Χημικές ιδιότητες των αλκανίων
Τα αλκάνια (παραφίνες) είναι μη κυκλικοί υδρογονάνθρακες στα μόρια των οποίων όλα τα άτομα άνθρακα συνδέονται μόνο με απλούς δεσμούς. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχουν πολλαπλοί -διπλοί ή τριπλοί δεσμοί- στα μόρια των αλκανίων. Στην πραγματικότητα, τα αλκάνια είναι υδρογονάνθρακες που περιέχουν τον μέγιστο δυνατό αριθμό ατόμων υδρογόνου, και ως εκ τούτου ονομάζονται περιοριστικοί (κορεσμένοι).
Λόγω κορεσμού, τα αλκάνια δεν μπορούν να υποστούν αντιδράσεις προσθήκης.
Δεδομένου ότι τα άτομα άνθρακα και υδρογόνου έχουν αρκετά στενή ηλεκτραρνητικότητα, αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι οι δεσμοί C-H στα μόριά τους είναι εξαιρετικά χαμηλοί πολικοί. Από αυτή την άποψη, για τα αλκάνια, οι αντιδράσεις που προχωρούν μέσω του μηχανισμού υποκατάστασης ριζών, που συμβολίζεται με το σύμβολο S R, είναι πιο χαρακτηριστικές.
1. Αντιδράσεις υποκατάστασης
Σε αντιδράσεις αυτού του τύπου σπάνε δεσμοί άνθρακα-υδρογόνου
RH + XY → RX + HY
Αλογόνωση
Τα αλκάνια αντιδρούν με αλογόνα (χλώριο και βρώμιο) όταν εκτίθενται σε υπεριώδες φως ή υψηλή θερμότητα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα μείγμα παραγώγων αλογόνου με ποικίλους βαθμούς υποκατάστασης ατόμων υδρογόνου - μονο-, διτρι- κ.λπ. αλκάνια υποκατεστημένα με αλογόνο.
Χρησιμοποιώντας το μεθάνιο ως παράδειγμα, μοιάζει με αυτό:
Με την αλλαγή της αναλογίας αλογόνου/μεθανίου στο μείγμα αντίδρασης, είναι δυνατό να διασφαλιστεί ότι ένα συγκεκριμένο παράγωγο αλογόνου του μεθανίου κυριαρχεί στη σύνθεση των προϊόντων.
Μηχανισμός αντίδρασης
Ας αναλύσουμε τον μηχανισμό της αντίδρασης υποκατάστασης ελεύθερων ριζών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της αλληλεπίδρασης μεθανίου και χλωρίου. Αποτελείται από τρία στάδια:
- εκκίνηση (ή πυρηνοποίηση αλυσίδας) είναι η διαδικασία σχηματισμού ελεύθερων ριζών υπό την επίδραση εξωτερικής ενέργειας - ακτινοβολίας με υπεριώδη ακτινοβολία ή θέρμανση. Σε αυτό το στάδιο, το μόριο του χλωρίου υφίσταται ομολυτική διάσπαση του δεσμού Cl-Cl με το σχηματισμό ελεύθερων ριζών:
Οι ελεύθερες ρίζες, όπως φαίνεται από το παραπάνω σχήμα, είναι άτομα ή ομάδες ατόμων με ένα ή περισσότερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια (Cl, H, CH 3, CH 2, κ.λπ.).
2. Ανάπτυξη αλυσίδας
Αυτό το στάδιο περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση ενεργών ελεύθερων ριζών με ανενεργά μόρια. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται νέες ρίζες. Συγκεκριμένα, όταν οι ρίζες χλωρίου δρουν σε μόρια αλκανίου, σχηματίζεται μια ρίζα αλκυλίου και υδροχλώριο. Με τη σειρά της, η ρίζα αλκυλίου, συγκρουόμενη με μόρια χλωρίου, σχηματίζει ένα παράγωγο χλωρίου και μια νέα ρίζα χλωρίου:
3) Διακοπή (θάνατος) του κυκλώματος:
Εμφανίζεται ως αποτέλεσμα του ανασυνδυασμού δύο ριζών μεταξύ τους σε ανενεργά μόρια:
2. Αντιδράσεις οξείδωσης
Υπό κανονικές συνθήκες, τα αλκάνια είναι αδρανή έναντι τόσο ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων όπως τα πυκνά θειικά και νιτρικά οξέα, το υπερμαγγανικό κάλιο και το διχρωμικό (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).
Καύση σε οξυγόνο
Α) πλήρης καύση με περίσσεια οξυγόνου. Οδηγεί στο σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα και νερού:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
Β) ατελής καύση λόγω έλλειψης οξυγόνου:
2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O
Καταλυτική οξείδωση με οξυγόνο
Ως αποτέλεσμα της θέρμανσης των αλκανίων με οξυγόνο (~200 o C) παρουσία καταλυτών, μπορεί να ληφθεί από αυτά μια μεγάλη ποικιλία οργανικών προϊόντων: αλδεΰδες, κετόνες, αλκοόλες, καρβοξυλικά οξέα.
Για παράδειγμα, το μεθάνιο, ανάλογα με τη φύση του καταλύτη, μπορεί να οξειδωθεί σε μεθυλική αλκοόλη, φορμαλδεΰδη ή μυρμηκικό οξύ:
3. Θερμικοί μετασχηματισμοί αλκανίων
Ράγισμα
Το σπάσιμο (από τα αγγλικά στο crack - to tear) είναι μια χημική διαδικασία που συμβαίνει σε υψηλές θερμοκρασίες, ως αποτέλεσμα της οποίας ο σκελετός άνθρακα των μορίων αλκανίων διασπάται με το σχηματισμό μορίων αλκενίου και αλκανίων με χαμηλότερο μοριακό βάρος σε σύγκριση με τα αρχικά αλκάνια. . Για παράδειγμα:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 + CH 3 - CH = CH 2
Η ρηγμάτωση μπορεί να είναι θερμική ή καταλυτική. Για την πραγματοποίηση καταλυτικής πυρόλυσης, χάρη στη χρήση καταλυτών, χρησιμοποιούνται σημαντικά χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σύγκριση με τη θερμική πυρόλυση.
