1. Metan

Położenie węgla w układzie okresowym ($14$ grupa) wskazuje na to, że każdy z atomów węgla posiada $4$ elektrony walencyjne. Dążąc do uzyskania korzystnej energetycznie konfiguracji elektronowej najbliższego gazu szlachetnego (neonu), atom węgla może uwspólnić elektrony walencyjne maksymalnie z czterema innymi atomami. Tym samym atom węgla może z innymi atomami utworzyć cztery wiążące pary elektronowe – cztery wiązania kowalencyjne.

W związku z powyższym, w związkach organicznych atomy węgla są zawsze czterowartościowe – mogą utworzyć maksymalnie cztery wiązania chemiczne.

Najprostszym pod względem budowy węglowodorem jest metan o wzorze sumarycznym ${\text{CH}}_4$. Cząsteczka metanu zbudowana jest z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru.

Wszystkie wiązania między atomem węgla i atomami wodoru są takie same (są to wiązania pojedyncze, a kąty pomiędzy nimi wynoszą $109°28\text{'}$).

ciekawostka1

Polecenie 1

Wykorzystując zestaw modeli atomów lub kolorową plastelinę i wykałaczki (lub zapałki), w oparciu o powyższe wiadomości skonstruuj model cząsteczki metanu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przyjrzyj się przedstawionej poniżej bryle. Postaraj się skonstruować taki model, który przypominałby kształtem czworościan foremny.

RNES2shxSYGT1

Grafika przedstawia czworościan foremny - bryła przestrzenna. Na grafice zaprezentowane są tylko trzy ściany: podstawa koloru brązowego, lewa ściana boczna koloru zielonego i prawa ściana boczna koloru szaro-zielonego.

Pokaż rozwiązanie

Porównaj skonstruowany model z modelem widocznym poniżej. Zwróć uwagę na rozmiary atomów węgla i wodoru. Sprawdź kąty pomiędzy wiązaniami – skorzystaj z kątomierza.

RBWnjwQoUbJ2e

Grafika przedstawia model kulkowy, przestrzenny cząsteczki metanu. Model składa się z jednej centralnej kulki czarnej oraz czterech kulek białych. Atom węgla jest przedstawiony jako czarna kulka, natomiast atomy wodoru jako białe kulki. Pomiędzy atomem węgla a atomem wodoru występuje pojedyncze wiązanie.

Ciekawostka:
Cząsteczka metanu ma kształt tetraedru (czworościanu foremnego).

RO6F6zhWPwFsu

Na zdjęciu po lewej stronie znajduje się tetraedr - czworościan foremny. Bryła geometryczna, zbudowana z czterech ścian, będących trójkątami równobocznymi. Po prawej znajduje się ten sam tetraedr, wewnątrz którego umieszczono model kulkowy cząsteczki metanu. Cząsteczka metanu zbudowana jest z centralnie ułożonej kulki w kolorze czarnym, do której przyłączone są wiązaniami pojedynczymi cztery mniejsze kulki w kolorze białym. Pomiędzy wszystkimi wiązaniami oznaczony jest kąt <math aria‑label="sto dziewięć i dwadzieścia osiem setnych">109,28 stopnia.

Metan powstaje w warunkach beztlenowych podczas rozkładu materii organicznej. Jest głównym składnikiem gazu ziemnegogaz ziemnygazu ziemnego, na terenach bagiennych wydziela się jako gaz błotny. Metan towarzyszy również złożom węgla kopalnego (będąc jedną z przyczyn wybuchów w kopalniach) oraz złożom ropy naftowej. Źródłem metanu są także wysypiska śmieci. Produkują go również zwierzęta przeżuwające (bydło, owce).

