נוסחה מולקולרית ומבנה של מתאן

הנוסחה מולקולרית, מבנית אלקטרונית של מתאן הם מלוקט על בסיס התיאוריה של Butlerov של המבנה של חומרים אורגניים. לפני שנמשיך לכתוב נוסחאות כאלה, אנו מתחילים עם תיאור קצר של פחמימנים אלה.

תכונות של מתאן

חומר זה הוא חומר נפץ, הוא נקרא גם "ביצה" גז. הריח הספציפי של פחמימנים אלה ידוע לכולם. בתהליך של בעירה ממנו הוא לא נשאר מרכיבים כימיים שיש להם השפעה שלילית על גוף האדם. זה מתאן שהוא משתתף פעיל בהיווצרות אפקט החממה.

תכונות פיסיקליות

הנציג הראשון של סדרת האלקאנים ההומיאולוגית התגלה על ידי מדענים באטמוספרה של טיטאן ומאדים. בהתחשב בעובדה כי מתאן קשור עם קיומם של אורגניזמים חיים, השערה התעוררה על קיומו של החיים על כוכבי הלכת האלה. על שבתאי, יופיטר, נפטון, אורנוס, מתאן הופיע כתוצר של עיבוד כימי של חומרים ממוצא אורגני. על פני כדור הארץ שלנו התוכן שלה הוא חסר משמעות.

מאפיינים כלליים

למתאן אין צבע, הוא קל יותר מהאוויר כמעט פעמיים, מסיס בצורה גרועה במים. בהרכב הגז הטבעי מגיע כ -98%. נפט עובר שמן מכיל 30-90 אחוזים של מתאן. במידה רבה יותר, מתאן הוא ממוצא ביולוגי.

Ungulate אוכלי עשב ופרות פולטים כמות ניכרת של מתאן במהלך עיבוד בבטן של חיידקים. בין המקורות החשובים של סדרת האלקאנים ההומוסקסואלית, אנו מבחינים ביצות, טרמיטים, סינון של גז טבעי ותהליך הפוטוסינתזה של הצמח. אם יש עקבות של מתאן על הפלנטה, אפשר לדבר על קיומו של חיים ביולוגיים.

שיטות קבלת

הנוסחה המבנית המפורטת של מתאן היא אישור לכך שבמולקולה שלה רק רווקות יחידות יחיד שנוצר על ידי עננים היברידיים. בין אפשרויות המעבדה לייצור של פחמימנים אלה, אנו מציינים את היתוך של אצטט אצטט עם מוצק אלקלי, כמו גם את האינטראקציה של קרביד אלומיניום עם מים.

מתאן נשרף בלהבה כחלחלה, ומקצה כ -39 MJ למטר מעוקב. תערובות נפץ חומר זה יוצר עם אוויר. המסוכן ביותר הוא מתאן, אשר שוחרר במהלך כרייה תת קרקעית של משקעים מינרליים במכרות. קיים סיכון גבוה להתפוצצות מתאן במפעלי עיבוד פחם ובנוסף, וכן במיתקני מיון.

פעולה פיזיולוגית

אם אחוז המתאן באוויר הוא בין 5 ל -16 אחוזים, אם החמצן נבלע, מתאן יכול להצית. במקרה של עלייה משמעותית בתערובת של חומר כימי זה, ההסתברות להתפוצצות עולה.

אם באוויר הריכוז של אלקן זה הוא 43 אחוזים, זה הגורם לחנק.

בהתפוצצות, מהירות ההפצה היא בין 500 ל 700 מטר לשנייה. לאחר חיבור המתאן למקור החום, תהליך הצתת האלקן מתרחש באיחור מסוים.

זה על נכס זה כי הייצור של פיצוץ הוכחה ציוד חשמלי בטיחות רכיבים נפץ מבוסס.

מכיוון שהוא מתאן המהווה את הפחמימנים הרוויים הכי יציבים מבחינה תרמית, יש לו יישום רחב בצורה של דלקים תעשייתיים ומקומיים, והוא משמש גם כחומר גלם יקר עבור סינתזה כימית. הנוסחה המבנית של תלת-אתיל-מתאן מאפיינת את התכונות המבניות של נציגי המעמד הזה של פחמימנים.

