ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Промышленные источники и методы синтеза алканов из "Основы органической химии" Черточки в формуле метана представляют собой ковалентные химические связи. Для их образования необходимо пространственное перекрывание атомных орбиталей, на каждой из которых может находиться один неспаренный электрон. В результате при таком перекрывании образуется одна молекулярная орбиталь с двумя электронами с противоположными спинами. Значит, чтобы атом углерода мог вступить в реакцию, как говорят, он должен перейти в возбужденное состояние (для этого нужна небольшая энергия) 18 25 2р зр -гибридизи-рованное состояние. Теперь атом углерода может образовать четыре связи с атомами водорода. [c.35] Все четыре орбитали, а следовательно, и связи одинаковы и равномерно распределены в пространстве (рис. 2.1). [c.35] На примере метана посмотрим, как химики изобрал ают структуры молекул (рис. 2.2). [c.35] Химики и, прежде всего, физики ухитрились установить и реальные параметры молекул, в частности, метана. Валентные углы 109,5° -тетраэдрический угол. Длина С-Н-связей 0,109 нм (10 м) или 1,09 А (10 м). Энергия разрыва или диссоциации связей С-Н 427 кДж/моль или 102 ккал/моль. [c.35] Кроме С-Н о-связей, появляется С-С а-связь. Тоже сигма, поскольку образована при перекрывании гибридных зр или а-орбиталей, но уже С-С атомов (рис. 2.3). [c.36] Новый вид связи, наверное, имеет и иные характеристики. Отметим попутно, что ковалентные связи характеризуются длинами, энергией, ух лами между связями, полярностью. [c.36] Длина С-С-связи в этане 1,54 Я(0,154 нм), С-Н - 1,1 X. Энергия С-Н-связи 97 ккал/моль - 405 кДж/моль, С-С - 84 ккал/моль -351 кДж/моль. [c.37] Молекулу этана также можно изобразить разными способами (рис.2.4). [c.37] Когда хотят изобразить два углеродных атома молекулы, ее рассматривают вдоль этой связи С-С. Ближний углеродный атом изображают точкой пересечения связей С-Н, дальний - окружностью. [c.39] Изобразим структуру этана в перспективном чертеже и проекциями Ньюмена (рис. 2.4). [c.39] Можно вообразить и другие промежуточные расположения, которых может быть сколько угодно, но наиболее интересны именно два относительных расположения. [c.39] Такие различные структуры молекул, возникающие при вращении каких-то групп вокруг простых связей без их разрыва, называются конформациями, их изучением занимается целая область стереохимии - конформацнонный анализ. Первая конформация называется заслоненной, вторая - заторможенной. [c.39] Мы говорим повернем группы, вращать будем. А надо ли при этом тратить какое-то усилие, затрачивать энергию или нет Поскольку а-связь между углеродными атомами полностью симметрична относительно линии, связывающей эти атомы (имеет цилиндрическую симметрию), степень перекрывания о-орбиталей, а следовательно, прочность о-связи будут одинаковы при вращении атомов относительно этой линии, т.е. все эти расположения, конформации должны быть одинаковы. Так долгое время и считалось, однако оказалось, что, судя по некоторым физическим свойствам, вращение вокруг С-С-связи не совсем свободно. Это выяснил американец Питцер в 1936 г. Для этого надо затрачивать энергию, и энергетический барьер у этана составляет примерно 3 ккал/моль. Покажем это на графике зависимости потенциальной энергии от угла вращения метильной группы вокруг С-С-связи (рис. 2.5). [c.39] Следующий представитель после этана - пропан, затем бутан, у которого возможно существование двух изомеров, отличающихся порядком связываемых атомов углерода - цепочечный и с разветвлением, т.е. два структурных изомера - нормальный бутан и изобутап (рис. 2.6). [c.40] При вращении двух СНз-групп относительно углерод-углеродиой о-связи в молекуле н-бутана реализуются различные конформацион-ные изомеры, энергии которых различаются уже более существенно, чем у этана (рис. 2.7). [c.40] Для химиков прежде всего важны такие физические свойства, как агрегатное состояние, температура кипения ), температура плавления (Т д), плотность (df), показатель преломления (Пр), вязкость (V), растворимость в различных растворителях. При этом надо иметь в виду когда говорят о физических свойствах веществ, то речь идет о чистых веществах, причем обычно сообщают, насколько чистых. [c.41] Температура кипения ) - это температура, при которой давление насыщенного пара жидкости становится равным внещнему давлению. При этом жидкость бурлит, происходит испарение во всем объеме. [c.42] Плотность (с1 ) - масса единицы объема (шД), ее определяют при 20 °С относительно плотности воды при 4 °С. [c.42] Экспериментальная величина MR должна близко совпадать с расчетной, равной сумме атомных рефракций атомов, входящих в молекулу, плюс величины инкрементов кратных связей (циклов). [c.43] Атомные рефракции некоторых атомов С 2,418 Н 1,1 С1 5,967 О (в ОН) 1,525 О (в эфирах) 1,643 О (в карбониле) 2,211. [c.43] Вернуться к основной статье