Ciekawostka

Pierwsze na świecie udane wydobycie gazu z hydratów metanu
Prawie pół wieku temu odkryto znaczne ilości „zamrożonego” metanu na dnie oceanów. Jednak dopiero w $2013 \text{r}.$ udało się wydobyć gaz z hydratów metanu, zwanych „płonącym lub metanowym lodem”. Nie było to proste zadanie, ponieważ przy wydobyciu metan może w sposób niekontrolowany wydostawać się w postaci „bąbelków”, zwiększając emisję gazu cieplarnianego i jednocześnie zabierając organizmom wodnym duże ilości tlenu. Rządy USA, Kanady, Norwegii, Chin i Japonii zaczęły inwestować w opracowanie technologii, które miały pozwolić wydobyć „metan uwięziony w lodzie”. W USA wykonano już nawet testowe instalacje do eksploatacji hydratów metanu w pobliżu Alaski, ale to Japończycy pierwsi ogłosili o swoim powodzeniu.

Indeks dolny Źródło: Japończycy wydobyli gaz z hydratów metanu, eko.org.pl, 5.04.2013, [dostęp: 19.03.2021]; Hydraty – paliwo przyszłości?, wiz.pl, 25.02.2013, [dostęp: 19.03.2021]. Indeks dolny koniec_{Źródło: Japończycy wydobyli gaz z hydratów metanu, eko.org.pl, 5.04.2013, [dostęp: 19.03.2021]; Hydraty – paliwo przyszłości?, wiz.pl, 25.02.2013, [dostęp: 19.03.2021].}

R1TTezzXI3b2E

Dwie grafiki przedstawiające złoża zmrożonego metanu. Na grafice po lewej stronie widoczne są srebrnoszare pęcherzyki zamrożonego gazu, ułożone w kolumnach jeden na drugim. Największe mają kształt kromki chleba, a mniejsze są okrągłe. Na grafice po prawej stronie widać palące się klatraty. Mają postać białych kamyków ułożonych w stos. Nad kamykami rozpościera się różowofioletowy płomień.

*Hydraty metanu – to szczelnej budowy struktury krystaliczne, złożone z molekuł metanu zamkniętych w klatkach cząsteczek wody.

Badanie reaktywności metanu

Doświadczenie 1

Sprawdź, w jaki sposób metan zachowuje się wobec wody bromowej.

W tym celu wykonaj doświadczenie. Wybierz hipotezę, napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek.

Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym obrazującym jego przebieg.

REmsyzzPiwT6b

Sprawdź, w jaki sposób metan zachowuje się wobec [wody bromowej]\pojecie‑ref= {woda bromowa} . W tym celu wykonaj doświadczenie. Wybierz hipotezę, napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, obejrzyj zamieszczony w podpowiedzi film. Problem badawczy Czy metan powoduje odbarwienie wody bromowej?. Hipoteza Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie ją zweryfikuj. (Wybierz: Metan odbarwia wodę bromową., Metan nie powoduje odbarwienia wody bromowej.). Co będzie potrzebne - dwie probówki; - korek; - woda bromowa (roztwór bromu); - metan (np. z małej butli). Instrukcja Doświadczenie przeprowadź pod dygestorium. 1. Do pierwszej probówki wlej do 1/3 jej objętości roztwór bromu (wodę bromową). 2. Drugą probówkę napełnij metanem i wlej taką samą ilość wody bromowej. Probówkę zamknij korkiem i dobrze wymieszaj przez wytrząsanie. 3. Obserwuj zachodzące zmiany. 4. Porównaj zawartość obu probówek.

Sprawdzono, w jaki sposób metan zachowuje się wobec wody bromowej.

W tym celu wykonano doświadczenie.

Możesz zapoznać się z filmem ukazującym to doświadczenie.

Problem badawczy:

Czy metan powoduje odbarwienie wody bromowej?

Hipoteza:

Metan nie powoduje odbarwienia wody bromowej.

Co było potrzebne:

• dwie probówki;

• korek;

• woda bromowa (roztwór bromu);

• metan (np. z małej butli).

Przebieg doświadczenia:

Doświadczenie przeprowadzono pod dygestorium. Do obu probówek wlano do $1/3$ objętości roztwór bromu (wodę bromową). Do jednej z probówek włożono wężyk z metanem i przepuszczono gaz przez roztwór. Zaobserwowano zachodzące zmiany i porównano obie probówki.

