22.03.21 г. 303,305,306

ГРУППА 303

ТЕМА: Химическое строение как порядок соединения атомов в молекулы по валентности.  Классификация органических веществ. 

Основные положения теории химического строения.

В 1860-х гг.  А. М. Бутлеров сформулировал основные положения, ставшие впоследствии фундаментом теории строения органических соединений. Согласно этой теории:

• атомы  в органических молекулах соединены друг с другом  в соответствии с  валентностью, при этом углерод всегда четырехвалентен;
• порядок соединения атомов в молекуле называется химическим строением;
• свойства веществ определяются не только их составом, но и химическим строением;
• атомы в молекулах оказывают взаимное влияние друг на друга;
• исходя из строения молекулы можно предсказать свойства вещества, и, наоборот, на основании химических свойств можно предсказать строение вещества.

Углеводородные цепи могут быть как открытыми (алициклическими), так и замкнутыми (циклическими), как прямыми, так и разветвленными.

Определение

Гомологи — органические соединения, принадлежащие к одному классу веществ, обладающие сходным строением и свойствами, но отличающиеся друг от друга по составу на одну или несколько групп  и отвечающие одной общей формуле.

Способы отображения строения молекул. Формулы. Модели

Структуру вещества, то есть порядок соединения атомов в молекуле, отображает структурная формула, в которой связи между атомами (или группами атомов) изображаются в виде черточек: одна черточка означает одну связь или одну общую электронную пару. Поскольку углерод в органических соединениях всегда четырехвалентен, то  каждый атом углерода может образовывать  четыре связи (четыре черточки).

По количеству соседних углеродных атомов, атомы углерода в молекуле подразделяются на первичные (один «сосед»), вторичные (два «соседа»), третичные (три «соседа») и четвертичные (четыре «соседа»).  Так, концевые атомы в молекуле углеводородов всегда первичные, в линейных молекулах промежуточные атомы — вторичные, а в разветвленных могут появляться третичные и (или) четвертичные атомы углерода.

Для отображения органических молекул используют молекулярные или брутто-формулы, которые представляют собой сокращенную форму записи количественного и качественного состава.

Например, запись  означает, что молекула вещества состоит из 2 атомов углерода и 6 атомов водорода.  Для каждого класса органических соединений можно вывести  общую формулу, отвечающую количественному составу всех гомологов. Эту формулу называют общей формулой гомологического ряда. Вещества, принадлежащие к одному классу, отвечают одной общей формуле. 

 Сравним структурные формулы простейших углеводородов: метана, этана и пропана.

Молекулярная формула метана СН, этана СН, пропана СН. Видно, что формула этана отличается от формулы метана на одну группу СН. Аналогично, состав молекул пропана и этана также отличается на одну группу СН. Следовательно, все эти вещества являются гомологами и относятся к гомологическому ряду метана. Прибавив к формуле пропана указанную гомологическую разницу СН, получим формулу следующего представителя этого гомологического ряда — СН (бутан):

Для состава  СН можно изобразить еще одну структурную формулу:

Следовательно, веществ состава СН  должно быть два, каждому из этих веществ соответствует своя структурная формула. Если первое вещество называется бутаном или н-бутаном, то второе — изобутаном. Бутан и изобутан — изомеры, так как у них одинаковый количественный состав, но разный порядок соединения атомов. Подробно с явлением  изомерии и изомерами можно познакомиться в теме «Виды изомерии».

Для пространственного отображения структуры молекул органических веществ используют  стереохимические формулы.

Стереохимическая формула показывает пространственное расположение атомов в молекулах органических веществ.

Например, пространственное строение этана можно отобразить  стереохимической формулой или с помощью проекций Ньюмена, отображающих конформации этана, то есть расположение (поворот) метильных радикалов относительно одинарной С–С-связи: 

 

Более подробно проекции Ньюмена будут рассмотрены в теме «Виды изомерии».

Для наглядности отображения пространственного строения органических молекул используют также разные модели. Наиболее распространенными являются шаростержневые модели, в которых атомы имеют форму шаров, а связи представлены в виде палочек. Одинарная связь — одна палочка, двойная связь — две палочки. Более достоверно истинную структуру молекул отображают масштабные (полусферические) модели:

      

           

Значение теории А. М. Бутлерова для развития химии и химического прогнозирования

ТХС органических соединений А. М. Бутлерова внесла существенный вклад в создание общенаучной картины мира, способствовала диалектико-материалистическому пониманию природы. Теория химического строения позволила:

• систематизировать  органические вещества;
• решить спорные вопросы, возникшие к тому времени в органической химии;
• прогнозировать существование неизвестных веществ и разработать методики их синтеза.

Современная систематизация огромного разнообразия органических веществ достаточно сложна, например, только класс углеводородов и их производных включает девять основных подклассов:   

I. Углеводороды (R–H).

 II. Галогенопроизводные (R–Hlg).

 III. Спирты ().

 IV. Эфиры простые и сложные (R–O–R’, R–C(O)OR’).

 V. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны) (R–C(O)H; R–C(O)–R').  

VI. Карбоновые кислоты (R–COOH).               

VII. Амины (, R–NH–R', R–N(R')–R'').     

 VIII. Нитросоединения ().

 IX. Сульфокислоты ().

К классу углеводородов можно также отнести ароматические углеводороды и циклоалканы. Число известных классов органических соединений не ограничивается перечисленными, оно велико и с развитием науки все время увеличивается. Вопросы классификации подробно рассматриваются в теме «Классификация органических соединений».

