Матеріал параграфа допоможе вам:
з'ясувати, які сполуки називають вуглеводнями; дізнатися, чому атом Карбону може бути чотиривалентним;
зрозуміти просторову будову молекули метану.
Вуглеводні. Таку загальну назву мають сполуки, від яких походять усі органічні речовини. Слово «вуглеводень» складається із частини загальної назви простих речовин Карбону — «вуглець» — і назви простої речовини Гідрогену — «водень».
Вуглеводні — сполуки Карбону з Гідрогеном.
Загальна формула вуглеводнів — С„Нт.
Вуглеводні, в молекулах яких атоми Карбону сполучені між собою простим ковалентним зв’язком, називають насиченими. Таку назву речовинам надано тому, що кожний атом Карбону в їхніх молекулах сполучений із максимально можливою кількістю атомів Гідрогену.
Складіть формули насичених вуглеводнів з одним і двома атомами Карбону в молекулах.
Крім насичених вуглеводнів, існують нена-сичені вуглеводні. У молекулах цих сполук атоми Карбону сполучені між собою не лише простим, а й подвійним, потрійним ковалентними зв’язками.
Складіть формули ненасичених вуглеводнів із двома атомами Карбону в молекулах.
Вуглеводні дуже поширені в природі; з них майже повністю складаються нафта і природний газ. Ці сполуки слугують паливом, завдяки якому люди забезпечують себе теплом і світлом. Їх використовують як пальне для автомобілів, літаків, кораблів, як сировину для виробництва полімерних матеріалів, засобів захисту рослин, товарів побутової хімії, ліків тощо.
Метан. Найпростішим насиченим вуглеводнем є метан СН4. Це — головний компонент природного газу.
У молекулі метану, як і в молекулах інших органічних сполук, атом Карбону чотиривалентний. Для того щоб виявляти таку валентність, він повинен мати чотири неспарені електрони. Це досягається внаслідок так званого збудження атома після отримання ним додаткової енергії й переходу одного електрона із 2в-орбіталі у вільну 2^-орбіталь:
У кожній зовнішній орбіталі збудженого атома Карбону розміщується один електрон.
За рахунок чотирьох неспарених електронів атома Карбону й електронів чотирьох атомів Гідрогену в молекулі СН4 утворюються чотири спільні електронні пари:
Наведені формули не відображають просторової будови молекули метану. Згідно з ними всі атоми в молекулі СН4 мають перебувати в одній площині, а кути між сусідніми рисками-зв’язками — дорівнювати 90°. Але насправді це не так.
Пригадайте, які форми мають s- і р-орбіта-лі. Як зорієнтовані в просторі три 2р-орбіта-лі одного атома?
Розглянемо, як утворюються чотири прості ковалентні зв’язки С-Н у молекулі СН4.
При утворенні молекули метану з атомів 2s-орбіталь і три 2^-орбіталі атома Карбону (мал. 44) перетворюються на чотири однакові орбіталі, які мають вигляд об’ємних несиметричних вісімок (мал. 45). Вони розміщуються у тривимірному просторі й перебувають на однаковій віддалі одна від одної під кутами 109,5° (мал. 46).
Більша «пелюстка» кожної нової орбіталі атома Карбону перекривається зі сферичною орбіталлю атома Гідрогену. Крізь ділянку перекривання проходить лінія, яка з’єднує центри цих атомів.
Якщо з’єднати лініями центри всіх атомів Гідрогену, отримаємо геометричну фігуру — тетраедр1 (мал. 46). Тому кажуть, що молекула метану має тетраедричну будову.
Моделі молекули2 метану зображено на малюнку 47. (Особливості кулестержневої та масштабної моделей описано в § 2.)
Мал. 46.
Розміщення орбіталей у молекулі метану
1 Слово походить від грецьких слів tetra — чотири і hedra — поверхня. Тетраедр має чотири однакові грані, які є правильними трикутниками.
2 Існують комп’ютерні програми, за допомогою яких можна створити модель будь-якої молекули.
Мал. 47.
Моделі молекули метану: а — куле-стержнева; б — масштабна. Білі кульки — атоми Гідрогену, чорні — атоми Карбону
Оскільки електронегативності Карбону й Гідрогену різняться мало, то ковалентний зв’язок С-Н є малополярним. Однак сама молекула СН4 неполярна, бо на її «поверхні» невеликий позитивний заряд розподілений рівномірно. Цим молекула метану відрізняється від полярної молекули води (§ 2).
ВИСНОВКИ
Вуглеводні — сполуки Карбону з Гідрогеном. У молекулах насичених вуглеводнів атоми Карбону сполучені один з одним простим ковалентним зв’язком, а в молекулах ненасичених вуглеводнів — ще й кратними зв’язками (подвійним, потрійним).
Метан СН4 — найпростіший насичений вуглеводень. Він є головним компонентом природного газу.
Молекула метану має тетраедричну будову і є неполярною.
149. Знайдіть масові частки елементів у метані. (Усно.)
150. У скільки разів метан важчий за водень? (Усно.)
151. У природному газі одного з родовищ об'ємна частка метану становить 91 %. Обчисліть масу метану, яка міститься в 1 л такого газу (н. у.).
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля