Kimya, Üzvi kimya

Alkanlar və tsikloalkanlar: formuldan yanma hesabına qədər

Alkan və tsikloalkanın formulunu bir ədəddən, yəni karbonların sayından qurmağı, yanma, rabitə və kütlə hesablarını həll etməyi öyrənəcəksən.

Oxuma vaxtı: 4 dəqiqə

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: mətbəxdə qaz plitəsinin yanan gözü, mavi alov halqası.

Qaz plitəsini yandıranda alovda yanan qaz əsasən metandır, $CH_4$ . Cibindəki alışqanda isə çox vaxt butan olur, $C_4H_{10}$ . Biri evin mətbəxindədir, o biri ovucuna sığır, amma kimyaçının gözündə ikisi bir ailənin üzvüdür.

Bu ailənin adı alkanlardır. Onların hamısı eyni qaydayla qurulur: karbon atomları zəncir əmələ gətirir, hər karbon dörd rabitə, hər hidrogen bir rabitə yaradır. Tam yananda da hamısı eyni şeyi verir: karbon qazı və su.

Ona görə də bu mövzuda ayrı-ayrı maddələri əzbərləməyə ehtiyac yoxdur. Karbonların sayını, yəni $n$ -i bilsən, formulu, molyar kütləni, oksigen sərfini, hətta rabitələrin sayını bir neçə saniyəyə yazırsan.

Niyə lazımdır

Bu mövzu üzvi kimyanın ilk böyük addımıdır. Alkenlər, spirtlər və turşular da elə bu zəncirin üstündə qurulur, ona görə də $C_nH_{2n+2}$ və $14n+2$ yadında olsa, sonrakı mövzular xeyli asanlaşır.

Tapşırıqlarda çox vaxt maddənin adı verilmir, yalnız bir rəqəm verilir: kütlə, su, oksigen və ya rabitələrin sayı. Hamısını $n$ -ə bağlayan bir tənlik qurursan, $n$ -i taparsan, qalanı öz-özünə gəlir.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda alkanın tərkibini hidrogenlərin sayından, molyar kütlədən və ya yanma məhsullarından müəyyənləşdirirsən. Cədvəldə verilmiş kütlələr arasında tənlik qurur, oksigen sərfini və alınan suyun kütləsini hesablayırsan. Bəzi suallarda isə protonlarla neytronların say fərqindən molekul formuluna keçmək lazım gəlir.

Qayda

Quruluş nəzəriyyəsi: atomlar valentliklərinə uyğun ardıcıllıqla birləşir; maddənin xassələri həm tərkibindən, həm də quruluşundan asılıdır. Üzvi birləşmələrdə karbon dörd, hidrogen bir rabitə yaradır.
Alkanlar açıq karbon zəncirli doymuş karbohidrogenlərdir: $C_nH_{2n+2}$ , $n\geq1$ . Buna görə $M=14n+2$ q/mol olur. İlk nümayəndələr metan, etan, propan və butandır.
Homoloqlar eyni sinfə aiddir, tərkibləri bir və ya bir neçə $CH_2$ qrupu qədər fərqlənir. Qonşu üzvlərin molyar kütlə fərqi $14$ q/mol-dur.
Fəza quruluşu: alkanlarda karbon $sp^3$ hibrid halındadır; metan tetraedr formasındadır. Bütün rabitələr $\sigma$ tipli olur: $n-1$ ədəd $C-C$ , $2n+2$ ədəd $C-H$ , cəmi $3n+1$ rabitə.
İzomerlər eyni molekul formuluna, fərqli quruluşa malikdir. Alkanlarda zəncir izomerliyi butandan başlayır. Adlandırmada ən uzun zənciri seç, şaxələrə ilk fərqlənən yerdə daha kiçik nömrə ver; alkil qruplarını göstər. Məsələn, $CH_3CH(CH_3)CH_2CH_3$ — 2-metilbutandır.
Tsikloalkanlar qapalı zəncirli doymuş karbohidrogenlərdir. Birhalqalı nümayəndələrin formulu $C_nH_{2n}$ , $n\geq3$ , molyar kütləsi $14n$ q/mol-dur. Siklopropan $C_3H_6$ , sikloheksan $C_6H_{12}$ tərkiblidir.
Alkanlar suda praktik olaraq həll olmur. İşıqda xlorla əvəzetmə reaksiyasına girir: $CH_4+Cl_2\rightarrow CH_3Cl+HCl$ . Siklopropan halqasını açaraq birləşmə reaksiyası da verə bilir.
Tam yanma: $C_nH_{2n+2}+\frac{3n+1}{2}O_2\rightarrow nCO_2+(n+1)H_2O$ . Deməli, $1$ mol alkandan $n$ mol karbon qazı, $n+1$ mol su yaranır. $1$ mol birhalqalı tsikloalkan tam yandıqda hər iki məhsulun miqdarı $n$ moldur. Kütləni mola çevirmək üçün $\nu=m/M$ yaz.
İzotop hesabı: $^{12}C$ atomunda altı proton və altı neytron, $^1H$ atomunda isə bir proton var, neytron yoxdur. Belə alkan molekulunda protonların sayı $8n+2$ , neytronların sayı $6n$ , fərq isə $2n+2$ olur.