Obserwacje:

Brak zmian świadczących o przebiegu reakcji. Brunatny (lub pomarańczowy lub żółty) roztwór nie zmienia swojego zabarwienia.

Wniosek:

Metan nie odbarwia wody bromowej, czyli nie reaguje z bromem. Oznacza to, że jest on węglowodorem mało reaktywnym. Mała reaktywność metanu wynika z  budowy jego cząsteczki i obecności w niej wiązań pojedynczych, które są trudne do rozerwania.

R1Pmw7FoxTWhn

W filmie zaprezentowano przebieg doświadczenia, w którym zbadano reaktywność metanu względem wody bromowej. W filmie przedstawiono niezbędne szkło i sprzęt laboratoryjny do przeprowadzenia doświadczenia.

W filmie zaprezentowano przebieg doświadczenia, w którym zbadano reaktywność metanu względem wody bromowej. W filmie przedstawiono niezbędne szkło i sprzęt laboratoryjny do przeprowadzenia doświadczenia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1Pmw7FoxTWhn

W filmie zaprezentowano przebieg doświadczenia, w którym zbadano reaktywność metanu względem wody bromowej. W filmie przedstawiono niezbędne szkło i sprzęt laboratoryjny do przeprowadzenia doświadczenia.

1

Polecenie 2

Napisz obserwacje oraz wniosek do przeprowadzonego doświadczenia.

R1WSc7bfv5Xl7

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Zastanów się czy coś uległo zmianie podczas wykonywania doświadczenia. Czy zaobserwowano zmianę zabarwienia roztworu?

Wniosek: We wniosku odnieś się do postawionej przez Ciebie hipotezy – określ, czy jest ona prawidłowa, czy błędna.

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy zapisane przez Ciebie obserwacje i wniosek są podobne do któregoś z poniższych zapisów.

Obserwacje: Brak objawów reakcji./Brak zmian świadczących o przebiegu reakcji./Brunatny (lub pomarańczowy lub żółty) roztwór nie zmienia swojego zabarwienia.

Wniosek: Metan nie powoduje odbarwienia wody bromowej./Metan nie reaguje z bromem.

Metan nie odbarwia wody bromowej, czyli nie reaguje z bromem. Oznacza to, że jest on węglowodorem mało reaktywnym. Mała reaktywność metanu wynika z  budowy jego cząsteczki i obecności w niej wiązań pojedynczych, które są trudne do rozerwania.

1

Polecenie 2

Napisz, w jakiej postaci wprowadzany jest metan do probówki.

Re4mC0Sas3eNa

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Metan wprowadzono do probówki za pomocą wężyka.

Pokaż odpowiedź

Metan wprowadzany jest do probówki w postaci gazowej.

2. Węglowodory nasycone

Metan należy do grupy związków chemicznych nazywanych węglowodorami nasyconymi. Węglowodory nasyconewęglowodory nasyconeWęglowodory nasycone to takie, w których cząsteczkach, pomiędzy atomami, znajdują się wyłącznie wiązania pojedyncze. Przez analogię do definicji roztworu nasyconego możemy powiedzieć, że węglowodory nasycone to takie, w których cząsteczkach znajduje się maksymalna liczba wiązań pojedynczych (atomy węgla w tych cząsteczkach są “wysycone” wiązaniami pojedynczymi). W związku z tym, że wiązania pojedyncze mają dużą trwałość (trudno je rozerwać), węglowodory nasycone są związkami chemicznymi o małej reaktywności.

Metan jest pierwszym i najprostszym przedstawicielem alkanów. AlkanyalkanyAlkany to węglowodory nasycone, których cząsteczki zbudowane są z łańcuchów utworzonych z atomów węgla i wodoru. Atomy węgla w cząsteczkach alkanów połączone są ze sobą wyłącznie za pomocą wiązań pojedynczych.

