Różne możliwości połączeń pomiędzy atomami węgla w cząsteczkach węglowodorów sprawiają, że substancje te stanowią bardzo liczną rodzinę związków organicznych. Spróbuj narysować wzory półstrukturalne możliwych węglowodorów, które zawierają w swoich cząsteczkach cztery atomy węgla. Ile różnych wzorów udało Ci się narysować? Czy jest ich siedem? A może więcej?

Węglowodory – budowa i klasyfikacja

Węglowodory to związki chemiczne zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru.

WĘGLOWODÓR=związek chemiczny utworzony z węgla C i wodoru H

Atomy węgla w cząsteczkach węglowodorów są zawsze czterowartościowe i mogą łączyć się z innymi atomami węgla za pomocą wiązań pojedynczych, podwójnych oraz potrójnych.

R1CYq8BktO7uv
Krotność wiązań pomiędzy atomami węgla w cząsteczkach węglowodorów
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wiązanie pomiędzy atomem węgla i atomem wodoru jest zawsze wiązaniem pojedynczym (atomy wodoru są zawsze jednowartościowe).

Jeżeli w cząsteczce węglowodoru, pomiędzy atomami węgla, występują wyłącznie wiązania pojedyncze, to węglowodór ten zaliczamy do węglowodorów nasyconych. Jeśli zaś występują wiązania wielokrotne (przynajmniej jedno wiązanie podwójne lub potrójne), to zaliczamy go do węglowodorów nienasyconych. Spośród poznanych już przez Ciebie związków organicznych, do grupy węglowodorów nasyconych należą alkany. Do węglowodorów nienasyconych zaliczamy z kolei alkeny i alkiny. W cząsteczce dowolnego alkenu występuje jedno podwójne wiązanie węgiel–węgiel, a pozostałe wiązania pomiędzy atomami węgla (o ile występują) to wiązania pojedyncze. Podobna sytuacja ma miejsce w alkinach, przy czym w cząsteczce dowolnego alkinu, zamiast wiązania podwójnego (jak w cząsteczkach alkenów) występuje jedno potrójne wiązanie węgiel–węgiel. Alkany, alkeny i alkiny tworzą szeregi homologiczne. Ogólne wzory sumaryczne tych szeregów przedstawiono w poniższej mapie myśli.

1
RcpfJSPtzDHXU
Mapa myśli przedstawia podział węglowodorów na nasycone oraz nienasycone. Węglowodory nasycone są to alkany i posiadają one wyłącznie pojedyncze wiązania węgiel—węgiel. Wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów to CnH2n+2. Węglowodory nasycone posiadają wiązania wielokrotne pomiędzy atomami węgla. Dzielą się one na te, które posiadają jedno podwójne wiązanie węgiel—węgiel, czyli alkeny o wzorze ogólnym szeregu homologicznego CnH2n oraz na te, które posiadają jedno potrójne wiązanie węgiel—węgiel, czyli alkiny o wzorze ogólnym szeregu homologicznego CnH2n-2.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Mapa myśli przedstawia podział węglowodorów na nasycone oraz nienasycone. Węglowodory nasycone są to alkany i posiadają one wyłącznie pojedyncze wiązania węgiel–węgiel. Wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów to CnH2n+2. Węglowodory nasycone posiadają wiązania wielokrotne pomiędzy atomami węgla. Dzielą się one na te, które posiadają jedno podwójne wiązanie węgiel–węgiel, czyli alkeny o wzorze ogólnym szeregu homologicznego CnH2n oraz na te, które posiadają jedno potrójne wiązanie węgiel–węgiel, czyli alkiny o wzorze ogólnym szeregu homologicznego CnH2n-2.

Atomy węgla w cząsteczkach związków chemicznych należących do alkanów, alkenów i alkinów, połączone są w proste (nierozgałęzione) lub rozgałęzione łańcuchy.

Budowę cząsteczek węglowodorów można opisywać za pomocą różnych wzorów chemicznych: sumarycznych, strukturalnych oraz półstrukturalnych. W poniższej tabeli zaprezentowano możliwe wzory chemiczne węglowodorów, które zawierają po dwa atomy węgla w cząsteczkach.