Bu mövzunun tapşırıqlarında işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

\mathrm{C}_{n}\mathrm{H}_{2n+2}+\frac{3n+1}{2}\mathrm{O_2}\rightarrow n\mathrm{CO_2}+(n+1)\mathrm{H_2O}

8 tapşırıqda

$n$ alkan molekulundakı karbonların sayıdır; tam yanmada bir mol yanacaqdan $n$ mol karbon qazı və $(n+1)$ mol su yaranır. Verilən kütlələrdən maddə miqdarlarını $\nu=m/M$ ilə ifadə edib əvvəl $n$ -i, sonra suyun kütləsini hesabla; $m$ kütlə, $M$ molyar kütlədir.

$n$ karbonların sayını göstərir və hidrogenlərin sayından $2n+2$ ifadəsi ilə tapılır. Yanacaqla oksigenin kütlə nisbətini qurarkən tənlikdəki əmsalları müvafiq molyar kütlələrə vur.

Burada $n$ karbonların sayıdır: bir mol alkanın tam yanması $n$ mol karbon qazı verir. Karbon qazının kütləsini $nM(\mathrm{CO_2})$ , bir mol alkanın kütləsini isə $(14n+2)$ q kimi yazıb cədvəldəki əlaqədən $n$ -i tap və hidrogenlərin sayını $2n+2$ ilə hesabla.

$n$ yanacaq molekulundakı karbonların sayıdır; hər mol alkanın tam yanmasına $(3n+1)/2$ mol oksigen lazımdır. Cədvəldəki kütlələrin nisbətini əmsallarla molyar kütlələrin hasillərinin nisbətinə bərabərləşdir.

Öyrənilməli düstur

\mathrm{C}_{n}\mathrm{H}_{2n+2},\qquad P-N=2n+2,\qquad M_r=14n+2

Karbon-12 atomunun proton və neytron sayları eynidir, hidrogen-1 atomunun nüvəsi isə neytronsuzdur və bir protondan ibarətdir. Buna görə belə alkan molekulunda ümumi proton sayı $P$ ilə ümumi neytron sayı $N$ arasındakı fərqdən karbonların sayını ( $n$ ), sonra nisbi molekul kütləsini ( $M_r$ ) tap.

Bir ədəd, bütün alkan

Sürgünü hərəkət etdirib alkan molekulunda karbonların sayını, yəni $n$ -i dəyiş. Formul $C_nH_{2n+2}$ olur; aşağıdakı hər ədəd yalnız $n$ -dən asılıdır.

Nümunələr

0{,}2

mol tsiklopentanın tam yanmasından neçə mol su və karbon qazı alınar? Tsiklopentanın formulu

C_5H_{10}

olduğundan onun hər molu hər iki məhsuldan

5

mol verir. Buna görə suyun da, karbon qazının da miqdarı

0{,}2\times5=1

moldur.

$8$ q metanın tam yanmasına nə qədər oksigen lazımdır? $CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O$ . Metanın miqdarı $8/16=0{,}5$ mol, oksigeninki $1$ moldur; kütləsi $32$ q alınır.

Alkan molekulunda cəmi $19$ rabitə varsa, bunların neçəsi karbon atomlarını birləşdirir? $3n+1=19$ tənliyindən $n=6$ alınır. Deməli, $C-C$ rabitələrinin sayı $6-1=5$ , qalan $14$ rabitə isə $C-H$ rabitəsidir.

Molyar kütləsi

58

q/mol olan alkanın formulunu tap. Onun molekulunda neçə hidrogen atomu var?

Həllə bax

Alkan üçün $M=14n+2$ yazırıq: $14n+2=58$ .
Buradan $14n=56$ , yəni $n=4$ alınır.
Hidrogenlərin sayı $2n+2=2\times4+2=10$ olur, formul isə $C_4H_{10}$ alınır. Bu, butandır.

$C_4H_{10}$ (butan), molekulda $10$ hidrogen atomu var.

Tipik səhv

$4$ q metan yanır: $CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O$ . Əmsal $2$ -dir, deməli, oksigen $2\times4=8$ q lazımdır.

Metanın miqdarı $4/16=0{,}25$ mol olur. Oksigen bundan iki dəfə çox lazımdır, yəni $0{,}5$ mol. Onun kütləsi $0{,}5\times32=16$ q alınır.

Reaksiya əmsallarını kütlə nisbəti kimi götürmə: onlar mol nisbətini göstərir. Əvvəl kütləni molyar kütləyə böl, sonra əmsallardan istifadə et.

Formulda da buna oxşar tələ var. Alkan üçün yazdığın $2n+2$ hidrogen sayını birhalqalı tsikloalkana tətbiq etmə; burada $2n$ götürməlisən. Sikloheksan $C_6H_{14}$ deyil, $C_6H_{12}$ tərkiblidir.

Özünü yoxla

Karbon atomlarının sayı eyni olan alkan və birhalqalı tsikloalkanı müqayisə et. Alkanın molyar kütləsi tsikloalkanın molyar kütləsindən nə qədər fərqlənir?

$0{,}5$ mol alkanın tam yanmasından $1{,}5$ mol $CO_2$ alınır. Bu zaman neçə mol su yarandığını tap.

Yalnız $^{12}C$ və $^1H$ izotoplarından ibarət alkan molekulunda protonların sayı neytronların sayından $18$ vahid çoxdur. Alkanın nisbi molekul kütləsini tap.

Bu mövzunu tapşırıqlarla möhkəmlət

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et, hər birinin izahını dərhal gör.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Kimya mövzuları

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların quruluşu və homoloji sırası», səh. 12
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların molekullarının fəza quruluşu», səh. 17
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların izomerliyi və alkil radikalları», səh. 22
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların adlandırılması», səh. 30
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların təbiətdə tapılması və alınması», səh. 36
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların fiziki xassələri və yanma reaksiyaları», səh. 42
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Alkanların kimyəvi xassələri», səh. 46
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Praktiki iş: Karbohidrogenlərin keyfiyyət tərkibinin təyini», səh. 52
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Tsikloalkanların homoloji sırası, qrafik formulları və molekullarının fəza quruluşu», səh. 130
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Tsikloalkanların adlandırılması və izomerliyi», səh. 134
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Tsikloalkanların alınması və fiziki xassələri», səh. 139
Dərslik: Kimya, 10-cu sinif, «Tsikloalkanların kimyəvi xassələri», səh. 143