Jak już wspomniano, metan jest jednym ze składników gazu ziemnego. Oprócz metanu składnikami gazu ziemnego są m.in. kolejne węglowodory o nazwach: etan, propan, butan. Wymienione związki chemiczne, tak samo jak metan, należą do grupy alkanów. Ich cząsteczki zbudowane są z łańcuchów utworzonych kolejno z dwóch, trzech oraz czterech atomów węgla. Do tych atomów węgla przyłączone są za pomocą wiązań pojedynczych atomy wodoru. Począwszy od alkanu, zbudowanego z pięciu atomów węgla, czyli pentanu, nazwy alkanów, zbudowanych z cząsteczek o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych, tworzy się od greckich liczebników: penta- (pięć), heksa- (sześć) itd. (oznaczających liczbę atomów węgla w cząsteczce) przez dodanie przyrostka -an.

Aby przedstawiać budowę cząsteczek alkanów, posługujemy się wzorami strukturalnymi oraz półstrukturalnymi. Wzory strukturalne ukazują wszystkie wiązania obecne w cząsteczkach alkanów (zarówno wiązania pomiędzy sąsiednimi atomami węgla, jak i wiązania pomiędzy atomami węgla i wodoru). Wzory półstrukturalne (grupowe) ukazują wyłącznie wiązania pomiędzy atomami węgla w cząsteczkach.

Polecenie 4

Zapoznaj się z poniższą animacją, a dowiesz się, w jaki sposób należy zapisać wzór strukturalny i półstrukturalny alkanu, którego cząsteczki zbudowane są z czterech atomów węgla, połączonych w prosty (nierozgałęziony) łańcuch.

RCN4C4NzLnjTk

Animacja przedstawia sposoby rysowania wzorów strukturalnych i półstrukturalnych alkanów na przykładzie $n$—butanu o wzorze ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}$.

Animacja przedstawia sposoby rysowania wzorów strukturalnych i półstrukturalnych alkanów na przykładzie $n$—butanu o wzorze ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}$.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RCN4C4NzLnjTk

Animacja przedstawia sposoby rysowania wzorów strukturalnych i półstrukturalnych alkanów na przykładzie $n$—butanu o wzorze ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}$.

1

Polecenie 5

Narysuj wzory strukturalny i półstrukturalny (grupowy) alkanu, którego cząsteczki zbudowane są z ośmiu atomów węgla, połączonych w prosty (nierozgałęziony) łańcuch.

R1cwefhuizIhD

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Pamiętaj, że w cząsteczkach alkanów występują wyłącznie wiązania pojedyncze.

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy podane przez Ciebie wzory są takie same, jak te poniżej.

Wzór strukturalny:

R1BkX5Zl01FcR

Grafika przedstawia wzór strukturalny oktanu. Wzór składa się z 8 atomów węgla połączonych ze sobą wiązaniami pojedynczymi. Od lewej strony, od pierwszego atomu węgla odchodzą 3 wiązania pojedyncze skierowane w górę, w lewo i w dół, każde zakończone jednym atomem wodoru. Od następnych w kolejności, czyli od drugiego do szóstego atomu węgla, odchodzą dwa wiązania pojedyncze, skierowane w górę i w dół, zakończone atomami w wodoru. Ostatni atom węgla w łańcuchu węglowym połączony jest wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami wodoru usytuowanymi nad, po prawej stronie i pod tym atomem.

Wzór półstrukturalny:

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_3$

Polecenie 5

Zaznacz, jak będzie wyglądał wzór półstrukturalny (grupowy) alkanu, którego cząsteczki zbudowane są z ośmiu atomów węgla, połączonych w prosty (nierozgałęziony) łańcuch.

R1dnw0NBp7Fp4

Możliwe odpowiedzi: 1. CH indeks dolny, trzy, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, dwa, wiązanie pojedyncze, CH indeks dolny, trzy, 2. C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 3. C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, 4. C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, minus, C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego

Zbiór związków chemicznych, o podobnej budowie i właściwościach chemicznych, różniących się między sobą liczbą grup $-{\text{CH}}_2-$ (tzw. grup metylenowych) w cząsteczkach, to tzw. szereg homologicznyszereg homologicznyszereg homologiczny, a należące do niego związki nazywamy homologami. Wzory sumaryczne wszystkich związków chemicznych należących do szeregu homologicznego można zapisać za pomocą wzoru ogólnego.