1

Nazwa szeregu
homologicznego

Nazwa węglowodoru

Wzór sumaryczny

Wzór strukturalny

Wzór półstrukturalny

Alkany

etan

C2H6

R1UG79L3R6pj4
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

H3CCH3

Alkeny

eten

C2H4

RejyzQgoO6fKd
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

H2C=CH2

Alkiny

etyn

C2H2

RAzpdVSQEhHCK
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

HCCH

Indeks górny Źródło: John McMurry, Chemia organiczna, Tom I, 2000. Indeks górny koniec

ciekawostka1
Polecenie 1
R1Nn5HrLjau54
.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 1
R1Oy2kuRG8d6F
Zaznacz, jaki wzór sumaryczny ma związek zbudowany z czterech atomów węgla, w którym występują dwa wiązania podwójne? Możliwe odpowiedzi: 1. C4H6, 2. C4H4, 3. C4H2, 4. C4H8, 5. C4H10
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 2

Narysuj wzory strukturalne oraz półstrukturalne cząsteczek opisanych poniżej węglowodorów. Załóż, że w cząsteczkach każdego z analizowanych węglowodorów, atomy węgla połączone są w prosty (nierozgałęziony łańcuch), a w przypadku węglowodorów nienasyconych, wiązanie wielokrotne znajduje się pomiędzy pierwszym i drugim atomem węgla w cząsteczce.

I. alken, w którego cząsteczce znajdują się trzy atomy węgla;

II. alkan, w którego cząsteczce znajduje się 16 atomów wodoru;

III. alkin, w którego cząsteczce znajduje się osiem atomów wodoru, a wiązanie wielokrotne położone jest pomiędzy pierwszym a drugim atomem węgla w łańcuchu.

RkhYj1ySfPF1H
.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 2

Napisz nazwy cząsteczek opisanych poniżej węglowodorów.

I. alken, w którego cząsteczce znajdują się trzy atomy węgla;

II. alkan, w którego cząsteczce znajduje się 16 atomów wodoru;

III. alkin, w którego cząsteczce znajduje się osiem atomów wodoru.

R1KMphLrFao2D
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 3

Oblicz skład procentowy (w procentach masowych) alkinu, zawartego w 10 atomach węgla w cząsteczce. Wyniki podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

RBuFhfaVzXdsF
.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RGP9a0VgAPbMW
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 4

Masa cząsteczkowa pewnego węglowodoru wynosi 58 u. Wiedząc, że węgiel stanowi 82,8% masowych cząsteczki analizowanego związku chemicznego, ustal jego wzór sumaryczny. Następnie określ, do jakiego szeregu homologicznego należy rozpatrywany węglowodór.

RpAvQ885z6qJ9
.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 4

Masa cząsteczkowa pewnego węglowodoru wynosi 58 u. Wiedząc, że węgiel stanowi 82,8% masowych cząsteczki analizowanego związku chemicznego, ustal jego wzór sumaryczny. Następnie określ, do jakiego szeregu homologicznego należy rozpatrywany węglowodór.

RoRrpMeWBJU2v
Analizowany węglowodór należy do szeregu homologicznego 1. alkinów, 2. C2H6, 3. C5H10, 4. C3H8, 5. alkanów, 6. C7H12, 7. alkenów, 8. C4H8, 9. C4H10, 10. C6H12. Jego wzór sumaryczny ma postać: 1. alkinów, 2. C2H6, 3. C5H10, 4. C3H8, 5. alkanów, 6. C7H12, 7. alkenów, 8. C4H8, 9. C4H10, 10. C6H12.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 5

Masa cząsteczkowa pewnego alkinu wynosi 96 u. Na podstawie odpowiednich obliczeń, wyznacz wzór sumaryczny tego alkinu.