Αφυδρογόνωση
Η αποβολή του υδρογόνου συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διάσπασης των δεσμών C-H. πραγματοποιείται παρουσία καταλυτών σε υψηλές θερμοκρασίες. Όταν το μεθάνιο αφυδρογονώνεται, σχηματίζεται ακετυλένιο:
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
Η θέρμανση του μεθανίου στους 1200 °C οδηγεί στην αποσύνθεσή του σε απλές ουσίες:
CH 4 → C + 2H 2
Όταν τα υπόλοιπα αλκάνια αφυδρογονωθούν, σχηματίζονται αλκένια:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Κατά την αφυδρογόνωση n-Σχηματίζονται βουτάνιο, βουτένιο-1 και βουτένιο-2 (το τελευταίο με τη μορφή cis-Και έκσταση-ισομερή):
Αφυδροκυκλοποίηση
Ισομερισμός
Χημικές ιδιότητες κυκλοαλκανίων
Οι χημικές ιδιότητες των κυκλοαλκανίων με περισσότερα από τέσσερα άτομα άνθρακα στους δακτυλίους τους είναι, γενικά, σχεδόν ταυτόσημες με τις ιδιότητες των αλκανίων. Παραδόξως, το κυκλοπροπάνιο και το κυκλοβουτάνιο χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις προσθήκης. Αυτό οφείλεται στην υψηλή τάση εντός του κύκλου, η οποία οδηγεί στο γεγονός ότι αυτοί οι κύκλοι τείνουν να σπάσουν. Έτσι, το κυκλοπροπάνιο και το κυκλοβουτάνιο προσθέτουν εύκολα βρώμιο, υδρογόνο ή υδροχλώριο:
Χημικές ιδιότητες αλκενίων
1. Αντιδράσεις προσθήκης
Δεδομένου ότι ο διπλός δεσμός στα μόρια αλκενίου αποτελείται από έναν ισχυρό σίγμα και έναν ασθενή π δεσμό, είναι αρκετά δραστικές ενώσεις που υφίστανται εύκολα αντιδράσεις προσθήκης. Τα αλκένια συχνά υφίστανται τέτοιες αντιδράσεις ακόμη και κάτω από ήπιες συνθήκες - στο κρύο, σε υδατικά διαλύματα και οργανικούς διαλύτες.
Υδρογόνωση αλκενίων
Τα αλκένια είναι ικανά να προσθέτουν υδρογόνο παρουσία καταλυτών (πλατίνα, παλλάδιο, νικέλιο):
CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 - CH 2 - CH 3
Η υδρογόνωση των αλκενίων γίνεται εύκολα ακόμη και σε κανονική πίεση και ελαφρά θέρμανση. Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι οι ίδιοι καταλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφυδρογόνωση αλκανίων σε αλκένια, μόνο που η διαδικασία αφυδρογόνωσης λαμβάνει χώρα σε υψηλότερη θερμοκρασία και χαμηλότερη πίεση.
Αλογόνωση
Τα αλκένια υφίστανται εύκολα αντιδράσεις προσθήκης με βρώμιο τόσο σε υδατικό διάλυμα όσο και σε οργανικούς διαλύτες. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης, αρχικά κίτρινα διαλύματα βρωμίου χάνουν το χρώμα τους, δηλ. αποχρωματίζονται.
CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Υδροαλογόνωση
Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, η προσθήκη ενός υδραλογόνου σε ένα μόριο ενός ασύμμετρου αλκενίου θα πρέπει, θεωρητικά, να οδηγήσει σε ένα μείγμα δύο ισομερών. Για παράδειγμα, όταν προστίθεται υδροβρώμιο στο προπένιο, θα πρέπει να ληφθούν τα ακόλουθα προϊόντα:
Ωστόσο, ελλείψει συγκεκριμένων συνθηκών (για παράδειγμα, η παρουσία υπεροξειδίων στο μείγμα αντίδρασης), η προσθήκη ενός μορίου υδραλογόνου θα συμβεί αυστηρά επιλεκτικά σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov:
Η προσθήκη ενός υδραλογόνου σε ένα αλκένιο συμβαίνει με τέτοιο τρόπο ώστε ένα υδρογόνο προστίθεται σε ένα άτομο άνθρακα με μεγαλύτερο αριθμό ατόμων υδρογόνου (περισσότερο υδρογονωμένα) και ένα αλογόνο προστίθεται σε ένα άτομο άνθρακα με λιγότερο αριθμό υδρογόνου άτομα (λιγότερο υδρογονωμένα).
Ενυδάτωση
Αυτή η αντίδραση οδηγεί στο σχηματισμό αλκοολών και επίσης προχωρά σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov:
Όπως μπορείτε εύκολα να μαντέψετε, λόγω του γεγονότος ότι η προσθήκη νερού σε ένα μόριο αλκενίου συμβαίνει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov, ο σχηματισμός πρωτογενούς αλκοόλης είναι δυνατός μόνο στην περίπτωση ενυδάτωσης αιθυλενίου:
CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 -OH
Είναι μέσω αυτής της αντίδρασης που ο κύριος όγκος της αιθυλικής αλκοόλης πραγματοποιείται στη βιομηχανία μεγάλης κλίμακας.
