkiny (alkyny) 3. Naturalne źródła węglowodorów ropa naftowa mieszanina jednorodna węglowodorów w stanie gazowym, ciekłym i stałym specyficzny zapach palna barwa Ŝółta do czarnej (barwy zaleŝy od pochodzenia) gęstość mniejsza od gęstości wody, pływa po powierzchni wody nie miesza się z wodą jest poddawana procesowi destylacji, w wyniku tego procesu otrzymujemy takie produkty jak: gaz rafineryjny, benzyna, nafta, olej napędowy, smary, mazut, asfalt gaz ziemny powstał w wyniku rozkładu szczątków organicznych to mieszanina gazowa węglowodorów (główny składnik to metan 4 ) uŝywany jako źródło energii np. w piecach, kuchenkach gazowych, silnikach

2 węgle kopalne to np. węgiel kamienny, węgiel brunatny termiczny rozkład węgla kamiennego prowadzi do otrzymania gazu koksowniczego 4. Alkany węglowodory nasycone posiadają wiązania pojedyncze pomiędzy atomami węgla nazwy pochodzą od liczebników greckich z dodana końcówka an np. metan, butan wzór ogólny n n+, n liczba atomów węgla szereg homologiczny alkanów kaŝdy następny węglowodór ma o jedna grupę - - więcej od poprzedniego Alkeny węglowodory nienasycone posiadają jedno wiązania podwójne pomiędzy atomami węgla nazwy pochodzą od alkanów z dodaną końcówką en np. eten, buten wzór ogólny n n, n liczba atomów węgla szereg homologiczny alkenów kaŝdy następny węglowodór ma o jedna grupę - - więcej od poprzedniego Alkyny (alkiny) węglowodory nienasycone posiadają jedno wiązania potrójne pomiędzy atomami węgla nazwy pochodzą od alkanów z dodaną końcówką in lub yn np. etin (etyn) wzór ogólny n n-, n liczba atomów węgla szereg homologiczny alkinów kaŝdy następny węglowodór ma o jedna grupę - - więcej od poprzedniego

3 Alkany Liczba atomów węgla nazwa Wzór sumaryczny Wzór strukturalny Wzór półstrukturalny Model cząsteczki 1 metan 4 4 etan propan butan 4 10 zapis skrócony: 3 ( ) pentan 5 1 zapis skrócony: 3 ( ) heksan 6 14 itd. itd. itd. 7 heptan 7 16 itd. itd. itd. 8 oktan 8 18 itd. itd. itd. 9 nonan 9 0 itd. itd. itd. 10 dekan 10 itd. itd. itd.

4 Alkeny Liczba atomów węgla nazwa Wzór sumaryczny Wzór strukturalny Wzór półstrukturalny Model cząsteczki eten 4 = 3 propen 3 6 = 3 4 buten 4 8 = 3 5 penten 5 10 = 3 Zapis skrócony: = ( ) 3 6 heksen 6 1 itd. itd. itd. 7 hepten 7 14 itd. itd. itd. 8 okten 8 16 itd. itd. itd. 9 nonen 9 18 itd. itd. itd. 10 deken 10 0 itd. itd. itd.

5 Alkyny (alkiny) Liczba atomów węgla nazwa Wzór sumaryczny Wzór strukturalny Wzór półstrukturalny Model cząsteczki etyn 3 propyn butyn pentyn 5 8 Zapis skrócony: ( ) 6 heksyn 6 10 itd. itd. itd. 7 heptyn 7 1 itd. itd. itd. 8 oktyn 8 14 itd. itd. itd. 9 nonyn 9 16 itd. itd. itd. 10 dekyn itd. itd. itd. 3

6 7. Właściwości i zastosowanie alkanów. wraz z wydłuŝaniem się łańcucha węglowego: itd. zmienia się stan skupienia alkanów 1 4 atomów węgla gazy 5 16 atomów węgla ciecze n > 16 atomów węgla ciała stałe zmniejsza się lotność zmniejsza się palność wszystkie alkany mają gęstość mniejszą od gęstości wody i nie rozpuszczają się w niej zastosowanie alkanów: metan - występuje w gazie ziemnym stosowanym w kuchenkach, junkersach propan kosmetyki w formie aerozoli mieszanina propanu i butanu butle turystyczne butan zapalniczki benzyna, olej napędowy i nafta ( to mieszaniny alkanów w stanie ciekłym) silniki 8. Właściwości alkenów i alkinów nierozpuszczalne w wodzie wraz z wydłuŝaniem się łańcucha węglowego: zmienia się stan skupienia zmniejsza się palność zmniejsza się lotność ulegają reakcjom przyłączania i polimeryzacji

