Материал: Альонкіна К. В., Сотниченко Т. Д Хімія. Підготовка до ЗНО

тема 17. алкани, алкени, алкіни

ня менш ефективне, і, отже, π-зв’язок є менш міцним, аніж σ-зв’язок. Додаткове π-зв’язування двох атомів вуглецю призводить до того, що зменшується відстань між ядрами, оскільки подвійний зв’язок є поєднанням σ- та π-зв’язків. Довжина подвійного зв’язку C = C становить 0,133 нм, що набагато менше від довжини одинарного зв’язку (0,154 нм).

Добування алкенів

1. Основним промисловим джерелом алкенів є крекінг алканів, які входять до складу нафти:

C8H18 → C4H10 + C4H8.

Крекінг протікає за вільнорадикальним механізмом при високих температурах (+400—700 °С). 2. Інший промисловий спосіб добування алкенів — дегідрування алканів:

CH3 − CH2 − CH3 Cr2O3 , t→CH3 − CH = CH2 + H2.

У лабораторних умовах алкени добувають за реакціями відщеплення (елімінування), при яких від сусідніх атомів Карбону відщеплюються два атоми або дві групи атомів, і утворюється додатковий зв’язок. До таких реакцій належать наступні:

а) Дегідратація спиртів відбувається при їхньому нагріванні з водовідіймальними засобами, наприклад із сульфатною кислотою при температурі понад +150 °С:

CH3 − CH2 − OH → CH2 = CH2 + H2O.

б) Відщеплення галогеноводнів проводять при дії розчинів лугів на моноалкілгалогеніди:

CH3 – CH2 – CHBr – CH3 + KOH(спирт. розчин) → CH3 – CH = CH – CH3 + KBr + H2O.

3. Дегалогенування відбувається при нагріванні дигалогеналканів, які мають атоми галогену в сусідніх атомів Карбону, з активними двовалентними металами:

CH2Br − CHBr − CH3 + Mg → CH2 = CH − CH3 + MgBr2 .

хімічні властивості алкенів

Хімічні властивості алкенів визначаються наявністю в їхній молекулі подвійного зв’язку. При приєднанні полярних молекул типу HX (X: Hal, OH, CN) до несиметричних алкенів Гідроген переважно приєднується до більш гідрогенізованого атома Карбону, що примикає до подвійного зв’язку (правило Марковникова).

1. Гідрогалогенування. При взаємодії алкенів з галогеноводнями (HCl, HBr) утворюються галогеналкани:

CH3 − CH = CH2 + HBr → CH3 − CHBr − CH3.

2. Гідратація. При взаємодії алкенів з водою в присутності мінеральних кислот (сульфатної, фосфатної) утворюються спирти. Мінеральні кислоти виконують роль каталізаторів і є джерелом протонів. Приєднання води також відбувається за правилом Марковникова:

CH3 − CH = CH2 + HOH → CH3 − CH(OH)− CH3 . 3. Галогенування. Алкени знебарвлюють бромну воду:

CH2 = CH2 + Br2 → BrCH2 − CH2Br.

Ця реакція є якісною на подвійний зв’язок.

4. Гідрування. Приєднання водню відбувається під дією металевих каталізаторів, найчастіше нікелю:

CH3 − CH = CH2 + H2 Ni→CH3 − CH2 − CH3.

120

www.e-ranok.com.ua

тема 17. алкани, алкени, алкіни

5. Полімеризація алкенів та їхніх похідних:

nCH2 = CHR → (–CH2 – CH–)n.

R

6. Окрім приєднання, для алкенів характерні також реакції окиснення.

CH3 − CH = CH − CH3 [O]→2CH3 − COOH.

7. Як і всі інші вуглеводні, алкени горять і при широкому доступі кисню утворюють карбон діоксид та воду:

CnH2n + 32n O2 →nCO2 ↑ +nH2O.

При обмеженому доступі повітря горіння алкенів може призводити до утворення карбон монооксиду та води:

CnH2n + nO2 → nCO ↑ +nH2O.

Алкіни

Гомологічний ряд алкінів

Алкінами називають ненасичені вуглеводні, молекули яких мають один потрійний зв’язок. Перший представник цього класу — ацетилен HC ≡ CH,у зв’язку із чим алкіни також називають ацетиленовими вуглеводнями. Найближчі гомологи ацетилену:

Загальна формула гомологічного ряду алкінів CnH2n −2.Вона збігається із загальною формулою алкадієнів, тому алкіни й алкадієни є міжкласовими ізомерами.

Ізомерія й номенклатура Структурна ізомерія алкінів обумовлена ізомерією карбонового кістяка, так само як і в алканів та ал-

кенів (наприклад, 3-метилбутин-1 і пентин-1), та ізомерією положення потрійного зв’язку (бутин-1 і бу- тин-2). Просторова ізомерія для алкінів не характерна.

В алкінах з нерозгалуженим карбоновим ланцюгом нумерацію починають із того кінця, ближче до якого перебуває потрійний зв’язок. У назві відповідного алкану закінчення -ан змінюється на -ін (-ин). У розгалужених алкінах вибирають головний ланцюг так, щоб він містив потрійний зв’язок, навіть якщо він при цьому й не буде найдовшим. Перед назвою головного ланцюга вказують номер атома Карбону, при якому перебуває замісник, і назву цього замісника. Номер після назви головного ланцюга вказує положення потрійного зв’язку, наприклад:

CH3

4 метилпентин 2

Будова алкінів

Атоми Карбону при потрійному зв’язку перебувають у стані sp-гібридизації. Два σ -зв’язки, утворені гібридними орбіталями, розташовуються вздовж однієї лінії під кутом 180° один щодо одного; два π

121

www.e-ranok.com.ua

тема 17. алкани, алкени, алкіни

-зв’язки утворені при перекриванні двох пар негібридних p-орбіталей сусідніх атомів Карбону. Додаткове зв’язування двох атомів Карбону призводить до того, що відстань між ядрами зменшується, оскільки потрійний зв’язок є поєднанням одного σ -зв’язку і двох π -зв’язків. Довжина потрійного зв’язку C ≡ C становить 0,121 нм, що менше за довжину як одинарного, так і подвійного зв’язку. Енергія потрійного зв’язку становить 828 кДж/моль.