Πολυμερισμός
Μια ειδική περίπτωση αντίδρασης προσθήκης είναι η αντίδραση πολυμερισμού, η οποία, σε αντίθεση με την αλογόνωση, την υδροαλογόνωση και την ενυδάτωση, προχωρά μέσω του μηχανισμού των ελεύθερων ριζών:
Αντιδράσεις οξείδωσης
Όπως όλοι οι άλλοι υδρογονάνθρακες, τα αλκένια καίγονται εύκολα σε οξυγόνο για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η εξίσωση για την καύση αλκενίων σε περίσσεια οξυγόνου έχει τη μορφή:
C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
Σε αντίθεση με τα αλκάνια, τα αλκένια οξειδώνονται εύκολα. Όταν τα αλκένια εκτίθενται σε υδατικό διάλυμα KMnO 4, εμφανίζεται αποχρωματισμός, ο οποίος είναι μια ποιοτική αντίδραση σε διπλούς και τριπλούς δεσμούς CC σε μόρια οργανικών ουσιών.
Η οξείδωση των αλκενίων με υπερμαγγανικό κάλιο σε ουδέτερο ή ασθενώς αλκαλικό διάλυμα οδηγεί στο σχηματισμό διολών (διυδρικές αλκοόλες):
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (ψύξη)
Σε ένα όξινο περιβάλλον, ο διπλός δεσμός σπάει εντελώς και τα άτομα άνθρακα που σχημάτισαν τον διπλό δεσμό μετατρέπονται σε ομάδες καρβοξυλίου:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (θέρμανση)
Εάν ο διπλός δεσμός C=C βρίσκεται στο άκρο του μορίου του αλκενίου, τότε το διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζεται ως προϊόν οξείδωσης του εξώτατου ατόμου άνθρακα στον διπλό δεσμό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ενδιάμεσο προϊόν οξείδωσης, το μυρμηκικό οξύ, οξειδώνεται εύκολα σε περίσσεια οξειδωτικού παράγοντα:
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (θέρμανση)
Η οξείδωση των αλκενίων στα οποία το άτομο C στον διπλό δεσμό περιέχει δύο υποκαταστάτες υδρογονάνθρακα παράγει μια κετόνη. Για παράδειγμα, η οξείδωση του 2-μεθυλβουτενίου-2 παράγει ακετόνη και οξικό οξύ.
Η οξείδωση των αλκενίων, στην οποία ο σκελετός του άνθρακα σπάει στον διπλό δεσμό, χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της δομής τους.
Χημικές ιδιότητες αλκαδιενίων
Αντιδράσεις προσθήκης
Για παράδειγμα, η προσθήκη αλογόνων:
Το βρώμιο νερό αποχρωματίζεται.
Υπό κανονικές συνθήκες, η προσθήκη ατόμων αλογόνου συμβαίνει στα άκρα του μορίου του 1,3-βουταδιενίου, ενώ οι π-δεσμοί διασπώνται, τα άτομα βρωμίου προστίθενται στα ακραία άτομα άνθρακα και τα ελεύθερα σθένη σχηματίζουν έναν νέο π-δεσμό . Έτσι, εμφανίζεται μια «κίνηση» του διπλού δεσμού. Εάν υπάρχει περίσσεια βρωμίου, μπορεί να προστεθεί άλλο μόριο στη θέση του σχηματισμένου διπλού δεσμού.
Αντιδράσεις πολυμερισμού
Χημικές ιδιότητες αλκυνίων
Τα αλκίνια είναι ακόρεστοι (ακόρεστοι) υδρογονάνθρακες και επομένως είναι ικανοί να υποστούν αντιδράσεις προσθήκης. Μεταξύ των αντιδράσεων προσθήκης αλκυνίων, η ηλεκτροφιλική προσθήκη είναι η πιο κοινή.
Αλογόνωση
Δεδομένου ότι ο τριπλός δεσμός των μορίων αλκυνίου αποτελείται από έναν ισχυρότερο δεσμό σίγμα και δύο ασθενέστερους δεσμούς pi, είναι ικανά να συνδέουν είτε ένα είτε δύο μόρια αλογόνου. Η προσθήκη δύο μορίων αλογόνου από ένα μόριο αλκυνίου προχωρά μέσω ενός ηλεκτροφιλικού μηχανισμού διαδοχικά σε δύο στάδια:
Υδροαλογόνωση
Η προσθήκη μορίων υδραλογόνου γίνεται επίσης μέσω ηλεκτροφιλικού μηχανισμού και σε δύο στάδια. Και στα δύο στάδια, η ένταξη προχωρά σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov:
Ενυδάτωση
Η προσθήκη νερού σε αλκίνια συμβαίνει παρουσία αλάτων ρουτί σε ένα όξινο μέσο και ονομάζεται αντίδραση Kucherov.
Ως αποτέλεσμα της ενυδάτωσης, η προσθήκη νερού στο ακετυλένιο παράγει ακεταλδεΰδη (οξική αλδεΰδη):
Για τα ομόλογα ακετυλενίου, η προσθήκη νερού οδηγεί στο σχηματισμό κετονών:
Υδρογόνωση αλκυνίων
Τα αλκίνια αντιδρούν με το υδρογόνο σε δύο στάδια. Μέταλλα όπως η πλατίνα, το παλλάδιο και το νικέλιο χρησιμοποιούνται ως καταλύτες:
Τριμερισμός αλκυνίων
Όταν το ακετυλένιο περνά πάνω από ενεργό άνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία, σχηματίζεται από αυτό ένα μείγμα διαφόρων προϊόντων, το κύριο από τα οποία είναι το βενζόλιο, προϊόν τριμερισμού ακετυλενίου:
Διμερισμός αλκυνίων
Το ακετυλένιο υφίσταται επίσης μια αντίδραση διμερισμού. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα παρουσία αλάτων χαλκού ως καταλύτες:
Οξείδωση αλκυνίου
Τα αλκίνια καίγονται στο οξυγόνο:
C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
Αντίδραση αλκυνίων με βάσεις
Τα αλκίνια με τριπλό C≡C στο τέλος του μορίου, σε αντίθεση με άλλα αλκύνια, μπορούν να εισέλθουν σε αντιδράσεις στις οποίες το άτομο υδρογόνου στον τριπλό δεσμό αντικαθίσταται από ένα μέταλλο. Για παράδειγμα, το ακετυλένιο αντιδρά με αμίδιο του νατρίου σε υγρή αμμωνία:
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,
και επίσης με ένα διάλυμα αμμωνίας οξειδίου του αργύρου, που σχηματίζει αδιάλυτες ουσίες που μοιάζουν με άλατα που ονομάζονται ακετυλενίδια:
Χάρη σε αυτή την αντίδραση, είναι δυνατό να αναγνωριστούν αλκίνια με τελικό τριπλό δεσμό, καθώς και να απομονωθεί ένα τέτοιο αλκύνιο από ένα μείγμα με άλλα αλκύνια.