בתהליך של אינטראקציה כימית עם כלור תחת השפעת קרינה אולטרה סגול, היווצרות של כמה מוצרים התגובה אפשרי. בהתאם לכמות החומר המוצא, chloromethane, כלורופורם, פחמן tetrachloride ניתן להשיג במהלך החלפת.

במקרה של שריפה חלקית של מתאן, פיח נוצר. במקרה של חמצון קטליטי, פורמלדהיד נוצר. המוצר הסופי של אינטראקציה עם גופרית הוא דיסולפיד פחמן.

תכונות של מבנה מתאן

מהי הנוסחה המבנית שלה? המתאן מתייחס לפחמימנים רוויים בעלי נוסחה כללית C _n H _{2n + 2} . שקול את התכונות של היווצרות של מולקולה להסביר כיצד נוסחה מבנית נוצר.

המתאן מורכב מאטום פחמן אחד וארבעה אטומי מימן המקושרים יחד על ידי קשר כימי קוטבי קוולנטי. הבה נסביר על בסיס המבנה של נוסחאות פחמן אטום פחמן.

סוג הכלאה

המבנה המרחבי של המתאן מאופיין במבנה tetrahedral. מאחר שברמה החיצונית של הפחמן יש ארבעה אלקטרונים ערכיים, כאשר האטום מחומם, האלקטרון עובר מהאורביטלים השני ל- p. כתוצאה מכך, ברמת האנרגיה האחרונה, לפחמן יש ארבעה אלקטרונים לא חופשיים ("חופשיים"). הנוסחה המבנית המלאה של המתאן מבוססת על היווצרותם של ארבעה עננים היברידיים המכוונים בחלל בזווית של 109 מעלות 28 דקות, ויוצרים את המבנה של הטטרהדרון. ואז חופפים קודקודים של עננים היברידיים עם עננים שאינם היברידית של אטומי מימן מתרחשת.

הנוסחה המבנית המלאה והמקוצרת של המתאן תואמת לחלוטין את התיאוריה של באטלרוב. בין פחמן ומימן נוצר קשר פשוט (יחיד), ולכן, תגובות כימיות אינן מאופיינות בתגובות נוספות.

להלן הנוסחה המבנית הסופית. מתאן הוא הנציג הראשון של המעמד הפחמימי הרווי, יש לו את המאפיינים הטיפוסיים של האלקאן האולטימטיבי. הנוסחה המבנית והאלקטרונית של מתאן מאשרת את סוג הכלאה של אטום הפחמן בחומר אורגני נתון.

מקורס הלימודים של הכימיה

זה סוג של פחמימנים, המיוצגים על ידי "גז הביצה", נלמד בכיתה י 'של בית הספר התיכון. לדוגמה, לילדים מוצעת משימה של הדמות הבאה: "כתוב את הנוסחאות המבניות של מתאן". יש להבין כי עבור חומר זה, על פי התיאוריה של Butlerov, רק תצורה מבנית מורחבת ניתן לכתוב.

נוסחה מופחתת שלה יעלה בקנה אחד עם הנוסחה המולקולרית, שנכתב בצורה של CH4. על פי תקנים חינוכיים חדשים הפדרלי שהוצג בקשר עם ארגון מחדש של החינוך הרוסי, בקורס הבסיסי של הכימיה, כל הנושאים הקשורים למאפיינים של סוגים של חומרים אורגניים נבדקים בפירוט.

סינתזה תעשייתית

על בסיס מתאן, שיטות תעשייתיות של מרכיב כימי חשוב כמו אצטילן פותחו. הבסיס של פיצוח תרמי וחשמל הוא דווקא הנוסחה המבנית שלה. מתאן במהלך חמצון קטליטי עם אמוניה צורות חומצה הידרוציאנית.

החל חומר אורגני זה לייצר גז סינתזה. כאשר אינטראקציה עם אדי מים, תערובת של פחמן חד חמצני ומימן מיוצר, המהווה את חומר הגלם לייצור של אלכוהול monohydric, תרכובות carbonyl.