R1L8O46LsmGvO
.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 5
RtjkzSqsZHfvf
Zaznacz, jaki jest wzór sumaryczny węglowodoru o masie 58 u, w którym węgiel stanowi 82,8% masowych. Możliwe odpowiedzi: 1. C4H10, 2. C3H8, 3. C5H12, 4. C6H14
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Węglowodory – nazewnictwo

Uwaga: Na tym etapie nauki rozpatrujemy nazwy węglowodorów, których cząsteczki zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych. Nazwy węglowodorów o innej budowie łańcucha (szkieletu) węglowego poznasz na dalszych etapach kształcenia.

Nazwy czterech pierwszych związków w szeregu homologicznym alkanów to: metan, etan, propanbutan, a począwszy od alkanu, który zawiera pięć atomów węgla w cząsteczce (łańcuch nierozgałęziony), nazwy alkanów tworzymy rozpoczynając od greckich liczebników (kolejno: penta–, heksa–, hepta–, okta–, nona–, deka–).

Nazwy alkenów tworzymy zamieniając przyrostek an w nazwie alkanu (o takiej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce) na przyrostek en. Z kolei tworząc nazwy alkinów zamieniamy przyrostek an w nazwie alkanu (o takiej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce) na przyrostek yn. W przypadku nierozgałęzionych cząsteczek alkenów i alkinów, utworzonych z co najmniej czterech atomów węgla, przed odpowiednimi przyrostkami podajemy położenie wiązania wielokrotnego (tak zwany lokant), czyli numer atomu węgla, przy którym wiązanie to ma swój początek.

Atomy węgla w cząsteczce alkenu lub alkinu (o prostym (nierozgałęzionym) łańcuchu węglowym) numerujemy, rozpoczynając od jednego ze skrajnych atomów węgla w taki sposób, aby wiązanie podwójne znajdowało się jak najbliżej pierwszego atomu węgla (aby miało jak najniższy lokant).

W poniższej tabeli zestawiono wzory półstrukturalne wybranych węglowodorów oraz ich nazwy.

Szereg homologiczny

Wzór półstrukturalny węglowodoru

Nazwa węglowodoru

Alkany

CH3CH2CH2CH2CH3

pentan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3

heptan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

nonan

Alkeny

CH3CH2CH=CHCH3

pent2en

CH2=CHCH2CH2CH2CH2CH3

hept1en

CH3CH2CH2CH2CH2CH=CHCH2CH3

non3en

Alkiny

CH3CCCH2CH3

pent2yn

CH3CH2CH2CH2CH2CCH

hept1yn

CH3CCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

non2yn

Indeks górny Źródło: John McMurry, Chemia organiczna, Tom I, 2000. Indeks górny koniec

Polecenie 6
RJHLWziL0EtvW
Do podanych poniżej nazw węglowodorów dopasuj odpowiadające im wzory półstrukturalne. Dwa ze wzorów nie pasują do żadnej z nazw. heks—2—yn — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
propan — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
propyn — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
heks—3—en — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
but—2—en — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
heksan — 1. CH3CH2CH3, 2. CH2=CHCH2CH3, 3. CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 4. CH3CH2CH=CHCH2CH3, 5. CH3CH=CHCH3, 6. CH2=CHCH3, 7. CH3CCCH2CH2CH3, 8. CH3CCH
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Węglowodory – właściwości fizyczne

Węglowodory mogą występować w różnych stanach skupienia, w zależności od liczby atomów węgla zawartych w ich cząsteczkach. W poniższej tabeli znajdują się informacje dotyczące stanu skupienia węglowodorów, których cząsteczki zbudowane są z prostych (nierozgałęzionych) łańcuchów węglowych. Dane dla temperatury 20°C i ciśnienia 1013 hPa.

GAZY

CIECZE

CIAŁA STAŁE

Alkany

do 4 atomów węgla

od 5 do 16 atomów węgla
w cząsteczce

od 17 atomów węgla
w cząsteczce

Alkeny

od 5 do 17 atomów węgla
w cząsteczce

od 18 atomów węgla
w cząsteczce

Alkiny

od 5 do 16 atomów węgla
w cząsteczce

od 17 atomów węgla
w cząsteczce

Indeks górny Źródło: John McMurry, Chemia organiczna, Tom I, 2000. Indeks górny koniec