Πρέπει να σημειωθεί ότι όλα τα ακετυλενίδια του αργύρου και του χαλκού είναι εκρηκτικές ουσίες.
Τα ακετυλενίδια είναι ικανά να αντιδρούν με παράγωγα αλογόνου, τα οποία χρησιμοποιούνται στη σύνθεση πιο πολύπλοκων οργανικών ενώσεων με τριπλό δεσμό:
CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3
CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr
Χημικές ιδιότητες αρωματικών υδρογονανθράκων
Η αρωματική φύση του δεσμού επηρεάζει τις χημικές ιδιότητες των βενζολίων και άλλων αρωματικών υδρογονανθράκων.
Το ενοποιημένο σύστημα ηλεκτρονίων 6pi είναι πολύ πιο σταθερό από τους συνηθισμένους δεσμούς pi. Επομένως, οι αντιδράσεις υποκατάστασης και όχι οι αντιδράσεις προσθήκης είναι πιο χαρακτηριστικές για τους αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Οι αρένες υφίστανται αντιδράσεις υποκατάστασης μέσω ενός ηλεκτρόφιλου μηχανισμού.
Αντιδράσεις υποκατάστασης
Αλογόνωση
Περιέχων άζωτον
Η αντίδραση νίτρωσης εξελίσσεται καλύτερα υπό την επίδραση όχι καθαρού νιτρικού οξέος, αλλά του μείγματός του με πυκνό θειικό οξύ, το λεγόμενο μίγμα νιτροποίησης:
Αλκυλίωση
Μια αντίδραση στην οποία ένα από τα άτομα υδρογόνου στον αρωματικό δακτύλιο αντικαθίσταται από μια ρίζα υδρογονάνθρακα:
Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν αλκένια αντί των αλογονωμένων αλκανίων. Ως καταλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν αλογονίδια αλουμινίου, αλογονίδια σιδήρου ή ανόργανα οξέα.<
Αντιδράσεις προσθήκης
Υδρογόνωση
Προσθήκη χλωρίου
Προχωρά μέσω ενός ριζικού μηχανισμού μετά από έντονη ακτινοβολία με υπεριώδες φως:
Μια παρόμοια αντίδραση μπορεί να συμβεί μόνο με το χλώριο.
Αντιδράσεις οξείδωσης
Καύση
2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Ατελής οξείδωση
Ο δακτύλιος βενζολίου είναι ανθεκτικός σε οξειδωτικά μέσα όπως KMnO 4 και K 2 Cr 2 O 7 . Δεν υπάρχει καμία αντίδραση.
Οι υποκαταστάτες στον δακτύλιο βενζολίου χωρίζονται σε δύο τύπους:
Ας εξετάσουμε τις χημικές ιδιότητες των ομολόγων βενζολίου χρησιμοποιώντας το τολουόλιο ως παράδειγμα.
Χημικές ιδιότητες του τολουολίου
Αλογόνωση
Το μόριο τολουολίου μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από θραύσματα μορίων βενζολίου και μεθανίου. Επομένως, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι οι χημικές ιδιότητες του τολουολίου θα πρέπει σε κάποιο βαθμό να συνδυάζουν τις χημικές ιδιότητες αυτών των δύο ουσιών που λαμβάνονται χωριστά. Αυτό συχνά παρατηρείται κατά την αλογόνωσή του. Γνωρίζουμε ήδη ότι το βενζόλιο υφίσταται μια αντίδραση υποκατάστασης με χλώριο μέσω ενός ηλεκτρόφιλου μηχανισμού και για να πραγματοποιηθεί αυτή η αντίδραση είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν καταλύτες (αλογονίδια αλουμινίου ή σιδήρου). Ταυτόχρονα, το μεθάνιο είναι επίσης ικανό να αντιδρά με το χλώριο, αλλά μέσω ενός μηχανισμού ελεύθερων ριζών, ο οποίος απαιτεί ακτινοβολία του αρχικού μείγματος αντίδρασης με υπεριώδη ακτινοβολία. Το τολουόλιο, ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες υποβάλλεται σε χλωρίωση, μπορεί να δώσει είτε προϊόντα υποκατάστασης ατόμων υδρογόνου στον δακτύλιο βενζολίου - για αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις ίδιες συνθήκες όπως για τη χλωρίωση του βενζολίου ή προϊόντα υποκατάστασης υδρογόνου άτομα στη ρίζα μεθυλίου, εάν υπάρχει, πώς το χλώριο δρα στο μεθάνιο υπό υπεριώδη ακτινοβολία:
Όπως μπορείτε να δείτε, η χλωρίωση του τολουολίου παρουσία χλωριούχου αλουμινίου οδήγησε σε δύο διαφορετικά προϊόντα - το ορθο- και το παρα-χλωροτολουόλιο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ρίζα μεθυλίου είναι ένας υποκαταστάτης του πρώτου είδους.
