Экологиялық қауіпсіздіктің мәні, қажеттілігі”

                                   Алкендер

 

Этилен

Қанықпаған көмірсутектермен танысуды құрамында бір қос байланысы бар көмірсутектер — алкендерден бастайық.

Алкендер — молекула құрамында бір қос байланысы бар, жалпы формуласы С_nН_2n болатын қанықпаған көмірсутектер.

Алкендердің ең қарапайым өкілі — құрамында екі көміртек атомы бар — этилен С₂Н₄. Алкендердің гомологтық қатары этиленнен басталатындықтан, алкендер этилен қатарының көмірсутектері немесе олефиндер деп те аталады. Алкендердің жалпы формуласын С_nН_2n (n= 2) деп есептеп, этиленнің молекулалық формуласын табуға болады:

C₂H_2•2=C₂H₄

ықшамдалған құрылымдық формуласы:

CH₂=CH₂

Алкендердің құрылысы. Алкендердің құрылысын олардың ең карапайым мүшесі—этиленнің (этеннің) С₂Н₄ мысалында қарастырайық. Этилен молекуласындағы көміртек атомының әрқайсысы екі сутек атомымен байланысқан және олар өзара қос байланыс арқылы жалғасқан .

Алкендерде көміртек атомдары sр²-гибридтенген күйде болады. Этилен молекуласындағы әр көміртек атомының бір s-және екі р-электрон орбитальдары гибридтенуге қатысады. Яғни, әр көміртек атомында үш гибридтенген электрон бұлты және бір гибридтенбеген р-электрон орбиталь болады. Үш гибридтенген орбитальдың екеуі сутек атомдарының s-электрон бұлттарымен екі σ-байланыс, ал үшінші гибридтенгенорбиталь екінші көміртек атомының осындай орбиталімен қаптасып тағы бір σ-байланыс барлығы бес σ-байланыс [бір sp² — sp² (С — С) және төрт sp²— s(С — Н)] түзеді. Гибридтенбеген р- электрон орбитальдары σ-байланыстар орналасқан жазықтыққа перпендикуляр орналасып, бір-бірімен жазықтықтың екі жағында (астында және үстінде) каптасып, екі π-электрондар арасында (С — С) бір π-байланыс түзеді. Яғни, этеннің молекуласындағы көміртек атомдары өзара бір σ-және бір π-байланыстар арқылы жалғасады. Қос байланыстың ұзындығы 0,134 нм, байланыс энергиясы 612 кДж/моль болады. π-байланыс σ-байланысқа қарағанда әлсіз болады да, реакцияға түскенде оңай үзіледі.

Алкендердің атаулары мен  изомерлері

Нормальді алкендерді атағанда көбіне сәйкес алканның -ан жұрнағын -илен жұрнағына алмастырады: этанға сай  алкен — этилен, пропанға сай  — пропилен және т.б.

Халықаралық номенклатура бойынша атағанда, сәйкес алканның -ан жұрнағы -ен жұрнағына алмастырылады: алкан — алкен, этан — этен, пропан — пропен жәнет.с.с. Алкендерді халықаралық номенклатура бойынша атауды қарастырайық:

1. Алкеннің құрылымдық формуласынан қос байланысы бар ең ұзын тізбек таңдап алынады. Тізбекті нөмірлеу қос байланыс жақын орналасқан шетінен басталады.

2. Орынбасар байланысқан көміртек атомының нөмірі көрсетіліп, содан кейін орынбасар аталады. Бірнеше радикал болса, әрқайсысының орны мен аты аталады.

3. Ұзын тізбек аталады да, атаудың соңында қос байланысы бар көміртек атомының нөмірі көрсетіледі.

Алкендердің радикалдары  алкандар радикалдарына ұқсас аталады: СН₂ = СН — этенил (винил).

Алкеидерге изомерленудің  бірнеше турі тән:

1. Алкендерде қаныққан  көмірсутектердегі сияқты көміртек  қаңқасының изомерлері болады.