7 9. harakterystyka METANU wzór sumaryczny wzór strukturalny model cząsteczki 4 Właściwości i występowanie: główny składnik gazu ziemnego (90%) powstaje na bagnach gaz błotny występuje w kopalniach węgla kamiennego gaz kopalniany gaz bezbarwny bezwonny (jest nawaniany, Ŝeby moŝna go było wykryć) tworzy mieszaninę wybuchową z powietrzem nierozpuszczalny w wodzie palny, ulega 3 reakcjom spalania I. Spalanie całkowite (bezpieczne) zachodzi przy nieograniczonym dostępie tlenu 4 + O O + O metan tlenek węgla (IV) II. Spalanie niecałkowite trujące dostęp tlenu jest ograniczony 4 + 3O O + 4 O metan tlenek węgla (II) III. Spalanie niecałkowite dostęp tlenu jest ograniczony 4 + O + 4 O metan węgiel

8 10. harakterystyka ETENU (Etylen) wzór sumaryczny wzór strukturalny wzór półstrukturalny model cząsteczki 4 = otrzymywanie etenu (etylenu) folia polietylenowa woda Obserwacja: Wydziela się bezbarwny gaz, o charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalny w wodzie. Wniosek: ten gaz to eten (etylen) zastosowanie etenu (etylenu) produkcja tworzywa sztucznego polietylenu (z polietylenu wytwarza się reklamówki, butelki i folie plastikowe) regulacja wzrostu upraw np. pomidorów, bananów Właściwości: alken gaz bezbarwny charakterystyczny zapachy nierozpuszczalny w wodzie palny ulega 3 reakcjom spalania ulega reakcji przyłączania (addycji), które polega na rozerwaniu jednego z wiązań i przyłączeniu atomów I. Spalanie całkowite O O + O II. Spalanie niecałkowite trujące 4 + O O + O III. Spalanie niecałkowite 4 + O 4 + 4O przykłady reakcji przyłączania na kolejnej stronie

9 przykład 1 + di 3 tri 4 tetra eten brom dibromoetan przykład Podobny przebieg ma reakcja z innymi substancjami: l, I,, F, l, I,, F + l l eten chlorowodór chloroetan 4 + l 5 l ulega reakcji polimeryzacja (wiązanie podwójne ulega rozerwaniu, a cząsteczki etenu łączą się w długie łańcuchy) + + monomer monomer monomer +. p,t katalizator. polimer. n p,t katalizator n n liczba cząsteczek związku chemicznego (monomerów) etylen polietylen

10 11. harakterystyka ETYNU (acetylen) wzór sumaryczny wzór strukturalny wzór półstrukturalny model cząsteczki otrzymywanie etynu (acetylenu) woda + etanol + fenoloftaleina węglik wapnia woda Obserwacja: Wydziela się bezbarwny gaz, bezwonny, nierozpuszczalny w wodzie. Pojawia się malinowe zabarwienie. Wniosek: ten gaz to etyn (acetylen). Zabarwienie malinowe świadczy o odczynie zasadowego spowodowanym pojawieniem się wodorotlenku wapnia. a + + O a( O ) węglik wapnia woda wodorotlenek etyn (karbid) wapnia (acetylen) Właściwości: alkyn gaz bezbarwny bezwonny nierozpuszczalny w wodzie palny ulega 3 reakcjom spalania ulega reakcji przyłączania (addycji) + 5O 4O + O + 3O 4O + O + O 4 + O przykład 1 przykład + + etyn brom dibromoeten etyn brom tetrabromoetyn + + 4

11 ulega reakcji polimeryzacji (wiązanie potrójne ulega rozerwaniu, a cząsteczki etynu łączą się w długie łańcuchy) n acetylen p,t katalizator n poliacetylen n liczba cząsteczek związku chemicznego (monomerów) zastosowanie etynu (acetylenu) produkcja tworzyw sztucznych palniki acetylenowo tlenowe (temperatura płomienia acetylenu jest bardzo wysoka około 3000 O, dlatego gaz ten stosuje się do cięcia i spawania metali