Wzór ogólny alkanów:

$n$ – liczba atomów węgla w cząsteczce

1

Polecenie 7

Dane są trzy alkany:

Alkan I, którego cząsteczki zbudowane są z 4 atomów węgla.

Alkan II,  którego cząsteczki zbudowane są z 20 atomów węgla.

Alkan II, którego cząsteczki zbudowane są z 18 atomów wodoru.

Wykorzystując wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów, napisz wzory sumaryczne opisanych alkanów I, II oraz III. Następnie zapoznaj się z animacją i zweryfikuj poprawność wykonania zadania.

R6IjFmgmNPI76

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Wzór ogólny alkanów:

${\text{C}}_{\text{n}}{\text{H}}_{\text{2n+2}}$

$n$ – liczba atomów węgla w cząsteczce

Pokaż odpowiedź

R1GhkgXmWzL6b

W filmie została ukazana zasada tworzenia wzorów sumarycznych alkanów, na podstawie znajomości liczby występujących w nich atomów wodoru.

W filmie została ukazana zasada tworzenia wzorów sumarycznych alkanów, na podstawie znajomości liczby występujących w nich atomów wodoru.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1GhkgXmWzL6b

W filmie została ukazana zasada tworzenia wzorów sumarycznych alkanów, na podstawie znajomości liczby występujących w nich atomów wodoru.

Polecenie 7

Dane są trzy alkany:

Alkan $\text{I}$, którego cząsteczki zbudowane są z $4$ atomów węgla.

Alkan $\text{II}$,  którego cząsteczki zbudowane są z $20$ atomów węgla.

Alkan $\text{III}$, którego cząsteczki zbudowane są z $18$ atomów wodoru.

Wykorzystując wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów, przyporządkuj wzory sumaryczne do opisanych alkanów $\text{I}$, $\text{II}$ oraz $\text{III}$.

RWtiLOMK7fRtS

Alkan I, którego cząsteczki zbudowane są z 4 atomów węgla: C indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, H indeks dolny, dziesięć, koniec indeksu dolnego

Alkan I, którego cząsteczki zbudowane są z 4 atomów węgla: C indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, H indeks dolny, dziesięć, koniec indeksu dolnego

Alkany lub inne związki organiczne o tym samym wzorze sumarycznym mogą różnić się budową – związki takie nazywamy izomeramiizomeryizomerami. Znane są związki o łańcuchu „prostym”, w których wszystkie atomy węgla są związane z nie więcej niż dwoma innymi atomami węgla, oraz związki o łańcuchu „rozgałęzionym”, w których przynajmniej jeden z atomów węgla jest związany z więcej niż dwoma innymi atomami węgla. Im więcej jest atomów węgla w cząsteczce alkanu, tym więcej możliwości połączeń między nimi. Jeżeli w cząsteczce alkanu wszystkie atomy węgla są ustawione w jednym szeregu i nie ma rozgałęzień, to można jego nazwę podać z literą n- na początku (skrót od „normalny”).
Butan o wzorze sumarycznym ${\text{C}}_{\text{4}}{\text{H}}_{\text{10}}$ może utworzyć związek chemiczny o łańcuchu prostym (n‑butan) lub rozgałęzionym (izobutan).

R1WSL4pWfY0ml

Grafika przedstawia wzór półstrukturalny butanu ($n$—butanu) oraz wzór strukturalny metylopropanu (izobutanu). Wzór cząsteczki butanu zapisany jest kolejno od lewej: <math aria‑label="H indeks dolny trzy koniec indeksu C">H3C wiązanie pojedyncze <math aria‑label="C H indeks dolny dwa koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze ${\text{CH}}_2$ wiązanie pojedyncze <math aria‑label="C H indeks dolny trzy koniec indeksu">CH3. Wzór cząsteczki metylopropanolu zapisany jest kolejno od lewej: <math aria‑label="H indeks dolny trzy koniec indeksu C">H3C wiązanie pojedyncze <math aria‑label="C H">CH wiązanie pojedyncze w prawo <math aria‑label="C H indeks dolny trzy koniec indeksu">CH3 od środkowego atomu węgla odchodzi również wiązanie pojedyncze skierowane w dół zakończone grupą <math aria‑label="C H indeks dolny trzy koniec indeksu">CH3.

