Przeczytaj

AlkanyalkanyAlkany są związkami stosunkowo biernymi chemicznie. Dzieje się tak dlatego, że wiązania typu $σ$ : węgiel‑węgiel i węgiel‑wodór, należą do mocnych (duża energia wiązania) i trudnych do rozerwania. Co istotne, reaktywność poszczególnych atomów wodoru w alkanach wzrasta wraz z rzędowością atomów węgla, z którymi są związane (połączone). Czy podwyższona temperatura i promieniowanie UV powodują wzrost aktywności alkanów?

bg‑orange

Czy na skutek wzrostu temperatury, alkany mogą ulegać reakcjom spalania?

Reakcją wspólną dla wszystkich alkanów jest reakcja spalania, której najszybciej ulegają, w podwyższonej temperaturze, alkany gazowe. Spalanie może być całkowitespalanie całkowitecałkowite lub niecałkowitespalanie niecałkowiteniecałkowite, co determinuje stężenie tlenu w reakcji.

Ciekawostka

RM1WDWx97UKMO1

Na zdjęciu kawałek białej substancji spala się niebiesko‑żółtym płomieniem. — Hydrat metanu – substancja krystaliczna złożona z cząsteczek wody i metanu
Źródło: U.S. Department of Energy, dostępny w internecie: www.flickr.com, domena publiczna.

Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan ( $90 %$ ). Ponadto w gazie ziemnym występuje w niewielkiej ilości: etan, propan, butan i inne związki organiczne oraz mineralne.

Źródłem metanu mogą być tzw. hydraty metanu, znajdujące się na dnie oceanów. Na skutek wzrostu temperatury lub ruchu płyt tektonicznych, z hydratu uwalnia się metan, który może wchodzić w reakcję z tlenem obecnym w wodzie i tym samym ją odtleniać. Wydzielający się tlenek węgla( $IV$ ) może być zatem przyczyną zamierania życia oceanicznego.

Spalanie całkowitespalanie całkowiteSpalanie całkowite metanu można zapisać za pomocą równania reakcji:

{CH}_{4} + 2 O_{2} \to {CO}_{2} + 2 H_{2} O

Spalanie niecałkowitespalanie niecałkowiteSpalanie niecałkowite można zobrazować za pomocą dwóch równań reakcji, bowiem podczas tego procesu możemy otrzymać tlenek węgla( $II$ ) lub sadzę:

2 {CH}_{4} + 3 O_{2} \to 2 CO + 4 H_{2} O

{CH}_{4} + O_{2} \to C + 2 H_{2} O

Polecenie 1

Przeprowadź doświadczenie w laboratorium chemicznym. Zaproponuj problem badawczy/problemy badawcze, który/które możesz rozwiązać za pomocą zgromadzonego sprzętu i odczynników, w oparciu o materiał badawczy. Zapisz hipotezę, a następnie ją zweryfikuj oraz rozwiąż problem badawczy. W formularzu zapisz swoje obserwacje. Sformułuj wnioski i zapisz równania reakcji w zeszycie do lekcji chemii, pamiętając o uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych.

Ważne!

Pamiętaj o zachowaniu środków ostrożności i wykonywaniu doświadczenia w okularach ochronnych. Przed przystąpieniem do pracy, zapoznaj się z kartami charakterystyk substancji, wykorzystanych w doświadczeniu.

R17uxiUknTicY

Analiza doświadczenia:

Problem badawczy:

Hipoteza:

Sprzęt laboratoryjny:

łuczywko lub zapałki;

probówki;

pipeta;

papierowa kartka;

drewniana łapa do próbówek.

Odczynniki:

gaz do napełniania zapalniczek (butan);

woda wapienna.

Instrukcja wykonania doświadczenia:
1. Używając gazu do napełniania zapalniczek (butan), wprowadź jego niewielką ilość do probówki.
2. Do wylotu probówki zbliż zapaloną zapałkę i obserwuj zachowanie płomienia przy pełnym dostępie tlenu.
3. Następnie (po zgaszeniu płomienia) dodaj do próbówki około 0,5 cm³wody wapiennej i całość wstrząśnij.
4. Porównaj wygląd wody wapiennej zarówno przed, jak i po dodaniu jej do probówki.
5. Do drugiej probówki wprowadź gaz, jak poprzednio, oraz zbadaj zachowanie płomienia przy ograniczonym dostępie tlenu, używając do tego celu kartki papierowej.
6. Zgaś płomień i dodaj do probówki wodę wapienną, jak poprzednio.
7. Do trzeciej próbówki dodaj gaz i zbadaj wygląd płomienia, gdy zostanie on szybko zgaszony.
8. Dodaj wodę wapienną jak do probówki pierwszej i drugiej.

Obserwacje:

Wnioski:

Sprawdź, czy Twój problem badawczy, obserwacje, wyniki i wnioski są podobne do poniższych.

Analiza doświadczenia:

Spalanie butanu.

Problem badawczy:

Czy ilość dostarczanego tlenu ma wpływ na produkty spalania butanu?

Hipoteza:

Przy różnym dostępie tlenu produkty spalania butanu różnią się od siebie.

Obserwacje:

Pełny dostęp tlenu:

Zmętnienie wody wapiennej.

Ograniczony dostęp tlenu:

Brak zmętnienia wody wapiennej, płomień świecący.

Mały dostęp tlenu:

Brak zmętnienia wody wapiennej, płomień kopcący.

Wnioski:

Produktami całkowitego spalania alkanów jest tlenek węgla( $IV$ ) i woda. Potwierdzeniem obecności tlenku węgla( $IV$ ) w probówce jest zmętnienie wody wapiennej.

Przy ograniczonym dostępnie tlenu powstaje tlenek węgla( $II$ ) i woda, a przy braku tlenu woda i sadza.

Równania reakcji:

1. Pełny dostęp tlenu (spalanie całkowite):

2 C_{4} H_{10} + 13 O_{2} \to 8 {CO}_{2} + 10 H_{2} O

Ca {(OH)}_{2} + {CO}_{2} \to {CaCO}_{3} + H_{2} O

2.Spalanie niecałkowite do czadu:

C_{4} H_{10} + \frac{9}{2} O_{2} \to 4 CO + 5 H_{2} O

3. Spalanie niecałkowite do sadzy:

C_{4} H_{10} + \frac{5}{2} O_{2} \to 4 C + 5 H_{2} O

Słownik

alkany

parafiny, związki organiczne, alifatyczne węglowodory nasycone o wzorze ogólnym $C_{n} H_{2 n + 2}$

spalanie całkowite

zachodzi wtedy, gdy cała ilość spalanej substancji ulega utlenieniu

spalanie niecałkowite

zachodzi wtedy, gdy niecała ilość spalanej substancji ulega utlenieniu; spalaniu niecałkowitemu towarzyszy pojawienie się sadzy lub tlenku węgla( $II$ )

Bibliografia

Bieniek G., Chemia. Trening przed maturą. Doświadczenia chemiczne w zadaniach, Kraków 2007.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia. Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko‑Biała 2010.

Wprowadzenie

Mapa pojęć

Czy na skutek wzrostu temperatury, alkany mogą ulegać reakcjom spalania?

Słownik

Bibliografia