Добування алкінів

1. Загальний спосіб добування алкінів — відщеплення двох молекул галогеноводню від дигалогеналканів, які містять два атоми галогену або в сусідніх, або в одного атома Карбону, під дією спиртового розчину лугу:

CH2Br − CH2Br + 2KOH(спирт. розчин) → HC ≡ CH + 2KBr + 2H2O,

2.. У промисловості ацетилен добувають шляхом високотемпературного крекінгу метану:

2CH4 → CH ≡ CH + 3H2

або його найближчих гомологів — етану й пропану, причому в цьому разі ацетилен утворюється при більш низьких температурах 1200 °С:

C2H6 → C2H2 +2H2, 2C3H8 →3C2H2 +5H2 .

Сировиною в цих способах є природний газ або нафта.

3. У лабораторних умовах ацетилен добувають гідролізом кальцій карбіду:

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 ↑.

хімічні властивості алкінів

Реакції приєднання для алкінів протікають повільніше, ніж для алкенів. 1. Галогенування. Галогени приєднуються до алкінів у дві стадії:

CH ≡ CH + Br2 → CHBr = CHBr ,

CHBr = CHBr + Br2 → CHBr2 − CHBr2 .

Алкіни, так само як і алкени, знебарвлюють бромну воду.

2. Гідрогалогенування. Галогеноводні приєднуються до потрійного зв’язку важче, ніж до подвійного:

CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl.

У разі надлишку галогеноводню відбувається повне гідрогалогенування, причому для несиметричних алкінів на кожній стадії приєднання йде за правилом Марковникова, наприклад:

CH3 − C ≡ CH + 2HBr → CH3 − CBr2 − CH3 .

3. Гідратація. Приєднання води до алкінів каталізується солями ртуті (II):

HC ≡ CH + H2O → CH2 = CH − OH → CH3 − CH = O.

Реакцію гідратації алкінів відкрив М.Г. Кучеров (1881 р.), саме тому її й називають реакцією Кучерова.

4. Полімеризація. При пропусканні ацетилену над активованим вугіллям при температурі +600 °С відбувається тримеризація ацетилену з утворенням бензену:

3HC ≡ CH → C6H6 .

122

www.e-ranok.com.ua

тема 17. алкани, алкени, алкіни

5. Реакції відновлення. У присутності металевих каталізаторів алкіни відновлюються шляхом послідовного приєднання молекул водню, перетворюючись спочатку в алкени, а потім в алкани:

CH3 − C ≡ CH + H2 → CH3 − CH = CH2

CH3 − CH = CH2 + H2 → CH3 − CH2 − CH3 .

Приклади розв’язання задач

розв’язування задач на визначення хімічної формули.

Задача 17.1. При спалюванні 1,5 г газу утворилося 4,4 г оксиду карбону (ΙV) і 2,7 г води. Маса 1 л цього газу (н. у.) дорівнює 1,34 г. Визначте молекулярну формулу газу.

Розв’язання:

Визначимо молярну масу невідомого газу:

M(газу) = ρ ∙ Vm, звідки

M(газу) = 22,4 л/моль ∙ 1,34 г/л = 30 г/моль.

Визначимо кількість речовин газу, що прореагувала, а також кількості речовини вуглекислого газу та води, що утворилося в результаті реакції:

1,5 г

1) n (газу) = 30 г/моль = 0,05 моль;

4,4 г

2) n (СО2) = 44 г/моль =0,1 моль;

2,7 г

3) n (Н2О) = 18 г/моль = 0,15 моль.

На підставі рівняння реакції горіння невідомого газу (СхНу) та співвідношення кількостей речовин, про які йдеться в задачі, знаходимо молекулярну формулу газу:

x = 2, у = 6

Відповідь: Молекулярна формула газу – С2Н6 (М = 30 г/моль).

123

www.e-ranok.com.ua

тема 17. алкани, алкени, алкіни

виконайте контрольний тест

На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися слов никами, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 34 (контрольний)

1. Укажіть невідому речовину «Х» у такій схемі перетворень:

СН4 → Х → С2Н6 А етен Б хлорметан

В хлоретан Г етанол

2. Укажіть назву речовини, формула якої: Н2С = СН – СН3. А пропан Б бутен-1 В пропен

Гпропін

3.Указати речовину, яка є реактивом на кратні зв’язки.

Абромна вода

Б кисень В розведена нітратна кислота

Гхлор

4.Установіть відповідність між реагентами та продуктами реакції:

5.Установіть послідовність зростання довжини ковалентних зв’язків між атомами:

АС – Н

Б С – С В С = С

ГС ≡ С

6.При спалюванні 0,29 г вуглеводню одержали 448 мл СО2 (н. у.) та 0,45 г парів води. Відносна густина парів вуглеводню за повітрям 2. Визначити формулу вуглеводню і вказати суму індексів у сполуці.

124

www.e-ranok.com.ua