RS4VWsNIAbxc7

Na animacji zaprezentowano, w jaki sposób ustalić wzór sumaryczny i nazwę alkanu na podstawie jego masy cząsteczkowej, na przykładzie etanu.

Na animacji zaprezentowano, w jaki sposób ustalić wzór sumaryczny i nazwę alkanu na podstawie jego masy cząsteczkowej, na przykładzie etanu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RS4VWsNIAbxc7

Na animacji zaprezentowano, w jaki sposób ustalić wzór sumaryczny i nazwę alkanu na podstawie jego masy cząsteczkowej, na przykładzie etanu.

Podsumowanie

• Atomy węgla w związkach organicznych są zawsze czterowartościowe (tworzą cztery wiązania kowalencyjne z innymi atomami).

• Alkany to węglowodory nasycone, w których cząsteczkach między atomami węgla występują wyłącznie wiązania pojedyncze.

• Alkany tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym ${\text{C}}_{\text{n}}{\text{H}}_{\text{2n+2}}$

• Pierwszym przedstawicielem szeregu homologicznego alkanów jest metan.

• Cztery pierwsze związki chemiczne z szeregu homologicznego alkanów to: metan, etan, propan i butan. Nazwy kolejnych tworzy się, dopisując przyrostek -an do greckich liczebników, określających liczbę atomów węgla w cząsteczce.

Praca domowa

1

Polecenie 9.1

Napisz wzory strukturalny i półstrukturalny alkanu zawierającego 10 atomów węgla w cząsteczce. Załóż, że cząsteczki tego alkanu zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych. Napisz nazwę rozpatrywanego alkanu

RasWxYVoMirO2

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Pamiętaj, że każdy atom węgla w tej cząsteczce musi tworzyć łącznie cztery wiązania.

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy narysowane przez Ciebie wzory są identyczne z poniższymi.

Wzór strukturalny:

R1Gi47vGoIdkK

Grafika przedstawia wzór strukturalny dekanu.

Wzór półstrukturalny:

${\mathrm{CH}}_3-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_3$

Nazwa: dekan.

1

Polecenie 9.1

Podaj nazwę alkanu zawierającego $10$ atomów węgla w cząsteczce. Załóż, że cząsteczki tego alkanu zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych.

R1IaARsEfhEzs

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Wzór sumaryczny tego alkanu to ${\mathrm{\text{C}}}_{10}{\mathrm{\text{H}}}_{22}$.

Pokaż odpowiedź

Nazwa tego alkanu to dekan.

1

Polecenie 9.2

Sprawdź, czy związki chemiczne o wzorach ${\text{C}}_{20}{\text{H}}_{42}$, ${\text{C}}_{21}{\text{H}}_{44}$, ${\text{C}}_{22}{\text{H}}_{46}$, ${\text{C}}_{23}{\text{H}}_{48}$ należą do szeregu homologicznego alkanów.

RwwjVT2ag1kbL

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

RIixDwNaVJz0E

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Sprawdź, czy liczby atomów węgla i wodoru w zapisanych wzorach spełniają wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów.

Pokaż odpowiedź

Po sprawdzeniu, czy liczby atomów węgla i wodoru w zapisanych wzorach spełniają wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów, ustalisz, że wszystkie podane w poleceniu związki chemiczne należą do tego szeregu homologicznego.

Na przykład, rozpatrując pierwszy z zapisanych związków, ${\mathrm{\text{C}}}_{20}{\mathrm{\text{H}}}_{42}$, widzimy, że w cząsteczce znajduje się $20$ atomów węgla $\left(\mathrm{n}=20\right)$. Obliczając liczbę atomów wodoru $\left(2\mathrm{n}+2\right)$, jaka powinna budować cząsteczkę alkanu zawierającego $20$ atomów węgla, uzyskamy wynik $\left(2·20+2\right)=42$, czyli dokładnie tyle, ile w analizowanym wzorze sumarycznym.