Εάν η χλωρίωση του τολουολίου παρουσία AlCl 3 πραγματοποιείται σε περίσσεια χλωρίου, είναι δυνατός ο σχηματισμός τριχλωρο-υποκατεστημένου τολουολίου:
Ομοίως, όταν το τολουόλιο χλωριώνεται στο φως με υψηλότερη αναλογία χλωρίου/τολουολίου, μπορεί να ληφθεί διχλωρομεθυλοβενζόλιο ή τριχλωρομεθυλοβενζόλιο:
Περιέχων άζωτον
Η αντικατάσταση των ατόμων υδρογόνου με μια νίτρο ομάδα κατά τη νίτρωση του τολουολίου με ένα μείγμα πυκνών νιτρικών και θειικών οξέων οδηγεί σε προϊόντα υποκατάστασης στον αρωματικό δακτύλιο και όχι στη ρίζα μεθυλίου:
Αλκυλίωση
Όπως αναφέρθηκε ήδη, η ρίζα μεθυλίου είναι ένας παράγοντας προσανατολισμού του πρώτου είδους, επομένως η αλκυλίωση της σύμφωνα με τη Friedel-Crafts οδηγεί σε προϊόντα υποκατάστασης σε ορθο- και παρα-θέσεις:
Αντιδράσεις προσθήκης
Το τολουόλιο μπορεί να υδρογονωθεί σε μεθυλοκυκλοεξάνιο χρησιμοποιώντας μεταλλικούς καταλύτες (Pt, Pd, Ni):
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
Ατελής οξείδωση
Όταν εκτίθεται σε έναν οξειδωτικό παράγοντα όπως ένα υδατικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου, η πλευρική αλυσίδα υφίσταται οξείδωση. Ο αρωματικός πυρήνας δεν μπορεί να οξειδωθεί υπό τέτοιες συνθήκες. Σε αυτή την περίπτωση, ανάλογα με το pH του διαλύματος, θα σχηματιστεί είτε ένα καρβοξυλικό οξύ είτε το άλας του.
Υδρογονάνθρακες στα μόρια των οποίων τα άτομα συνδέονται με απλούς δεσμούς και που αντιστοιχούν στον γενικό τύπο C n H 2 n +2.
Στα μόρια αλκανίων, όλα τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 3. Αυτό σημαίνει ότι και τα τέσσερα υβριδικά τροχιακά του ατόμου άνθρακα είναι πανομοιότυπα σε σχήμα, ενέργεια και κατευθύνονται στις γωνίες μιας ισόπλευρης τριγωνικής πυραμίδας - ενός τετραέδρου. Οι γωνίες μεταξύ των τροχιακών είναι 109° 28′.
Σχεδόν ελεύθερη περιστροφή είναι δυνατή γύρω από έναν μόνο δεσμό άνθρακα-άνθρακα και τα μόρια αλκανίου μπορούν να λάβουν μια μεγάλη ποικιλία σχημάτων με γωνίες στα άτομα άνθρακα κοντά στο τετραεδρικό (109° 28′), για παράδειγμα, στο μόριο n-πεντάνιο.
Αξίζει ιδιαίτερα να υπενθυμίσουμε τους δεσμούς στα μόρια των αλκανίων. Όλοι οι δεσμοί στα μόρια των κορεσμένων υδρογονανθράκων είναι απλοί. Η επικάλυψη συμβαίνει κατά μήκος του άξονα,
που συνδέει τους πυρήνες των ατόμων, δηλαδή αυτοί είναι δεσμοί σ. Οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι μη πολικοί και ελάχιστα πολωτικοί. Το μήκος του δεσμού C-C στα αλκάνια είναι 0,154 nm (1,54 10 - 10 m). Οι δεσμοί C-H είναι κάπως βραχύτεροι. Η πυκνότητα ηλεκτρονίων μετατοπίζεται ελαφρώς προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο άνθρακα, δηλαδή ο δεσμός C-H είναι ασθενώς πολικός.
Η απουσία πολικών δεσμών στα μόρια των κορεσμένων υδρογονανθράκων οδηγεί στο γεγονός ότι είναι ελάχιστα διαλυτά στο νερό και δεν αλληλεπιδρούν με φορτισμένα σωματίδια (ιόντα). Οι πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις για τα αλκάνια είναι αυτές που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες.
Ομόλογη σειρά μεθανίου
Ομόλογα- ουσίες που έχουν παρόμοια δομή και ιδιότητες και διαφέρουν κατά μία ή περισσότερες ομάδες CH 2.
Ισομερισμός και ονοματολογία
Τα αλκάνια χαρακτηρίζονται από τον λεγόμενο δομικό ισομερισμό. Τα δομικά ισομερή διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη δομή του σκελετού άνθρακα. Το απλούστερο αλκάνιο, το οποίο χαρακτηρίζεται από δομικά ισομερή, είναι το βουτάνιο. 
Βασικά στοιχεία ονοματολογίας
1. Επιλογή του κύριου κυκλώματος.Ο σχηματισμός του ονόματος ενός υδρογονάνθρακα ξεκινά με τον ορισμό της κύριας αλυσίδας - της μεγαλύτερης αλυσίδας ατόμων άνθρακα στο μόριο, που είναι, όπως ήταν, η βάση του.
2. Αρίθμηση ατόμων της κύριας αλυσίδας.Στα άτομα της κύριας αλυσίδας εκχωρούνται αριθμοί. Η αρίθμηση των ατόμων της κύριας αλυσίδας ξεκινά από το άκρο στο οποίο ο υποκαταστάτης είναι πιο κοντά (δομές Α, Β). Εάν οι υποκαταστάτες βρίσκονται σε ίση απόσταση από το άκρο της αλυσίδας, τότε η αρίθμηση ξεκινά από το άκρο στο οποίο υπάρχουν περισσότεροι από αυτούς (δομή Β). Εάν διαφορετικοί υποκαταστάτες βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις από τα άκρα της αλυσίδας, τότε η αρίθμηση ξεκινά από το άκρο στο οποίο είναι πιο κοντά το ανώτερο (δομή D). Η αρχαιότητα των υποκαταστατών υδρογονάνθρακα καθορίζεται από τη σειρά με την οποία εμφανίζεται το γράμμα με το οποίο αρχίζει το όνομά τους στο αλφάβητο: μεθύλιο (-CH 3), μετά αιθύλιο (-CH 2 -CH 3), προπύλιο (-CH 2 -CH 2 -CH 3 ) κ.λπ.
