Лекција 1.3 садржи следеће групе задатака:

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

Врсте формула за представљање молекула органских једињења: - молекулска формула (нпр. \( \text{C}_4\text{H}_{10} \)); - структурна формула; - рационална структурна формула (нпр. \( \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 \)); - скелетна структурна формула; - кондензована (сажета) формула (нпр. \( \text{(CH}_3\text{)}_3\text{CH} \)); - клинаста структурна формула.

Детаљно решење

Формуле које приказују састав молекула

- Молекулска формула - приказује број и врсту атома у молекулу, нпр. \( \text{C}_4\text{H}_{10} \). Не даје довољно података о структури, јер иста молекулска формула може да одговара различитим молекулима.

Формуле које приказују структуру молекула

- Структурна формула - показује редослед и начин на који су атоми повезани у молекулу; сваки заједнички електронски пар (веза) означен је валентном цртицом. - Рационална структурна формула - слична структурној, али су атоми водоника груписани уз атом угљеника за који су везани, нпр. \( \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 \). - Скелетна структурна формула - не приказују се атоми угљеника ни атоми водоника везани за њих (низ угљеникових атома приказује се изломљеном линијом), а сви остали атоми се морају приказати. - Кондензована (сажета) формула - не приказују се једноструке везе, а за групе које се понављају користе се заграде и индекси, нпр. \( \text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_2\text{CH}_3 \) или \( \text{(CH}_3\text{)}_3\text{CH} \). - Клинаста структурна формула - приказује тродимензионални распоред веза: пун клин означава везу испред равни папира, а испрекидан клин везу иза равни папира.

Пример - исти молекул различитим формулама

За молекул молекулске формуле \( \text{C}_4\text{H}_{10} \) са разгранатим низом рационална структурна формула је \( \text{CH}_3\text{-CH(CH}_3\text{)-CH}_3 \), а кондензована формула \( \text{(CH}_3\text{)}_3\text{CH} \).

Кратак запис решења:

Молекулска, структурна, рационална структурна, скелетна структурна, кондензована (сажета) и клинаста структурна формула.

Најважније из лекције

Четворовалентност угљеника: Угљеник увек гради 4 ковалентне везе (једноструке, двоструке или троструке) у отвореним (ацикличним) или затвореним (цикличним) низовима.
Врсте формула:
  • Молекулска: само врста и број атома (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)).
  • Структурна: све везе и сви атоми јасно исцртани.
  • Рационална: приказан угљенични скелет (\(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3\)).
  • Кондензована: сажете узастопне групе (\(\text{CH}_3(\text{CH}_2)_2\text{CH}_3\)).
  • Скелетна: линијски приказ без експлицитног писања \(\text{C}\) и \(\text{H}\) везаних за \(\text{C}\).
  • Клинаста: 3D просторни приказ (пуна линија = раван; пун клин = испред; испрекидан клин = иза равни).
Номенклатура: Тривијални (историјски) и IUPAC (систематски) називи. Основни низ алкана (\(\text{C}_1-\text{C}_{10}\)): метан, етан, пропан, бутан, пентан, хексан, хептан, октан, нонан, декан.
Органска хемија проучава једињења угљеника. Број органских једињења је изузетно велик и свакодневно се повећава због јединствених својстава атома угљеника.
Четворовалентност угљеника: Атом угљеника (\(\text{C}\)) у свим стабилним органским једињењима гради тачно четири ковалентне везе.
Разлози за изузетну бројност органских једињења:
  • Разноврсност веза: Атоми угљеника могу међусобно градити једноструке (\(\text{C}-\text{C}\)), двоструке (\(\text{C}=\text{C}\)) и троструке (\(\text{C}\equiv\text{C}\)) ковалентне везе.
  • Облици угљеничног низа:
    • Ациклични (отворени) низови: могу бити неразгранати (правилан низ) или разгранати (са бочним огранцима).
    • Циклични (затворени) низови: атоми угљеника граде прстенасте структуре (нпр. трочлани, петочлани, шесточлани прстени).
  • Везивање са другим елементима: Угљеник се повезује са атомима \(\text{H}\), \(\text{O}\), \(\text{N}\), \(\text{S}\), халогеним елементима (\(\text{F, Cl, Br, I}\)) и многим другим.
  • Иста молекулска формула – различите структуре: Два или више потпуно различитих органских једињења могу имати исти број и врсту атома (исту молекулску формулу), али различит распоред и редослед везивања атома, због чега показују различита хемијска и физичка својства.
За молекулску формулу \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) могу постојати три различита молекула:
1) \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}\) (пропан-1-ол)
2) \(\text{CH}_3-\text{CH(OH)}-\text{CH}_3\) (пропан-2-ол)
3) \(\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) (метоксиетан / етил-метил-етар)
Колико ковалентних веза недостаје атому угљеника ако је у молекулу везан са два суседна атома двоструким везама (\(=\text{C}=\))?
Атом угљеника је увек четворовалентан (гради 4 везе). Пошто са две двоструке везе већ остварује \(2 \times 2 = 4\) везе, све четири валенце су засићене и не недостаје му ниједна веза.
Молекулска формула: Приказује само тачан број и врсту атома у молекулу, али не даје информације о начину њиховог повезивања (нпр. \(\text{C}_4\text{H}_{10}\)).
Структурна формула: Приказује све атоме и све хемијске везе међу њима помоћу валентних цртица које представљају заједничке електронске парове.
Рационална структурна формула: Поједностављена структурна формула у којој се атоми водоника пишу збирно поред атома угљеника за који су везани, док су везе између угљеникових атома (или функционалних група) јасно приказане.
Кондензована (сажета) формула: Формула у којој се изостављају све једноструке везе, а групе које се узастопно понављају стављају се у заграде са одговарајућим индексом.
Скелетна формула: Најједноставнији приказ где се не пишу симболи за угљеник (\(\text{C}\)) нити за водоник (\(\text{H}\)) директно везан за угљеник. Преломи (темена) и слободни крајеви изломљене линије представљају \(\text{C}\)-атоме, док се сви остали елементи (хетероатоми: \(\text{O, N, Cl...}\)) и водоници везани за њих обавезно уписују.
Врста формуле Пример за бутан Карактеристика
Молекулска \(\text{C}_4\text{H}_{10}\) Приказује само састав (број и врсту атома).
Рационална \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) Приказује везе унутар угљеничног скелета.
Кондензована \(\text{CH}_3(\text{CH}_2)_2\text{CH}_3\) Сажима једнаке узастопне групе помоћу заграда.
Скелетна Цик-цак линија са 4 темена/краја Угљеници и њихови водоници су скривени.
Код кондензованих формула заграде се користе само за групе које формирају низ (нпр. \(-\text{CH}_2-\)) или су везане за исти атом угљеника (нпр. \((\text{CH}_3)_3\text{CH}\)).
Напишите кондензовану формулу за хексан: \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3\).
У молекулу се налазе четири повезане \(-\text{CH}_2-\) групе између крајњих \(-\text{CH}_3\) група:
Кондензована формула: \(\text{CH}_3(\text{CH}_2)_4\text{CH}_3\).
Клинаста структурна формула: Служи за представљање тродимензионалног (3D) просторног распореда атома на дводимензионалној (2D) равни папира или екрана:
  • Обична пуна црта (\(-\)): означава везу која лежи у равни приказа.
  • Пун (задебљан) клин (\(\blacktriangleright\)): означава везу усмерену ка посматрачу (испред равни).
  • Испрекидан (шрафиран) клин (\(\cdots\)): означава везу усмерену од посматрача (иза равни).
Модели молекула:
  • Модели са лоптицама и штапићима: јасно приказују просторни распоред веза и углове између њих.
  • Калотни (просторни) модели: верно приказују релативне величине атома и запремину коју заузимају у простору.
Шта означава пун, задебљан клин у просторној клинастој формули молекула метана (\(\text{CH}_4\))?
Означава \(\text{C}-\text{H}\) ковалентну везу која је усмерена према посматрачу, односно налази се испред равни цртежа.
Номенклатура је систем правила за именовање хемијских супстанци.
Тривијални називи: Историјски називи настали према пореклу, начину добијања или карактеристичној особини (нпр. мравља киселина – јер је изолована из мрава; ацетон).
IUPAC називи: Систематски, званични називи које прописује Међународна унија за чисту и примењену хемију (International Union of Pure and Applied Chemistry). Према IUPAC правилима свако органско једињење има јединствено, стандардизовано име.
Број C-атома Молекулска формула Назив алкана Алкил-група (назив и формула)
1\(\text{CH}_4\)МетанМетил (\(-\text{CH}_3\))
2\(\text{C}_2\text{H}_6\)ЕтанЕтил (\(-\text{C}_2\text{H}_5\) или \(-\text{CH}_2\text{CH}_3\))
3\(\text{C}_3\text{H}_8\)ПропанПропил (\(-\text{C}_3\text{H}_7\))
4\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)БутанБутил (\(-\text{C}_4\text{H}_9\))
5\(\text{C}_5\text{H}_{12}\)ПентанПентил (\(-\text{C}_5\text{H}_{11}\))
6\(\text{C}_6\text{H}_{14}\)ХексанХексил (\(-\text{C}_6\text{H}_{13}\))
7\(\text{C}_7\text{H}_{16}\)ХептанХептил (\(-\text{C}_7\text{H}_{15}\))
8\(\text{C}_8\text{H}_{18}\)ОктанОктил (\(-\text{C}_8\text{H}_{17}\))
9\(\text{C}_9\text{H}_{20}\)НонанНонил (\(-\text{C}_9\text{H}_{19}\))
10\(\text{C}_{10}\text{H}_{22}\)ДеканДецил (\(-\text{C}_{10}\text{H}_{21}\))
Како се назива једноструко везана група настала одузимањем једног водониковог атома из молекула метана, и како гласи њена формула?
То је метил-група, а њена формула је \(-\text{CH}_3\).

Задаци за вежбање

Лаки задатак: За једињење чија је рационална структурна формула \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}\):
а) Одредите молекулску формулу.
б) Наведите да ли је угљенични низ ацикличан или цикличан, неразгранат или разгранат.
а) Пребројавањем свих атома (\(3\text{ C}\), \(8\text{ H}\), \(1\text{ O}\)) добијамо молекулску формулу: \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\).
б) Угљенични низ је ацикличан (отворен) и неразгранат (линијски повезани C-атоми).
Средњи задатак: Дата је кондензована формула: \((\text{CH}_3)_2\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\).
а) Напишите њену рационалну структурну формулу.
б) Одредите укупан број атома угљеника и водоника у овом молекулу.
а) Ознака \((\text{CH}_3)_2\text{CH}-\) значи да су две метил-групе везане за исти \(\text{CH}\) атом: \[ \begin{matrix} \text{CH}_3-\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \\ \quad\quad| \\ \quad\quad\text{CH}_3 \end{matrix} \] б) Молекул садржи 5 атома угљеника и 12 атома водоника, што одговара молекулској формули \(\text{C}_5\text{H}_{12}\) (изопентан / 2-метилбутан).
Тежи задатак: Циклоалкан садржи шесточлани угљенични прстен на који је као бочни огранак везана једна метил-група.
а) Колико укупно атома угљеника има овај молекул?
б) Како се у скелетној формули приказује овај молекул?
в) Да ли је молекул цикличан или ацикличан, и да ли има бочни огранак?
а) У прстену има 6 атома \(\text{C}\), а метил-група садржи 1 атом \(\text{C}\), што даје укупно \(6 + 1 = 7\) атома \(\text{C}\) (молекулска формула \(\text{C}_7\text{H}_{14}\), метилциклохексан).
б) Приказује се као правилан шестоугао (шесточлани прстен) из чијег једног темена полази једна пуна линија која представља метил-групу.
в) Молекул је цикличан са разгранатим делом (бочном метил-групом).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: