Најважније из лекције
Физичка својства: Угљоводоници су без боје, неполарни и нерастворни у води, а растворни у неполарним растварачима. Са порастом броја \(\text{C}\) атома агрегатно стање прелази из гасовитог (\(\text{C}_1-\text{C}_4\)) преко течног у чврсто.
Сагоревање: Сви сагоревају уз ослобађање топлоте. Потпуним сагоревањем настају \(\text{CO}_2\) и \(\text{H}_2\text{O}\), а непотпуним \(\text{CO}\) и чађ.
Алкани (засићени): Мало реактивни; подлежу супституцији (халогеновању уз светлост): \(\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}\).
Алкени и алкини (незасићени): Веома реактивни; подлежу адицији (водоника уз метал или халогена) при чему се раскидају \(\pi\)-везе: \(\text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\). Незасићеност се доказује обезбојавањем раствора \(\text{KMnO}_4\).
Сагоревање: Сви сагоревају уз ослобађање топлоте. Потпуним сагоревањем настају \(\text{CO}_2\) и \(\text{H}_2\text{O}\), а непотпуним \(\text{CO}\) и чађ.
Алкани (засићени): Мало реактивни; подлежу супституцији (халогеновању уз светлост): \(\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}\).
Алкени и алкини (незасићени): Веома реактивни; подлежу адицији (водоника уз метал или халогена) при чему се раскидају \(\pi\)-везе: \(\text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\). Незасићеност се доказује обезбојавањем раствора \(\text{KMnO}_4\).
Боја и поларност: Ациклични угљоводоници (алкани, алкени и алкини) су супстанце без боје. Пошто су им молекули неполарни, практично су нерастворни у води (поларном растварачу), а добро се растварају у неполарним растварачима.
Агрегатно стање: На собној температури и атмосферском притиску агрегатно стање зависи од броја атома угљеника (\(\text{C}\)) у молекулу:
| Класа угљоводоника | Гасовито стање | Течно стање | Чврсто стање |
|---|---|---|---|
| Алкани | \(\text{C}_1 - \text{C}_4\) | \(\text{C}_5 - \text{C}_{17}\) | више од \(17\text{ C}\) атома |
| Алкени | \(\text{C}_2 - \text{C}_4\) | \(\text{C}_5 - \text{C}_{16}\) | више од \(16\text{ C}\) атома |
| Алкини | \(\text{C}_2 - \text{C}_4\) | \(\text{C}_5 - \text{C}_{12}\) | више од \(12\text{ C}\) атома |
Одреди агрегатно стање на собној температури за: пропан (\(\text{C}_3\text{H}_8\)), хексан (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\)) и октадекан (\(\text{C}_{18}\text{H}_{38}\)).
- Пропан (\(\text{C}_3\text{H}_8\)) има 3 \(\text{C}\) атома \(\rightarrow\) гас.
- Хексан (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\)) има 6 \(\text{C}\) атома \(\rightarrow\) течност.
- Октадекан (\(\text{C}_{18}\text{H}_{38}\)) има 18 \(\text{C}\) атома \(\rightarrow\) чврста супстанца.
Сви угљоводоници лако сагоревају уз ослобађање велике количине топлоте (егзотермне реакције), због чега се користе као горива.
Потпуно сагоревање: Одвија се уз довољно присуство кисеоника. Производи су увек угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\)) и вода (\(\text{H}_2\text{O}\)).
\[ \text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \quad (\text{сагоревање метана}) \]
\[ \text{C}_2\text{H}_4 + 3\text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \quad (\text{сагоревање етена}) \]
\[ 2\text{C}_2\text{H}_6 + 7\text{O}_2 \longrightarrow 4\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \quad (\text{сагоревање етана}) \]
Ако нема довољно кисеоника, долази до непотпуног сагоревања при чему, поред воде, настају отровни угљеник(II)-оксид (\(\text{CO}\)) и/или чађ (\(\text{C}\)).
Примена етина: Етин гори блештавим пламеном чија температура достиже и до \(3\,100\ ^\circ\text{C}\), што је довољно за топљење метала, па се користи за аутоегено заваривање.
Парафини: Алкани имају само једноструке везе, стабилни су и најмање реактивни од свих угљоводоника (назив потиче од латинске речи за мали афинитет).
Реакција супституције (замене): Карактеристична реакција за алкане. У присуству светлости (ултравиолетног зрачења), атоми водоника у молекулу алкана постепено се замењују атомима халогеног елемента (халогеновање).
1. Хлоровање до хлорметана:
\[ \text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl} \]
2. Хлоровање до дихлорметана:
\[ \text{CH}_3\text{Cl} + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CH}_2\text{Cl}_2 + \text{HCl} \]
3. Хлоровање до трихлорметана (хлороформа):
\[ \text{CH}_2\text{Cl}_2 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CHCl}_3 + \text{HCl} \]
4. Потпуна супституција до тетрахлорметана (угљен-тетрахлорида):
\[ \text{CHCl}_3 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CCl}_4 + \text{HCl} \]
Напиши једначину супституције једног атома водоника хлором у молекулу етана.
\[ \text{C}_2\text{H}_6 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{HCl} \]
Производи реакције су хлоретан (етил-хлорид) и хлороводоник.
Реакција адиције (додавања): Карактеристична за алкене и алкине. Због присуства двоструких и троструких веза, незасићени угљоводоници су веома реактивни. Приликом адиције раскида се вишеструка веза, а на суседне \(\text{C}\) атоме везују се нови атоми или атомске групе. Настаје само један производ.
1. Адиција водоника (хидрогенизација): Одвија се у присуству металног катализатора (нпр. \(\text{Ni}\), \(\text{Pt}\)).
- На алкене: \[ \text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{метал}} \text{CH}_3-\text{CH}_3 \quad (\text{етен} \rightarrow \text{етан}) \]
- На алкине (непотпуна и потпуна): \[ \text{CH}\equiv\text{CH} + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{метал}} \text{CH}_2=\text{CH}_2 \quad (\text{етин} \rightarrow \text{етен}) \] \[ \text{CH}\equiv\text{CH} + 2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{метал}} \text{CH}_3-\text{CH}_3 \quad (\text{етин} \rightarrow \text{етан}) \]
2. Адиција халогена (халогеновање):
- Адиција хлора на етен: \[ \text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}_2\text{Cl} \quad (\text{1,2-дихлоретан}) \]
- Потпуна адиција хлора на етин: \[ \text{CH}\equiv\text{CH} + 2\text{Cl}_2 \longrightarrow \text{CHCl}_2-\text{CHCl}_2 \quad (\text{1,1,2,2-тетрахлоретан}) \]
Раствор калијум-перманганата (\(\text{KMnO}_4\)) је љубичасте боје. Алкени и алкини обезбојавају раствор \(\text{KMnO}_4\) јер лако реагују са њим, док алкани не реагују и раствор остаје љубичаст.
Задаци за вежбање
1. Задатак (лак): Који од наведених угљоводоника је на собној температури и атмосферском притиску у течном агрегатном стању?
а) Етен (\(\text{C}_2\text{H}_4\))
б) Метан (\(\text{CH}_4\))
в) Хексан (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\))
г) Пропин (\(\text{C}_3\text{H}_4\))
а) Етен (\(\text{C}_2\text{H}_4\))
б) Метан (\(\text{CH}_4\))
в) Хексан (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\))
г) Пропин (\(\text{C}_3\text{H}_4\))
Тачан одговор: в) Хексан (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\)).
Објашњење: Алкани са 1 до 4 \(\text{C}\) атома су гасови, док су они са 5 до 17 \(\text{C}\) атома течности. Хексан има 6 \(\text{C}\) атома, па је течног агрегатног стања. Етен, метан и пропин имају од 1 до 3 \(\text{C}\) атома и гасови су.
Објашњење: Алкани са 1 до 4 \(\text{C}\) атома су гасови, док су они са 5 до 17 \(\text{C}\) атома течности. Хексан има 6 \(\text{C}\) атома, па је течног агрегатног стања. Етен, метан и пропин имају од 1 до 3 \(\text{C}\) атома и гасови су.
2. Задатак (средњи): Напиши једначину хемијске реакције потпуног сагоревања пропана (\(\text{C}_3\text{H}_8\)).
При потпуном сагоревању угљоводоника настају угљеник(IV)-оксид и вода:
\[ \text{C}_3\text{H}_8 + 5\text{O}_2 \longrightarrow 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} \]
3. Задатак (средњи): Одреди који тип реакције (супституција или адиција) представља свака од наведених промена и напиши називе органских производа:
а) \(\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}\)
б) \(\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}_2\text{Cl}\)
а) \(\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{светлост}} \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}\)
б) \(\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}_2\text{Cl}\)
а) Реакција супституције (замене): атом хлора замењује атом водоника. Настаје хлорметан (и хлороводоник).
б) Реакција адиције (додавања): двострука веза се раскида и хлор се везује без издвајања споредних производа. Настаје 1,2-дихлоретан.
б) Реакција адиције (додавања): двострука веза се раскида и хлор се везује без издвајања споредних производа. Настаје 1,2-дихлоретан.
4. Задатак (тежак): Непознати ациклични угљоводоник \(X\) има 2 угљеникова атома у молекулу и обезбојава раствор \(\text{KMnO}_4\). За потпуну адицију на 1 mol супстанце \(X\) потребно је тачно 2 mol гасовитог хлора (\(\text{Cl}_2\)), при чему настаје једињење са четири атома хлора.
Који је угљоводоник \(X\) и како гласи једначина те реакције?
Који је угљоводоник \(X\) и како гласи једначина те реакције?
Идентификација:
- Супстанца има 2 \(\text{C}\) атома и реагује са \(\text{KMnO}_4\) \(\rightarrow\) незасићени угљоводоник (етен или етин).
- Реагује са хлором у молском односу \(1 : 2\) (\(\text{X} : \text{Cl}_2 = 1 : 2\)) \(\rightarrow\) садржи троструку везу, дакле супстанца је етин (ацетилен, \(\text{C}_2\text{H}_2\)).