Σημειώστε ότι το όνομα του υποκαταστάτη σχηματίζεται αντικαθιστώντας το επίθημα -an με το επίθημα - λάσπηστο όνομα του αντίστοιχου αλκανίου.
3. Σχηματισμός του ονόματος. Στην αρχή του ονόματος, υποδεικνύονται αριθμοί - οι αριθμοί των ατόμων άνθρακα στα οποία βρίσκονται οι υποκαταστάτες. Εάν υπάρχουν πολλοί υποκαταστάτες σε ένα δεδομένο άτομο, τότε ο αντίστοιχος αριθμός στο όνομα επαναλαμβάνεται δύο φορές χωρισμένος με κόμμα (2,2-). Μετά τον αριθμό, ο αριθμός των υποκαταστατών υποδεικνύεται με παύλα ( di- δύο, τρία- τρεις, τετρα- τέσσερα, πεντά- πέντε) και το όνομα του υποκαταστάτη (μεθύλιο, αιθύλιο, προπύλιο). Στη συνέχεια, χωρίς κενά ή παύλες, το όνομα της κύριας αλυσίδας. Η κύρια αλυσίδα ονομάζεται υδρογονάνθρακας - μέλος της ομόλογης σειράς μεθανίου ( μεθάνιο CH 4, αιθάνιο C 2 H 6, προπάνιο C 3 H 8, C 4 H 10, πεντάνιο C 5 H 12, εξάνιο C 6 H 14, επτάνιο C 7 H 16, οκτάνιο C 8 H 18, νονάν S 9 H 20, πρύτανης C10H22).
Φυσικές ιδιότητες των αλκανίων
Οι τέσσερις πρώτοι εκπρόσωποι της ομόλογης σειράς μεθανίου είναι αέρια. Το πιο απλό από αυτά είναι το μεθάνιο - ένα άχρωμο, άγευστο και άοσμο αέριο (η μυρωδιά του "αερίου", όταν το μυρίζετε, πρέπει να καλέσετε το 04, καθορίζεται από τη μυρωδιά των μερκαπτανών - ενώσεις που περιέχουν θείο που προστίθενται ειδικά στο μεθάνιο που χρησιμοποιείται σε οικιακές και βιομηχανικές συσκευές αερίου, έτσι ώστε οι άνθρωποι, που βρίσκονται δίπλα τους, να μπορούν να ανιχνεύσουν τη διαρροή με τη μυρωδιά).
Οι υδρογονάνθρακες με σύνθεση από C 4 H 12 έως C 15 H 32 είναι υγρά. οι βαρύτεροι υδρογονάνθρακες είναι στερεά. Τα σημεία βρασμού και τήξης των αλκανίων αυξάνονται σταδιακά με την αύξηση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας. Όλοι οι υδρογονάνθρακες είναι ελάχιστα διαλυτοί στο νερό· οι υγροί υδρογονάνθρακες είναι κοινοί οργανικοί διαλύτες.
Χημικές ιδιότητες των αλκανίων
Αντιδράσεις υποκατάστασης.
Οι πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις για τα αλκάνια είναι οι αντιδράσεις υποκατάστασης ελεύθερων ριζών, κατά τις οποίες ένα άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από ένα άτομο αλογόνου ή κάποια ομάδα. Ας παρουσιάσουμε τις εξισώσεις των χαρακτηριστικών αντιδράσεων αλογόνωση: 
Σε περίπτωση περίσσειας αλογόνου, η χλωρίωση μπορεί να προχωρήσει περαιτέρω, μέχρι την πλήρη αντικατάσταση όλων των ατόμων υδρογόνου με χλώριο: 
Οι ουσίες που προκύπτουν χρησιμοποιούνται ευρέως ως διαλύτες και πρώτες ύλες σε οργανικές συνθέσεις.
Αντίδραση αφυδρογόνωσης(άντληση υδρογόνου).
Όταν τα αλκάνια περνούν πάνω από έναν καταλύτη (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) σε υψηλές θερμοκρασίες (400-600 ° C), ένα μόριο υδρογόνου εξαλείφεται και σχηματίζεται ένα αλκένιο:
Αντιδράσεις που συνοδεύονται από την καταστροφή της ανθρακικής αλυσίδας.
Όλοι οι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες καίγονται για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αέριοι υδρογονάνθρακες αναμεμειγμένοι με αέρα σε ορισμένες αναλογίες μπορούν να εκραγούν.
1. Καύση κορεσμένων υδρογονανθράκωνείναι μια εξώθερμη αντίδραση ελεύθερων ριζών, η οποία είναι πολύ σημαντική όταν χρησιμοποιούνται αλκάνια ως καύσιμο:
Γενικά, η αντίδραση καύσης των αλκανίων μπορεί να γραφτεί ως εξής:
2. Θερμική διάσπαση υδρογονανθράκων.
Η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσω ενός μηχανισμού ελεύθερων ριζών. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε ομολυτική διάσπαση του δεσμού άνθρακα-άνθρακα και στο σχηματισμό ελεύθερων ριζών.
Αυτές οι ρίζες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, ανταλλάσσοντας ένα άτομο υδρογόνου, για να σχηματίσουν ένα μόριο αλκανίου και ένα μόριο αλκενίου:
Οι αντιδράσεις θερμικής αποσύνθεσης αποτελούν τη βάση της βιομηχανικής διαδικασίας πυρόλυσης υδρογονανθράκων. Αυτή η διαδικασία είναι το πιο σημαντικό στάδιο της διύλισης λαδιού.