2. Еселі байланыстың орнына  қарай изомерлену. Бутен молекуласындағы  еселі байланыстың орнына сәйкес  екі түрлі изомерлері болады. Қос байланыс шеткі көміртек атомында немесе ортаңғы көміртек атомында орналасуы мүмкін.

3. Класаралық изомерлену. Алкендер мен циклоалкандардың  жалпы формулалары бірдей С_nН_2n. Бутеннің С₄Н₈ класаралық изомері — циклобутан және метилциклопропан.

4. Кеңістіктік изомерлері (геометриялық немесе цис-, транс-  изомер деп те аталады). Қаныққан  көмірсутектердің молекулаларында  көміртек атомдары σσ-байланыс  айналасында еркін айнала алады.  Ал алкендерде көміртек атомдары  өзара қос (σ- және π-) байланыс  арқылы жалғасқан жағдайда π-байланыс  үзілмейінше еркін айналу мүмкін  емес. Қос байланыспен жалғаскан  көміртек атомдары осы байланыс  осі арқылы еркін айнала алмайды.  Сондықтан бутен-2-нің орынбасарлары  — метил топтары кеңістікте екі түрлі жағдайда орналаса алады. Бірдей орынбасушы топтары қос байланыстың бір жағында орналасқаны цис-изомер деп, ал екі жағында орналасқаны транс-изомер деп аталады (лат. cis— біржақта, trans — басқа жақта).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

                  Пайдалнаылған әдебиеттер

 

1. ↑ Химия: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық / Ә. Темірболатова, Н. Нұрахметов, Р. Жұмаділова, С. Әлімжанова. – Алматы: «Мектеп» баспасы, 2007. – 352 бет, суретті. ISBN 9965-36-092-8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алкандар

Алкандар — молекула құрамындағы көміртек атомдары өзара тек дара σ-байланыстар арқылы байланысқан жалпы формуласы C_nH_2n+2 болатын алифатты қаныққан көмірсутектер.

Алкандардың молекуласындағы әр көміртек атомының барлық төрт валенттігі толығымен, яғни шетіне дейін сутек және көміртек атомдарымен қаныққан. Сондықтан алкандар қаныққан (шектелген) көмірсутектерге жатады.

Алкандарды бірінші мүшесі метан болғандықтан, метан қатарының көмірсутектері немесе парафиндер деп те атайды.

Енді метанның мысалында алкандардың  жалпы формуласын пайдаланып есептеу жүргізейік. Жалпы формуладағы C_nH_2n+2, n - көміртек атомының санын көрсететін бүтін сандар. Көміртек атомының саны бірге тең болғанда (n= 1), сутек атомының саны 2n+2 =2∙1+2 = 4 болады да, ең қарапайым органикалық қосылыс, қаныққан көмірсутек—метанның молекулалық формуласы СН₄шығады.

Көмірсутек молекуласындағы көміртек атомдарының саны екіге тең болғанда (n= 2), алкандардың екінші мүшесі — этанның формуласын С₂Н₆ табамыз. Осылай алкандардың келесі екілдері: үшінші көмірсутек — пропанның С₃Н₈, төртінші — бутанның С₄Н₁₀ және т.б. басқа алкандардың формулалары анықталады. Яғни, жалпы формуланы C_nH_2n+2, пайдаланып, алкандарқатарының кез келген мүшесінің формуласын құрастыруға болады.

Алкандардың алғашқы мүшесі метан  СН₄ мен келесі мүшесі этанның С₂Н₆ молекулалық құрамын салыстырсақ, бір-бірінен СН₂тобына айырмашылығы бар екенін табамыз. Осы сияқты, этан С₂Н₆ мен пропанның С₃Н₈, пропан С₃Н₈ мен бутанның С₄Н₁₀, яғни әр келесі көмірсутектің молекулалық құрамы өзінің алдындағы көмірсутектен СН₂ тобына өзгеретіндігін байқауға болады

Жалпы формулалары бірдей, химиялық қасиеттері ұқсас, ал құрамдары бір немесе бірнеше СН₂ тобына өзгеріп отыратын заттар гомологтар деп аталады (гр. homologos —ұқсас). Гомологтарды салыстырмалы молекулалық массаларының өсуіне қарай орналастырса, гомологтық қатар түзіледі. СН₂ гомологтық айырым деп аталады.

Мұндай гомологтык қатарлар органикалық  қосылыстардың барлық кластарына тән. Көмірсутек молекуласынан сутек  атомдары үзілген кезде көмірсутек радикалдарытүзіледі. Мысалы, метаннан СН₄ бір сутек үзілгенде, СН₃∙ (СН₃—) метил радикалы түзіледі. Радикалдарды атағанда, сәйкес алканның -aн жұрнағы -ил жұрнағына алмастырылады.

Алкандардың изомерлері мен атаулары

Изомерленудің бірнеше себебі болатынын  өткен тақырыптардан білесіңдер. Алкандарға құрылымдық (көміртек қаңқасының) изомерлену тән. Ол молекуладағы көміртек атомдарының өзара орналасуынан болады. Тармақталмаған көміртек тізбегі нормалді изомер деп аталады.

Алкандардың изомерленуі бутаннан (С₄Н₁₀) басталады. Бутанның молекуласында барлық көміртек атомдары тізбектеліп орналасады (н-бутан). Ал изобутанда көміртек атомдары тармақталып байланысады, негізгі көміртек тізбегі үш атомнан тұрады да, 4-көміртек атомы үзіліп, бүйірінен 2-көміртекпен байланысады.

Тармақталған изомерлерде радикалдар әр түрлі орналасуы мүмкін.

Қосылыс құрамындағы көміртек атомдарының сандары өскен сайын изомерлердің сандары да көбейе береді.Алкандардың бастапқы төрт көмірсутегі тривиальді аттармен аталады: метан, этан, пропан, бутан. Ал бесінші көмірсутек— пентаннан бастап грек сандарына -ан жұрнағы жалғанып аталады.

Рационалды атау бойынша көмірсутектер  бір немесе бірнеше сутек атомдары радикалдарға алмасқан метанның туындылары ретінде қарастырылады. Егер формулалардабірдей радикалдар қайталанса, грекше ди-, три-, тетра-, т.б. сандармен көрсетіледі. Метан көміртегінің негізі етіп ең көп тармақталған көміртек атомы алынады.

Физикалық қасиеттері

Алкандардың гомологтық қатарында  салыстырмалы молекулалық массаларының өсуіне байланысты балқу және қайнау температуралары мен тығыздықтары біртіндеп артады.

Гомологтық қатардағы заттардың қасиеттері ұқсас болады және белгілі бір заңдылықпен өзгереді. Гомологтық қатардың бір мүшесінің қасиеті белгілі болса, сол арқылы басқа мүшелерінің қасиеттерін болжауға болады. Сонымен қатар гомологтық қатарларда диалектиканың сан өзгерісінің сапа өзгерісіне ауысу заңы айқын байқалады. Молекула құрамы келесі әр СН₂ тобына өскен сайын зат қасиетінің біртіндеп өзгеретінін көреміз. Сан өзгерісінің сапа өзгерісіне ауысуы химияда жиі кездеседі.

Алкандардың бастапқы төрт мүшесі — газдар, пентаннан бастап пентадеканға (С₁₅Н₃₂) дейін — сұйық заттар, ал құрамында С₁₆ және одан да көп көміртек атомдары бар жоғары молекулалы алкандар — қатты заттар болады. Қалыпты жағдайда қысымды жоғарылатқанда, пропан мен бутан сұйыққа айналады. Изомер алкандардыңфизикалық және химиялық қасиеттерінде айырмашылықтар болады. Мысалы, нормальді құрылымды алкандардың қайнау және балқу температуралары сәйкес тармақталған алкандардың қайнау, балқу температураларынан жоғары.

Алкандар — полюссіз қосылыстар. Олар судан жеңіл және сумен араласпайды (ерімейді). Сол сияқты басқа полюсті еріткіштерде де ерімейді, органикалық еріткіштерде ериді. Сұйық алкандар көптеген органикалық, заттардың еріткіші ретінде қолданылады.

Метан мен этанның және үлкен молекулалы алкандардың иістері жоқ, ал кейбір ортаңғы мүшелерінің өздеріне тән иістері болады.

Алкандар — жанғыш заттар.

Химиялық қасиеттері

Алкандар орынбасу, айырылу изомерлену және тотығу реакцияларына түседі. Алкандардың басқа көмірсутектермен салыстырғандағы бір ерекшелігі — олардың құрамындағы көміртек атомдарының валенттіктері толығымен  сутек атомдарымен қаныққан. Сондықтан  алкандар қосылу реакцияларына түспейді.

Алкандар құрамындағы тағы бір ерекшелік — оларда едәуір берік коваленттік σ-байланыстың болуы. Бұл байланыстың полюстігі төмен, сондықтан алкандар, негізінен, SRмеханизмі бойынша реакцияларға түседі. С—С байланыс едәуір қатаң жағдайда үзіліп, реакцияға қиын түседі. Алкандардың парафиндер деп аталу себебі осы.

Алкандар химиялық реакцияларға энергия берген (қыздыру немесе ультракүлгін сәулелердің әсерінен) жағдайда ғана түседі. Реакция барысында көміртек пен сутек С—Н арасындағы байланыс үзіліп, сутек атомы басқа атомдар мен атом топтарына алмасады немесе көміртек атомдарының С—С араларындағы байланыстар үзіледі. Алкандар полюссіз қосылыстар болғандықтан, байланыстардың үзілуі негізінен радикалдар түзе, гомолиттік механизм бойынша жүреді.

Орынбасу реакциялары Қаныққан көмірсутектерге тән реакциялар. Бұл кезде С—Н байланысы үзіліп, сутек атомы басқа атомға немесе атом топтарына алмасады. Сутек атомдарының алмасулары үшіншілік көміртек атомдарында ең оңай, екіншілік көміртек атомдарында қиындау, ал біріншілік көміртектерде қиын жүреді. Қаныққан көмірсутектердің орынбасу реакияларының бірінші сатысын жалпы түрде былай жазуға болады:

RH + ХҮ → RX + НҮ

1. Галогендену реакциялары — алкандардың практикалық маңызды реакцияларының бірі, жарықтың немесе жоғары температураның әсерінен іске асады. Жарықтыңәсерінен жүретін реакциялар фотохимиялық реакциялар деп аталады. Алкандардың галогендермен орынбасу реакциялары хлормен жеңіл, броммен қиындау, йодпен қиын жүреді. Ал фтормен қопарылыс түзе жүретін болғандықтан, реакцияны инертті газ қатысында сұйылтып жүргізеді. Сутектердің орнын галогендерге алмастырғанда, алкандардыц галогентуыидылары түзіледі.

Метанның хлорлану реакциясы жарықтың ([hν—"аш ню" арқылы жарық кванты белгіленеді) немесе температураның әсерінен жүреді. Реакция метанның хлортуындылары мен хлорсутек түзе жүреді:

СН₄ + Сl₂ → СН₃Сl +HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂+ HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ +HCl

СНСl₃ + Сl₂ → ССl₄ + HCl

2. Нитрлеу реакциясы. Бұл реакцияны орыс ғалымы М. И. Коновалов (1888 ж.) ашқандықтан, Коновалов реакциясы деп аталады. Қысым мен температураны аздап жоғарылатқанда, алкандар сұйылтылған азот қышқылымен орынбасу реакциясына түседі:

C₂H₅ + HNO₃C₂H₅NO₂ + H₂O

Алкандарды нитрлеу реакциясы  да бос радикалды механизм бойынша  жүреді.

Айырылу (ыдырау)реакциялары қыздырғанда жүреді. 3. Қыздырғанда алкандар термиялық айырылады. Метанды жоғары температурада (1000°С шамасында) ауа қатыстырмай қыздырғанда жай заттарға айырылады: