Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 49. Метан: молекулярна, електронна і структурна формули, поширення у природі

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

  • що таке гомологічний ряд і гомологічна різниця;
  • якою є загальна формула гомологічного ряду алканів;
  • як складають назви алканів.

Метан (рудниковий, або болотний, газ) має молекулярну формулу СН4. Його електронна та структурна формули й модель молекули у формі тетраедра мають такий вигляд:

Метан — безбарвний газ, без запаху, погано розчинний у воді, легший за повітря. Назву «болотний газ» метан одержав тому, що він утворюється під час гниття рослинних залишків на дні болот без доступу повітря. Метан є основою атмосфери Сатурна, Юпітера та його супутника Титана.

Метан є першим, найпростішим представником гомологічного (від грец. однаковий) ряду алканів, або насичених вуглеводнів. Починаючи з метану СН4, можна побудувати ряд сполук, у якому кожен наступний член відрізнятиметься від попереднього на одну групу атомів —СН2—. Останню називають метиленовою групою, або гомологічною різницею.

Гомологи — це органічні сполуки, які мають подібні будову та хімічні властивості, але відрізняються один від одного за складом на одну або кілька груп —СН2—.

У молекулах алканів атоми Карбону сполучені між собою тільки простими (одинарними) хімічними зв’язками, інші їхні валентності насичені атомами Гідрогену. Вони утворюють гомологічний ряд із загальною формулою СnН2n+2, тобто ряд насичених вуглеводнів з відкритим ланцюгом, де n — натуральне число 1, 2, 3 і т. д., що визначає кількість атомів Карбону в молекулі алкану.

Склад і назви перших 10 членів гомологічного ряду алканів, або ряду метану, подано в таблиці 10.

Таблиця 10

Назви, молекулярні та структурні формули алканів

Число атомів Карбону, n

Формули

Назви

молекулярні

структурні (скорочені)

1

CH4

CH4

Метан

2

C2H6

CH3—CH3

Етан

3

С3Н8

CH3—CH2—CH3

Пропан

4

C4H10

CH3—CH2—CH2—CH3

Бутан

5

С5Н12

СН3—СН2—СН2—СН2—СН3

Пентан

6

C6H14

СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—CH3

Гексан

7

C7H16

СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—CH3

Гептан

8

С8Н18

СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—CH3

Октан

9

С9Н20

СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—CH3

Нонан

10

С10Н22

СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—CH3

Декан

Назви перших чотирьох членів гомологічного ряду алканів — метан, етан, пропан, бутан — є історичними. Назви інших алканів з нерозгалуженим ланцюгом складають із грецької або латинської назви числівника, яка відповідає кількості атомів Карбону в ланцюзі, з додаванням суфікса -ан. Так, грецька назва числівника 6 — гекса, тому вуглеводень С6Н14 має назву гексан.

Із структурних формул алканів (табл. 9) видно, що вони мають нерозгалужений ланцюг, тому іноді, наприклад, С6Н14 ще називають н-гексаном.

Для допитливих

Незвичайний сніг

Чи можна побачити, як горить сніг? На дні Світового океану є величезні поклади метану у вигляді пластівців, що нагадують сніг або пухкий лід. Ці пластівці — газові гідрати СН4 • 6Н2О. Вони мають кристалічну структуру льоду, у порожнинах якої розміщуються молекули метану. При цьому специфічного зв’язку між молекулами «господаря» та молекулами «гостя» не виникає. Під час горіння такої речовини здається, що палає сніг, а після згоряння на місці газового гідрату залишається невелика калюжа води. Світові запаси метану у вигляді газових гідратів становлять 2 • 1016 м3. Це в десятки разів більше, ніж запаси інших видів палива (вугілля, нафти, торфу). Завдання для майбутніх фахівців — винайти спосіб використання цього величезного багатства на користь людства.

Основні поняття. Гомологічний ряд. Гомологічна різниця. Гомологи. Метан, його будова.

Запитання та завдання

°1. Чому метан називають болотним газом?

°2. Яка молекулярна, електронна та структурна формули метану? Яку геометричну форму має його молекула?

°3. Що таке гомологічна різниця? Яка її формула? На що вона вказує?

4. Яка загальна формула гомологічного ряду алканів? Як утворюють назви членів гомологічного ряду алканів?

5. Із молекулярних формул органічних речовин С7Н16, С6Н12, С9Н18, С4Н10, C5Η12, С7Н12, С3Н8, С6Н6, С8Н18 виберіть ті, що відповідають алканам.

6. Який склад і назву має вуглеводень ряду метану із числом атомів Карбону, що дорівнює 8? Яка його структурна формула?

*7. Запишіть молекулярні формули алканів, у молекулах яких: а) 11 атомів Карбону; б) 20 атомів Гідрогену; в) 32 атоми Гідрогену.

*8. Обчисліть відносну густину метану: а) за воднем; б) за повітрям.

*9. Насичений вуглеводень масою 18 г містить 3 г Гідрогену. Установіть молекулярну формулу цього вуглеводню.

*10. Обчисліть масову частку Карбону: а) у метані; б) у пропані. Як змінюється масова частка Карбону в алканах зі збільшенням числа атомів Карбону в молекулі?

*11. Обчисліть масу водню, який витрачається на утворення метану масою 32 г із простих речовин.

*12. Обчисліть масу кисню, що прореагував з метаном, якщо утворився вуглекислий газ об’ємом 67,2 л (н. у.).

13. Робота в парах. Густина випарів вуглеводню гомологічного ряду метану за воднем становить 50. Визначте формулу вуглеводню.