1

Polecenie 9.3

Przedstaw modele pięciu kolejnych alkanów, zaczynając od etanu, których cząsteczki zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych.

RuGTxRLjpO54D

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Podczas konstruowania modeli uwzględnij fakt, że cząsteczki alkanów nie są płaskie i wszystkie kąty pomiędzy wiązaniami są zbliżone do kąta, jaki występuje pomiędzy wiązaniami w cząsteczce metanu (ok. 109⁰).

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy przygotowane przez Ciebie modele przypominają te przedstawione poniżej:

RjgHE91euxlpV

Grafika przedstawia model kulkowy cząsteczki etanu. Model złożony jest z dwóch kulek czarnych połączonych ze sobą oraz sześciu kulek białych połączonych po trzy do kulek czarnych. Kulka czarna przedstawia atom węgla, natomiast kulka biała przedstawia atom wodoru. Pomiędzy atomami węgla a atomami wodoru występuje wiązanie pojedyncze.

R1Jcf7sSPpdhJ

Grafika przedstawia model kulkowy cząsteczki propanu. Model złożony jest z trzech kulek czarnych połączonych ze sobą oraz ośmiu kulek białych. Do dwóch kulek czarnych skrajnych połączone są po trzy kulki białe, natomiast do środkowej kulki czarnej przyłączone są po dwie kulki białe. Kulka czarna przedstawia atom węgla, natomiast kulka biała przedstawia atom wodoru. Pomiędzy atomami węgla a atomami wodoru występuje wiązanie pojedyncze.

RNxyaWEkB4eO6

Grafika przedstawia model kulkowy cząsteczki butanu. Model złożony jest z czterech kulek czarnych połączonych ze sobą oraz dziesięciu kulek białych. Do dwóch kulek czarnych skrajnych połączone są po trzy kulki białe, natomiast do środkowych dwóch kulek czarnych przyłączone są po dwie kulki białe. Kulka czarna przedstawia atom węgla, natomiast kulka biała przedstawia atom wodoru. Pomiędzy atomami węgla a atomami wodoru występuje wiązanie pojedyncze.

RjXLNbdP2rXAe

Grafika przedstawia model kulkowy cząsteczki pentanu. Model złożony jest z pięciu kulek czarnych połączonych ze sobą oraz dwunastu kulek białych. Do dwóch kulek czarnych skrajnych połączone są po trzy kulki białe, natomiast do środkowych trzech kulek czarnych przyłączone są po dwie kulki białe. Kulka czarna przedstawia atom węgla, natomiast kulka biała przedstawia atom wodoru. Pomiędzy atomami węgla a atomami wodoru występuje wiązanie pojedyncze.

RQNsLueO3ThEF

Grafika przedstawia model kulkowy cząsteczki heksanu. Model złożony jest z sześciu kulek czarnych połączonych ze sobą oraz czternastu kulek białych. Do dwóch kulek czarnych skrajnych połączone są po trzy kulki białe, natomiast do środkowych czterech kulek czarnych przyłączone są po dwie kulki białe. Kulka czarna przedstawia atom węgla, natomiast kulka biała przedstawia atom wodoru. Pomiędzy atomami węgla a atomami wodoru występuje wiązanie pojedyncze.

1

Polecenie 9.3

Opisz budowę modeli pięciu kolejnych alkanów, zaczynając od etanu, których cząsteczki zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych.

RT0PKzSOrC3ma

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Opisz, z ilu atomów węgla oraz ilu atomów wodoru składają się poszczególne alkany.

Pokaż odpowiedź

• etan – zawiera dwa atomy węgla i cztery atomy wodoru;

• propan – zawiera trzy atomy węgla i osiem atomów wodoru;

• butan – zawiera cztery atomy węgla i dziesięć atomów wodoru;

• pentan – zawiera pięć atomów węgla i dwanaście atomów wodoru;

• heksan – zawiera sześć atomów węgla i czternaście atomów wodoru.

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

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

Danikiewicz W., Chemia dla licealistów. Chemia organiczna, Warszawa 2002.

Encyklopedia PWN

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