3. Πυρόλυση. Όταν το μεθάνιο θερμαίνεται σε θερμοκρασία 1000 °C, αρχίζει η πυρόλυση μεθανίου - αποσύνθεση σε απλές ουσίες: 
Όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία 1500 °C, είναι δυνατός ο σχηματισμός ακετυλενίου:
4. Ισομερισμός. Όταν οι γραμμικοί υδρογονάνθρακες θερμαίνονται με καταλύτη ισομερισμού (χλωριούχο αργίλιο), σχηματίζονται ουσίες με διακλαδισμένο σκελετό άνθρακα: 
5. Αρωματοποίηση. Τα αλκάνια με έξι ή περισσότερα άτομα άνθρακα στην αλυσίδα κυκλοποιούνται παρουσία καταλύτη για να σχηματίσουν βενζόλιο και τα παράγωγά του: 
Τα αλκάνια εισέρχονται σε αντιδράσεις που προχωρούν σύμφωνα με τον μηχανισμό των ελεύθερων ριζών, αφού όλα τα άτομα άνθρακα στα μόρια των αλκανίων βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 3. Τα μόρια αυτών των ουσιών κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ομοιοπολικούς μη πολικούς δεσμούς C-C (άνθρακας-άνθρακας) και ασθενώς πολικούς δεσμούς C-H (άνθρακας-υδρογόνο). Δεν περιέχουν περιοχές με αυξημένη ή μειωμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, ή εύκολα πολωμένους δεσμούς, δηλαδή τέτοιους δεσμούς στους οποίους η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μπορεί να μετατοπιστεί υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων (ηλεκτροστατικά πεδία ιόντων). Κατά συνέπεια, τα αλκάνια δεν θα αντιδράσουν με φορτισμένα σωματίδια, αφού οι δεσμοί στα μόρια των αλκανίων δεν διασπώνται από τον ετερολυτικό μηχανισμό. 
ΟΡΙΣΜΟΣ
Αλκάνιαονομάζονται κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, τα μόρια των οποίων αποτελούνται από άτομα άνθρακα και υδρογόνου που συνδέονται μεταξύ τους μόνο με δεσμούς σ.
Υπό κανονικές συνθήκες (στους 25 o C και ατμοσφαιρική πίεση), τα πρώτα τέσσερα μέλη της ομόλογης σειράς αλκανίων (C 1 - C 4) είναι αέρια. Τα κανονικά αλκάνια από το πεντάνιο έως το επταδεκάνιο (C 5 - C 17) είναι υγρά, ξεκινώντας από το C 18 και πάνω είναι στερεά. Καθώς αυξάνεται το σχετικό μοριακό βάρος, τα σημεία βρασμού και τήξης των αλκανίων αυξάνονται. Με τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα στο μόριο, τα διακλαδισμένα αλκάνια έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού από τα κανονικά αλκάνια. Η δομή του μορίου αλκανίου χρησιμοποιώντας μεθάνιο ως παράδειγμα φαίνεται στο Σχ. 1.
Ρύζι. 1. Η δομή του μορίου του μεθανίου.
Τα αλκάνια είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό, αφού τα μόριά τους είναι χαμηλοπολικά και δεν αλληλεπιδρούν με τα μόρια του νερού. Τα υγρά αλκάνια αναμειγνύονται εύκολα μεταξύ τους. Διαλύονται καλά σε μη πολικούς οργανικούς διαλύτες όπως βενζόλιο, τετραχλωράνθρακας, διαιθυλαιθέρας κ.λπ.
Παρασκευή αλκανίων
Οι κύριες πηγές διάφορων κορεσμένων υδρογονανθράκων που περιέχουν έως και 40 άτομα άνθρακα είναι το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Τα αλκάνια με μικρό αριθμό ατόμων άνθρακα (1 - 10) μπορούν να απομονωθούν με κλασματική απόσταξη φυσικού αερίου ή του κλάσματος βενζίνης του πετρελαίου.
Υπάρχουν βιομηχανικές (Ι) και εργαστηριακές (II) μέθοδοι για την παραγωγή αλκανίων.
C + H2 → CH4 (kat = Ni, t0);
CO + 3H2 → CH4 + H2O (kat = Ni, t 0 = 200 - 300);
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (kat, t 0).
— υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων
CH3-CH=CH2 + H2 →CH3-CH2-CH3 (kat = Ni, t0);
- μείωση των αλογονοαλκανίων
C 2 H 5 I + HI → C 2 H 6 + I 2 (t 0);
- αλκαλικές αντιδράσεις τήξης αλάτων μονοβασικών οργανικών οξέων
C 2 H 5 - COONa + NaOH → C 2 H 6 + Na 2 CO 3 (t 0);
— αλληλεπίδραση αλογονοαλκανίων με μέταλλο νατρίου (αντίδραση Wurtz)
2C2H5Br + 2Na → CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr;
— ηλεκτρόλυση αλάτων μονοβασικών οργανικών οξέων
2C 2 H 5 COONa + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + C 4 H 10 + 2CO 2 ;
K(-): 2H2O + 2e → H2 + 2OH-;
A(+):2C 2 H 5 COO — -2e → 2C 2 H 5 COO + → 2C 2 H 5 + + 2CO 2 .
Χημικές ιδιότητες των αλκανίων
Τα αλκάνια είναι από τις λιγότερο δραστικές οργανικές ενώσεις, γεγονός που εξηγείται από τη δομή τους.
Τα αλκάνια υπό κανονικές συνθήκες δεν αντιδρούν με συμπυκνωμένα οξέα, λιωμένα και συμπυκνωμένα αλκάλια, αλκαλικά μέταλλα, αλογόνα (εκτός από φθόριο), υπερμαγγανικό κάλιο και διχρωμικό κάλιο σε όξινο περιβάλλον.
Για τα αλκάνια, οι πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις είναι αυτές που προχωρούν με ριζικό μηχανισμό. Η ομολυτική διάσπαση των δεσμών C-H και C-C είναι ενεργειακά πιο ευνοϊκή από την ετερολυτική διάσπασή τους.
Οι αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης συμβαίνουν ευκολότερα στο τριτοταγές άτομο άνθρακα, μετά στο δευτερεύον άτομο άνθρακα και, τέλος, στο πρωτεύον άτομο άνθρακα.
