nekrasovI (1114433), страница 186
Текст из файла (страница 186)
Например, спирт (С,НзОН) горит некоптящим пламенем, а скипидар (С~зН~в) — сильно коптящим. Яркость пламени зависит н от степени накаливания этих твердых частиц, т. е. от развивающейся прн горении температуры. ф 2. Органические соединения. По богатству н многообразию своих производных углерод оставляет далеко позади все остальные элементы, вместе взятые: в то время как химических соединений, пе содержащих С в своем составе, получено менее трехсот тысяч, число изученных углеродистых соединений приближается к трем миллионам. Это обстоятельство заставляет выделить детальное изучение химии углерода в самостоятельную область, называемую обычно органической химией.
' Исключительное многообразие соединений углерода обусловлено некоторыми особенностями самих углеродных атомов. Важнейшей нз ннх является способность к образованию прочных связейй д р у г с д р у г ом. Благодаря этому молекулы, содержащие в своем составе цеп н угле родных а томов, прн обычных условиях устойчивы, тогда как молекулы с цепеобразным накоплением атомов других элементов более нлн менее непрочны.
После углерода наиболее длинные пейн нз одинаковых атомов известны для серы. Однако -содержащие Х. Четвертая еруппа периодической системы Гомологнчесннй ряд метана Точка клав. лепна, 'с ' Плотность В мяском состоянии. л/сна Точка кнненне, 'с Точка илавлення. с Наавание Формула Нааваине Формула нх соединения малоустойчнвы, так как энергия связи Ь вЂ” Б сравнительно невелика.
Напротив, энергия связи С вЂ” С достаточна для обеспечения устойчивости цепей углеродных атомов практически любой длины. Например, было получено вполне устончнвое соединение (гектан), имеющее в своем составе цепь нз 100 углеродных атомов. Изучение содержащих углеродные цеин молекул прн помощи рентгеновских лучей показало, что атомы углерода в подобных цепях располагаются не на одной прявтой, а по зигзагу (рнс. Х-24). Существование последнего обусловлено тем, что четыре валентности углеродного атома определенным образом н а п р а вл е.н ы по отношению друг к другу; нх взаимное расположение отвечает линиям, идущим нз центра тетраэдра к его вершинам.'-' Цепи углеродных атомов в молекулах органнческнх веществ могут быть не только открыты и н, но и за м к нуты ми.
Производные первого типа называются соеднненнямн с открытой це п ью, второго — цн клнческнмн. Вследствие возможности образования устойчивых цепей соединения углерода одного и того же типа Рн . Х.о4, Схема стр ения угле д насчнтЫвают Я нс Еднннцамн (как У н а н „н ~ других элементов), а десятками и сот- нямн. Например, для кислорода известны только два устойчивых водородных соединения (НтО и НуОя), тогда как в случае углерода, кроме метана (СНа),могут быть получены этан (СтНа), пропан (СаНв), бутан (СаНао) н т, д.
Как видно нз формул приведенных углеводородов, все онн образуют ряд, в к от ор ам каждый п о следующий член мож ет быть произведен от предыдущего усложнением его состав а н а о д н у г р у п п у СНФ Подобные ряды соединений назывгют гомологическими и различают нх друг от друга ио первому члену. Так, приведенные выше углеводороды принадлежат к гомологнческому ряду метана нлн, иначе, являются гомологами метана.
Каждый гомологнческнй ряд может быть выражен одной о б щ е й ф о р м у л о й. В рассматриваемом случае формула эта имеет внд С Нв +т. Зная ее, легко найти химический состав любого члена данного ряда. Например, гомолог метана с 7 атомамн углерода буде~ иметь состав СТНао й 2. Органические соединения Гомологические ряды представляют наглядный пример перехода количества в качество. Действительно, «прибавляя иаждый раз группу СНг, мы получаем тело, качественно отличное от предыдушего» (Э н гель с).
Данные приведенной таблицы показывают, что первые четыре члена гомологического ряда метана при обычных условиях представляют собой газы, следующие — жидкости и затем твердые тела. Физические константы гомологов на протяжении ряда изменяются довольно закономерно. По отношению к температурам плавления и кипения та же закономерность (т.е. возрастание обеих констант с увеличением молекулярного веса), как правило, сохраняется и для других гомологических рядов, а по отношению к плотностям она иногда имеет обратный характер (т. е. с увеличением молекулярного веса плотности уменьшаются).
Все члены одного ц того же гомологнческого ряда похожи друг на друга. В частности, для гомологов метана характерны те же реакции„ что и для самого СН,, причем различие проявляется лишь в большей или меньшей легкости их протекания: Такое единство химических свойств (включаюшее, конечно, в себя и элементы различия), наряду с более или менее закономерным изменением в гомологических рядах физических констант, чрезвычайно облегчает изучение органической химии, так как позволяет, зная свойства одного из членов ряда, иметь достаточно отчетливое представление о свойствах остальных. Кроме существования устойчивых цепей, углерод характеризуется тем, что валентные связи его с водородом и различными металлоидамп сравнительно близки друг к другу по п р очи ости. Последнее видно из обычно приводимых данных для средних энергий связей.
Одновременно приводятся и их средние д.чины: С ...... С-С С вЂ” Н С вЂ” О С вЂ” 8 С-М С вЂ” Р' С-С1 С вЂ” Вс С вЂ” 1 Длина связи, А 1,64 1,1О 1,43 1,82 1,47 1,38 1,77 1,94 2,13 Энергии связи, ккал7мола... 83 99 86 66 73 11б 81 68 61 Как правило, все рассматриваемые связи н е и о и о г е н н ы. а-з Из этого вытекает важное следствие, касающееся характера протекания органических реакций. Вследствие неионогенности валентных связей подавляющее большинство углеродистых соединений практически не подвергается электролитической диссоциации. Но реакции обмена между электролитами осуществляются почти мгновенно только потому, что они сводятся к сочетанию в тех пли иных комбинациях уж е и м е ю щ и х с я ионов. Напротив, химическое взаимодействие между нейтральными молекул а ми связано с частичным их расщеплением, вследствие чего и происходит несравненно медленнее.
С другой стороны, отсутствие резких различий между энергиями образования очдельных связей также способствует медленности и неполноте протекания процессов. В результате необходимое для завершения той илн иной реакции между органическими соединениями время измеряется, как правило, не секундами или минутами, а ч а с а и и, причем реакция часто протекает с заметной скоростью лишь при повышенных температурах и обычно не доходит до конца." " Отсутствие ионных связей является важнейшим фактором, обусловлнваюшим малую полярность большинства органических молекул в целом, Внешне это проявляется в сравнительно низких температурах плавления и кипения образованных ими веществ.
Тогда как, например, ХаС1 плавится при 800 и кипит при 1465'С, почти все органические соединения плавятся и кипят ниже 300'С, а при нагревании до более высоких температур раэлагаютсярз-сз Х. Четвертак еррппа пвраодачвскоя системы Простейшими органическими соединениями являются углеводороды. Кроме простых связей С вЂ” Н и С вЂ” С, в их молекулах могут содержаться двойная связь С С и тройная связь СмаС. Средние энергии этих связей обычно принимаются равными соответственно 146 н 200 кка4моль. Химические свойства углеводородов, не имеющих кратных (двойной или тройной) связей, в общем приблизительно повторяют свойства метана.
Введение в молекулу кратной связи обычно сообщает ей склонность к реакциям присоединения. Это отмечают, говоря о не н асыщенном (непредельном) характере вещества, содержащего в своем составе кратные связи. Например, простейшие непредельные углеводороды — зтилен (НеС=СНт) и ацетилен (Н вЂ” СаетС вЂ” Н) — легко присоединяют галоиды. Реакция присоединения связана с переходом кратных связей между атомами углерода в простые. Сравнительная легкость такого перехода н обусловливает ненасыщенный характер соеднненийре-се Путем замещения водорода связи С вЂ” Н галоидом (нли путем непосредственного присоединения галоида к ненасыщенным углеводородам) образуются органические гилоидопроизводные'.
Так, при замещении на хлор водорода в метане образуется хлористый метил (СНеС!), прн замещении водорода в этане — хлористый этил (СеНеС)) и т. д. Как видно уже нз приведенных примеров, названия галоидозамещениых производятся от названий тех углеводородных радикалов или алкиаод, которые они содержат (в данном случае этими радикалами будут метил — СНе и э т ил — СеНе).
Обозначая и общем виде углеводородный радикал через К, можно следующим образом представить уравнение реакции между предельным углеводородом и галоидом: КН+ Ге= НГ + КГ Подобно остальным простейшим производным предельных углеводородов, галоидные алкилы (КГ) представляют собой в большинстве случаев бесцветные жидкости. В воде оии почти нерастворимы. Прочность связи углерода с галоидом уменьшается по ряду Р— С! — Вг — 1, а химическая активность галоидных алкилов по тому же ряду возрастает. Наиболее характерны для них реакции обмена галоида на разлияные радикалы (ХН„ОН и др.), в связи с чем галоидными алкиламн широко пользуются при синтезах.м-те При взаимодействии галоидных алкилов с аммиаком (в спиртовом растворе) по схеме КГ + ХН3 НГ + КХНе образуются амины (КХНе), являющиеся органическими производными аммиака. Низшие члены гомологического ряда аминов хорошо растворнмы в воде, но по мере увеличения К растворимость уменьшается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