חשיבות מיוחדת היא אינטראקציה עם חומצה חנקתית, וכתוצאה מכך nitromethane.

יישום בצורה של דלק הרכב

בהיעדר מקורות טבעיים של פחמימנים, כמו גם התרוששות בסיס חומרי הגלם, הנושא הקשור לחיפוש מקורות חדשים (חלופיים) להשגת דלק הופך להיות אקטואלי במיוחד. אפשרות אחת כזו היא ביודיזל, הכוללת מתאן.

בהתחשב ההבדל בצפיפות בין דלק דלק לנציג הראשון של המעמד אלקן, ישנם תכונות מסוימות של היישום שלה כמקור אנרגיה עבור מנועי רכב. כדי למנוע את הצורך לשאת כמות עצומה של מתאן, על ידי דחיסת הגידול בצפיפות (בלחץ של כ -250 אטמוספרות). חנות מתאן במצב נוזלי ב cylinders מותקן במכוניות.

השפעות על האווירה

כבר הזכרנו שלמתאן יש השפעה על אפקט החממה. אם מידת הפעולה של פחמן חד חמצני (4) על האקלים נלקח מותנה ליחידה, אז את החלק של "ביצה גז" הוא 23 יחידות. במהלך שני המאות האחרונות, מדענים גילו עלייה בתוכן כמותי של מתאן באטמוספירה של כדור הארץ.

נכון לעכשיו, הסכום המשוער של CH ₄ מוערך ב -1.8 עמודים לדקה. למרות העובדה כי נתון זה הוא פי 200 פחות נוכחות של פחמן דו חמצני, יש שיחה בין מדענים על הסיכון האפשרי של שמירה על חום הקרינה על ידי כדור הארץ.

בקשר עם הערך הקלורי המצוין של "גז הביצה", הוא משמש לא רק כחומר גלם ביישום של סינתזה כימית, אלא גם כמקור אנרגיה.

לדוגמה, על מתאן יש שונים דוודים גז, עמודות המיועדות מערכות חימום הפרט בבתים פרטיים וקוטג'ים כפריים.

כזו אפשרות אוטונומית חימום מועיל מאוד עבור בעלי בתים, זה לא קשור לתאונות המתרחשות באופן שיטתי על מערכות חימום מרכזי. הודות דוד גז ההפעלה על סוג זה של דלק, 15-20 דקות מספיק כדי לחמם לחלוטין קוטג 'דו קומתי.

מסקנה

המתאן, שנוסחאותיו המבניות והמולקולריות מפורטות לעיל, הוא מקור אנרגיה טבעי. בשל העובדה כי בהרכב שלה יש רק אטום פחמן אטומי מימן, איכות הסביבה לזהות את בטיחות אקולוגית של פחמימנים רוויים.

בתנאים רגילים (טמפרטורת האוויר 20 מעלות צלזיוס, לחץ 101325 אבא), חומר זה הוא גזי, לא רעיל, מסיס במים.

במקרה של ירידה טמפרטורת האוויר ל -161 מעלות, מתאן הוא דחוס, אשר נעשה שימוש נרחב בתעשייה.

למתאן יש השפעה על בריאות האדם. זה לא חומר רעיל, אבל נחשב גז מחניק. יש אפילו תקני גבול (MPC) עבור התוכן של כימי זה באטמוספרה.

לדוגמה, עבודה במכרות מותר רק במקרים אלה כאשר המספר שלה אינו עולה על מטר מעוקב 300 מיליגרם. ניתוח התכונות של המבנה של חומר אורגני זה, אנו יכולים להסיק כי זה דומה תכונות כימיות ופיסיקליות לכל שאר הנציגים של רווי (מגביל) פחמימנים בכיתה.

ניתחנו את הנוסחאות המבניות, את המבנה המרחבי של המתאן. הסדרה ההומולוגית שמתחילה את "גז הביצה" כוללת את הנוסחה המולקולרית הכללית C _n H _{2n + 2} .