Όλοι οι χημικοί μετασχηματισμοί των αλκανίων προχωρούν με διάσπαση:
1) Δεσμοί C-H
— αλογόνωση (S R)
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl ( hv);
CH 3 -CH 2 -CH 3 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 3 + HBr ( hv).
- νίτρωση (S R)
CH3-C(CH3)H-CH3 + HONO2 (αραιό) → CH3-C(NO2)H-CH3 + H2O (t 0).
— σουλφοχλωρίωση (S R)
R-H + SO 2 + Cl 2 → RSO 2 Cl + HCl ( hv).
- αφυδρογόνωση
CH3-CH3 → CH2 =CH2 + H2 (kat = Ni, t0).
- αφυδροκυκλοποίηση
CH 3 (CH 2) 4 CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (kat = Cr 2 O 3, t 0).
2) Δεσμοί C-H και C-C
- ισομερισμός (ενδομοριακή αναδιάταξη)
CH3-CH2-CH2-CH3 →CH3-C(CH3)H-CH3 (kat=AlCl3, t0).
- οξείδωση
2CH3-CH2-CH2-CH3 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O (t0, p);
C n H 2n+2 + (1,5n + 0,5) O 2 → nCO 2 + (n+1) H 2 O (t 0).
Εφαρμογές αλκανίων
Τα αλκάνια έχουν βρει εφαρμογή σε διάφορες βιομηχανίες. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ορισμένων εκπροσώπων της ομόλογης σειράς, καθώς και μιγμάτων αλκανίων.
Το μεθάνιο αποτελεί τη βάση πρώτης ύλης για τις πιο σημαντικές χημικές βιομηχανικές διεργασίες για την παραγωγή άνθρακα και υδρογόνου, ακετυλενίου, οργανικών ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο - αλκοόλες, αλδεΰδες, οξέα. Το προπάνιο χρησιμοποιείται ως καύσιμο αυτοκινήτων. Το βουτάνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή βουταδιενίου, το οποίο είναι πρώτη ύλη για την παραγωγή συνθετικού καουτσούκ.
Ένα μείγμα υγρών και στερεών αλκανίων μέχρι C 25, που ονομάζεται βαζελίνη, χρησιμοποιείται στην ιατρική ως βάση των αλοιφών. Ένα μείγμα στερεών αλκανίων C 18 - C 25 (παραφίνη) χρησιμοποιείται για τον εμποτισμό διαφόρων υλικών (χαρτί, υφάσματα, ξύλο) για να τους προσδώσει υδρόφοβες ιδιότητες, π.χ. μη διαβρέχοντας με νερό. Στην ιατρική χρησιμοποιείται για φυσιοθεραπευτικές επεμβάσεις (παραφινοθεραπεία).
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
| Ασκηση | Κατά τη χλωρίωση του μεθανίου, ελήφθησαν 1,54 g μιας ένωσης, η πυκνότητα ατμών της οποίας στον αέρα είναι 5,31. Υπολογίστε τη μάζα του διοξειδίου του μαγγανίου MnO 2 που θα χρειαστεί για την παραγωγή χλωρίου εάν η αναλογία των όγκων μεθανίου και χλωρίου που εισάγονται στην αντίδραση είναι 1:2. |
| Λύση | Ο λόγος της μάζας ενός δεδομένου αερίου προς τη μάζα ενός άλλου αερίου που λαμβάνεται στον ίδιο όγκο, στην ίδια θερμοκρασία και την ίδια πίεση ονομάζεται σχετική πυκνότητα του πρώτου αερίου προς το δεύτερο. Αυτή η τιμή δείχνει πόσες φορές το πρώτο αέριο είναι βαρύτερο ή ελαφρύτερο από το δεύτερο αέριο. Το σχετικό μοριακό βάρος του αέρα λαμβάνεται ως 29 (λαμβάνοντας υπόψη την περιεκτικότητα του αέρα σε άζωτο, οξυγόνο και άλλα αέρια). Πρέπει να σημειωθεί ότι η έννοια της «σχετικής μοριακής μάζας αέρα» χρησιμοποιείται υπό όρους, καθώς ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. Ας βρούμε τη μοριακή μάζα του αερίου που σχηματίζεται κατά τη χλωρίωση του μεθανίου: M αέριο = 29 ×D αέρας (αέριο) = 29 × 5,31 = 154 g/mol. Αυτό είναι τετραχλωράνθρακας - CCl 4. Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης και ας τακτοποιήσουμε τους στοιχειομετρικούς συντελεστές: CH 4 + 4Cl 2 = CCl 4 + 4HCl. Ας υπολογίσουμε την ποσότητα της ουσίας τετραχλωράνθρακα: η(CCl4) = m(CCl4) / M(CCl4); n(CCl4) = 1,54 / 154 = 0,01 mol. Σύμφωνα με την εξίσωση αντίδρασης n(CCl 4) : n(CH 4) = 1: 1, που σημαίνει n(CH4) = n(CCl4) = 0,01 mol. Τότε, η ποσότητα της ουσίας χλωρίου θα πρέπει να είναι ίση με n(Cl 2) = 2 × 4 n(CH 4), δηλ. n(Cl2) = 8 × 0,01 = 0,08 mol. Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης για την παραγωγή χλωρίου: MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. Ο αριθμός των mol διοξειδίου του μαγγανίου είναι 0,08 mol, επειδή n(Cl 2) : n(MnO 2) = 1: 1. Βρείτε τη μάζα του διοξειδίου του μαγγανίου: m(MnO2) = n(MnO2) × M(MnO2); M(MnO2) = Ar(Mn) + 2×Ar(O) = 55 + 2×16 = 87 g/mol; m(MnO 2) = 0,08 × 87 = 10,4 g. |
| Απάντηση | Η μάζα του διοξειδίου του μαγγανίου είναι 10,4 g. |
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