Все классы органических соединений взаимосвязаны. Переход от одних классов соединений к другим осуществляется в основном за счет цепочек химических превращений  без изменения углеродного скелета. Органический синтез является основным инструментом при получении новых биологически активных соединений (лекарственных препаратов, косметических средств),  красителей, люминофоров и т. д.

ГРУППА 306  

ТЕМА: 

Массовая доля растворенного вещества.

Существуют  различные способы выражения концентрации растворённого вещества в растворе, мы познакомимся с массовой долей растворённого вещества (процентной концентрацией).

I. Массовая доля растворённого вещества w_{растворённого вещества} - это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества m_{растворённого вещества}  к общей массе раствора m_{раствора} :

m_{раствора} =  m_{растворённого вещества} + m_{растворителя}

Массовую долю растворённого вещества (процентная концентрация)  обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl₂ в воде равна 0,06 или 6%. Это означает, что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.

ЗАПОМНИТЕ!

Пример решения задачи:
Сколько грамм соли и воды нужно для приготовления 300 г 5% раствора?

Решение:

Дано: m раствора = 300 г wрастворённого вещества = 5%

Решение: 1. Запишем формулу для расчёта массовой доли: 2. Преобразуем формулу и вычислим массу растворённого вещества в растворе m растворённого вещества = (wрастворённого вещества · m раствора) / 100% m растворённого вещества = (5 % · 300 г) / 100% = 15 г 3. Вычислим массу растворителя – воды: m раствора =  m растворённого вещества + m (H2O) m (H2O) =  m раствора - m растворённого вещества = 300 г - 15 г = 285 г Ответ: Для приготовления 300 г 5% раствора надо взять 15 г  соли и 285 г воды.

Найти: m (H2O) = ? m растворённого вещества = ?

 «Вычисление массовой доли растворённого вещества»

Задача: Сахар массой 12,5г растворили в 112,5г воды.

Определите массовую долю сахара в полученном растворе.

Дано: m сахара = 12,5 г m (H2O) = 112,5 г

Решение: 1. Запишем формулу для расчёта массовой доли: 2. Вычислим массу раствора: m раствора =  m растворённого вещества + m (H2O) m раствора = 12,5 г + 112,5 г = 125 г 2. Вычислим массовую долю сахара: w% = (12,5 г · 100%) / 125 г = 10 % или 0,1 Ответ: w% = 10 %

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр №1 "Массовая доля"

Тренажёр №2 "Массовая и объёмная доля компонентов в смеси"

ГРУППА 305

ТЕМА:Изучение свойств соляной кислоты.

Что делали	Что наблюдали	Уравнения реакции	Выводы
Химические свойства  соляной кислоты
Полученную соляную кислоту разливаем поровну в шесть пробирок.
№1.  Опускаем лакмусовую бумажку	Бумажка изменила свой цвет на красный		Реакция лакмуса на кислую среду - красная
№2. Положим кусочек цинка	Выделение газ	Zn +2HCl  =  ZnCl2 + H2↑	Соляная кислота реагирует с цинком, в результате этого взаимодействия выделяется газ – водород. С медью соляная кислота не реагирует, т.к. медь является неактивным металлом
№3.Положим кусочек меди	Изменений не наблюдается
№4. Поместим  немного оксида меди (II) и нагреваем раствор	Постепенное изменение цвета с зеленого на голубой	CuO+2HCl=CuCl2 + H2O	Изменение цвета – признак химической реакции
№5. Поместим немного свежеприготовленного гидроксида меди( II)	Исчезновение осадка	Cu(OH)2↓ + 2HCl = 2H2O + CuCl2	При взаимодействии соляной кислоты со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) происходит растворение осадка и образование раствора  хлорида меди (II) синего цвета
№6. Добавим раствор карбоната натрия	Бурное выделение газа	Na2CO3 + 2HCl = H2O + CO2↑ + 2NaCl	При взаимодействии соляной кислоты с раствором карбоната натрия происходит выделение углекислого газа
3. Распознавание соляной кислоты и ее солей
В одну пробирку наливаем  1 мл раствора соляной кислоты, во вторую –  столько же раствора хлорида натрия, а в третью – раствор хлорида кальция. Во все пробирки добавляем по несколько капель раствора нитрата серебра (I). Проверим, растворяется ли выпавший осадок в концентрированной азотной кислоте	Во всех  пробирках выпадает белый творожистый осадок, не растворимый в HNO3(конц.)	HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3   NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3   СаCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl↓ +  Сa(NO3)2	Реактивом на соляную кислоту и ее соли является взаимодействие с раствором нитрата серебра.  Образуется белый творожистый осадок.
Задания.1.  Как можно отличить:   а) соляную кислоту от других кислот    ответ: можно провести реакцию с  AgNO3  и Рb (NO3)2. В результате  выпадает белый творожистый осадок  AgCl или малорастворимый  РbCl2   б)  хлориды от других солей ответ: хлориды обнаруживают реакцией  с концентрированным раствором перманганата калия в присутствии  концентрированной серной кислоты. При этом происходит частичное или полное обесцвечивание раствора  перманганата калия и выделение газообразного хлора. Выделяющийся хлор можно обнаружить по синему окрашиванию йодокрахмальной бумаги, характерному запаху хлора. в) растворы хлоридов от соляной кислоты ответ: соляную кислоту от хлоридов можно отличить реакцией с  металлами.  HCl реагирует с металлами с выделением водорода.   2. Почему вместо раствора  нитрата серебра (I) можно использовать раствор нитрата свинца( II) Ответ: можно использовать раствор  нитрата свинца (II), так как при взаимодействии данных веществ образуется характерный белый осадок