Загальні формули вуглеводнів в хімії

Визначення та загальні формули вуглеводнів

Вуглеводні - це органічні сполуки, молекули яких складаються з атомів двох елементів - вуглецю і водню.

До вуглеводнів відноситься велика група органічних сполук. Однак, лише єдине з них - метан - містить атом вуглецю, інші мають в своєму складі пов'язані один з одним атоми вуглецю, починаючи з двох (етану, етилен, ацетилен) і кінчаючи сотнями тисяч в високомолекулярних вуглеводнях.

Відповідно до будови вуглецевого скелета вуглеводню діляться на аліфатичні (з відкритою вуглецевої ланцюгом) і циклічні (з замкнутої вуглеводневої ланцюгом).

Залежно від типу зв'язків між атомами вуглецю аліфатичні вуглеводні діляться на насичені. містять тільки s-зв'язку і ненасичені. містять як s-, так і p-зв'язку. До насиченим вуглеводнів належать алкани. Ненасичені вуглеводні в залежності від характеру кратному зв'язку поділяються на алкени (з подвійним зв'язком) і Алкіни (з потрійним зв'язком). Крім цього, виділяються окремі групи по числу кратних зв'язків в молекулі, наприклад алкадіени (з двома подвійними зв'язками).

Алканами називаються насичені вуглеводні, молекули яких складаються з атомів вуглецю і водню, пов'язаних між собою тільки s-зв'язками.

Алкенами називаються ненасичені вуглеводні, молекули яких містять одну подвійну зв'язок.

Загальна формула гомологічного ряду алкенів Cn H2n. Представники алкенів: етилен (C2 H4), пропен (C3 H6), бутен (C4 H8) і ін.

Алкадиенами називаються ненасичені вуглеводні, молекули яких містять дві подвійні зв'язку. Загальна формула гомологічного ряду алкадиенов Cn H2n-2. Представники алкадиенов: пропаде-1,2 (C3 H4), бутадієн-1,4 (C4 H6) і ін.

Алкінілу називаються ненасичені вуглеводні, що мають в своєму складі одну потрійну зв'язок.

Загальна формула гомологічного ряду алкінів Cn H2n- 2. Представники алкинов: ацетилен (C2 H2), пропін-1 (C3 H4), бутин-1 (C4 H6) і ін.

Циклічні вуглеводні також як і аліфатичні можуть мати насичений і ненасичений характер, крім цього циклічні вуглеводні діляться на алициклические і ароматичні.

Насичені і ненасичені карбоциклические вуглеводні, об'єднують загальною назвою алициклические, підкреслюючи приставкою Алі-їх схожість з аліфатичними вуглеводнями.

Насичені алициклические вуглеводні називають циклоалканами (загальна формула Cn H2n. Представники - циклопропан, циклобутану, циклопентан і ін.), Ненасичені з одним подвійним зв'язком - циклоалкеніл, з двома подвійними зв'язками - ціклоалкадіенамі. Відомі алициклические вуглеводні і з потрійним зв'язком, як правило, в макроцикле.

Серед ароматичних сполук найбільше значення мають речовини, в молекулах яких міститься одна або кілька бензольних кілець (рис. 1). Структурним родоначальником цих речовин служить вуглеводень бензол C6 H6. Вуглеводні цього ряду носять загальний назва - арени, а їх загальна формула - Cn H2n- 6.

Мал. 1. Ароматичні вуглеводні.

Приклади розв'язання задач

При повному згорянні кисневмісного органічної речовини масою 13,8 г одержали 26,4 г вуглекислого газу і 16,2 г води. Знайдіть молекулярну формулу речовини, якщо відносна щільність його парів за воднем дорівнює 23.

Складемо схему реакції згоряння органічної сполуки позначивши кількість атомів вуглецю, водню і кисню за «x», «у» і «z» відповідно:

Визначимо маси елементів, що входять до складу цієї речовини. Значення відносних атомних мас, взяті з Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, округлимо до цілих чисел: Ar (C) = 12 а.е.м. Ar (H) = 1 а.е.м. Ar (O) = 16 а.е.м.

Розрахуємо молярні маси вуглекислого газу і води. Як відомо, молярна маса молекули дорівнює сумі відносних атомних мас атомів, що входять до складу молекули (M = Mr):

M (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44 г / моль;

M (H2 O) = 2 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18 г / моль.

m (C) = [26,4 / 44] × 12 = 7,2 г;

m (H) = 2 × 16,2 / 18 × 1 = 1,8 м

m (O) = m (Cx Hy Oz) - m (C) - m (H) = 13,8 - 7,2 - 1,8 = 4,8 м

Визначимо хімічну формулу сполуки:

x: y: z = m (C) / Ar (C). m (H) / Ar (H). m (O) / Ar (O);

x: y: z = 7,2 / 12: 1,8 / 1: 4,8 / 16;

x: y: z = 0,6. 1,8. 0,3 = 2: 6. 1.

Значить найпростіша формула сполуки C2 H6 O і молярну масу 46 г / моль [M (C2 H6 O) = 2 × Ar (C) + 6 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 12 + 6 × 1 + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 / моль].

Значення молярної маси органічної речовини можна визначити за допомогою його щільності за воднем:

Msubstance = 2 × 23 = 46 г / моль.

Щоб знайти справжню формулу органічної сполуки знайдемо відношення отриманих молярних мас:

Значить формула органічної сполуки матиме вигляд C2 H6 O.

Масова частка елемента Х в молекулі складу НХ розраховується за такою формулою:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Обчислимо масову частку кисню в з'єднанні:

ω (O) = 100% - ω (P) = 100% - 56,4% = 43,6%.

Позначимо кількість моль елементів, що входять до складу з'єднання за «х» (фосфор), «у» (кисень). Тоді, мольное ставлення буде виглядати наступним чином (значення відносних атомних мас, узятих з Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва, округлимо до цілих чисел):

x: y = ω (P) / Ar (P). ω (O) / Ar (O);

x: y = 1,82. 2,725 = 1. 1,5 = 2. 3.

Значить найпростіша формула сполуки фосфору з киснем матиме вигляд P2 O3 і молярну масу 94 г / моль [M (P2 O3) = 2 × Ar (P) + 3 × Ar (O) = 2 × 31 + 3 × 16 = 62 + 32 = 94 г / моль].

Значення молярної маси органічної речовини можна визначити за допомогою його щільності по повітрю:

Msubstance = 29 × 7,59 = 220 г / моль.

Щоб знайти справжню формулу органічної сполуки знайдемо відношення отриманих молярних мас:

Значить індекси атомів фосфору і кисню повинні бути в 2 рази вище, тобто формула речовини матиме вид P4 O6.