Jednym z kryteriów rozpuszczalności substancji w określonych rozpuszczalnikach jest podobieństwo budowy analizowanej pary substancja rozpuszczana–rozpuszczalnik. Podobne bowiem dobrze rozpuszcza się w podobnym. Oznacza to, że substancje polarne dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, a substancje niepolarne w rozpuszczalnikach niepolarnych. Cząsteczki węglowodorów mają niepolarną budowę (różnica elektroujemności pomiędzy atomem węgla i wodoru jest nieznaczna – wynosi 0,4 w skali Paulinga). W związku z tym węglowodory (niezależnie od szeregu homologicznego) są praktycznie nierozpuszczalne w polarnym rozpuszczalniku, jakim jest woda.

Niektóre właściwości fizyczne węglowodorów, o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych, zmieniają się odpowiednio w szeregach homologicznych wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczkach. Ogólne zmiany wybranych właściwości fizycznych węglowodorów, w zależności od liczby atomów węgla w cząsteczkach, zilustrowano na poniższej grafice.

R1VYfpk4SFuZO
Zależność zmian wybranych właściwości fizycznych od liczby atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów, o prostych łańcuchach węglowych, rosną ich masy cząsteczkowe. Im większa jest masa cząsteczkowa węglowodoru, tym bliżej siebie znajdują się kolejne jego cząsteczki – są bardziej upakowane. To z kolei powoduje zwiększanie się gęstości i zmniejszenie lotności węglowodorów wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego (a więc liczby zawartych w nim atomów węgla). Im dłuższe są łańcuchy węglowe, tym większych nakładów energii potrzeba, aby zmienić stan skupienia danego węglowodoru. Dlatego wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów rosną ich temperatury wrzenia i topnienia.

1
Polecenie 7

W poniższej tabeli zamieszczono temperatury wrzenia i topnienia trzech różnych węglowodorów, wyznaczone dla ciśnienia 1013 hPa. Określ, w jakim stanie skupienia występują one w temperaturze 20°C i pod ciśnieniem 1013 hPa.

Numer węglowodoru

Temperatura topnienia, °C

Temperatura wrzenia, °C

Węglowodór I

-188

-42

Węglowodór II

-94

69

Węglowodór III

28

308

RGDDF5oUNzVZI
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 7
R1CPnuPQ5RPyx
Połącz w pary wzór sumaryczny węglowodoru ze stanem skupienia, w jakim występuje w warunkach standardowych. C3H8 Możliwe odpowiedzi: 1. gaz, 2. ciecz, 3. ciało stałe C8H18 Możliwe odpowiedzi: 1. gaz, 2. ciecz, 3. ciało stałe C18H38 Możliwe odpowiedzi: 1. gaz, 2. ciecz, 3. ciało stałe
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Węglowodory – właściwości chemiczne

Alkany są bierne chemicznie. Oznacza to, że „niechętnie” reagują z innymi substancjami. Jedną z przyczyn małej aktywności chemicznej węglowodorów nasyconych jest obecność w nich wyłącznie pojedynczych wiązań pomiędzy atomami węgla w ich cząsteczkach. Z kolei alkeny i alkiny, przez wzgląd na obecne w ich cząsteczkach wiązania wielokrotne, są aktywne chemicznie.

Reakcjami charakterystycznymi dla węglowodorów nienasyconych są reakcje typu addycji (przyłączania) oraz polimeryzacji. W reakcjach addycji do cząsteczki alkenu lub alkinu przyłączają się atomy określonych pierwiastków chemicznych, a produktem jest tylko jeden związek organiczny (inny niż wyjściowy). W temperaturze pokojowej węglowodory nienasycone reagują np. z bromem. Poniżej, wykorzystując wzory strukturalne poszczególnych związków chemicznych, zapisano równania reakcji wybranych węglowodorów nienasyconych z bromem (w środowisku bezwodnym).

RFV0OiApJG7Y4
Równania reakcji addycji (przyłączania) bromu (w środowisku bezwodnym) do wybranych węglowodorów nienasyconych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Brom rozpuszcza się zarówno w wodzie, jak i w rozpuszczalnikach organicznych, tworząc roztwory o charakterystycznym pomarańczowym (lub brunatnopomarańczowym) zabarwieniu. Powstające w opisanych reakcjach addycji związki chemiczne są bezbarwne. Stąd roztwory bromu można wykorzystywać w laboratoriach do wykrywania obecności związków nienasyconych. Związki te powodują odbarwienie roztworów bromu. Ponadto można je wykorzystać do odróżniania węglowodorów nienasyconych od węglowodorów nasyconych, które w temperaturze pokojowej nie reagują z bromem i nie odbarwiają jego roztworów.

R17rdO0VBnkgu
Zabarwienie roztworu bromu w obecności węglowodorów nasyconych i nienasyconych, w temperaturze pokojowej
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W odpowiednich warunkach, w obecności odpowiedniego katalizatora (zwykle niklu, palladu lub platyny), alkeny i alkiny mogą przyłączyć także wodór. Reakcja addycji wodoru do węglowodorów nienasyconych nosi nazwę reakcji uwodornienia. Poniżej, wykorzystując wzory strukturalne poszczególnych związków chemicznych, zapisano równania reakcji wybranych węglowodorów nienasyconych z wodorem.

Rlhu8ayk6Xh0u
Równania reakcji addycji (przyłączania) wodoru do wybranych węglowodorów nienasyconych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

W powyższym materiale przeanalizowano reakcje addycji bromu oraz wodoru do alkinów, w wyniku których powstają nasycone związki chemiczne. Jednak wiązanie potrójne w wyniku reakcji addycji może się również przekształcić w wiązanie podwójne. Przez to produktami reakcji przyłączania bromu i wodoru do alkinów mogą być zarówno związki nasycone, jak i nienasycone, ale zawierające w swoich cząsteczkach wiązania węgiel–węgiel o mniejszej krotności (czyli wiązania podwójne).

Rvb4Fmtm9VzjQ
Równania reakcji addycji (przyłączania) bromu i wodoru do propynu, w których produktem jest związek chemiczny, który zawiera wiązanie podwójne.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Związki nienasycone, a więc między innymi alkeny i alkiny, w odpowiednich warunkach mogą ulegać reakcjom polimeryzacji. W reakcjach tych cząsteczki węglowodorów łączą się ze sobą, tworząc jedną dużą cząsteczkę (polimer), zbudowaną z długiego łańcucha węglowego. Poniżej, wykorzystując wzory półstrukturalne poszczególnych związków chemicznych, zapisano równania reakcji polimeryzacji wybranych węglowodorów nienasyconych.

R11ErQU7KtT4A
Równania reakcji polimeryzacji wybranych węglowodorów nienasyconych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wszystkie węglowodory – zarówno te nasycone, jak i nienasycone – ulegają reakcjom spalania w tlenie. W zależności od dostępności tlenu, spalanie to może być całkowite lub niecałkowite. Z tym pierwszym mamy do czynienia wtedy, gdy dostęp tlenu jest nieograniczony. Produktami tego procesu są tlenek węgla(IV) oraz woda (w postaci pary wodnej). Przy ograniczonym dostępie tlenu, węglowodory ulegają spalaniu niecałkowitemu, którego produktami są para wodna oraz węgiel (sadza) lub tlenek węgla(II) (czad).

1
Polecenie 8

Korzystając ze wzorów sumarycznych poszczególnych związków chemicznych, napisz równania opisanych poniżej reakcji spalania węglowodorów.

I. Spalanie całkowite alkenu, który zawiera 18 atomów wodoru w cząsteczce.

II. Spalanie niecałkowite alkinu, który zawiera pięć atomów węgla w cząsteczce – załóż, że jednym z produktów tego spalania jest węgiel.

III. Spalanie niecałkowite alkanu, który zawiera 12 atomów wodoru w cząsteczce – załóż, że jednym z produktów tego spalania jest tlenek
węgla(II).

R1Ze5SAXneuuL
I. II. III.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 8
RW6S9OLmgJKzy
Uzupałnij podane poniżej równania reakcji spalania węglowodorów. I. Spalanie całkowite alkenu, który zawiera 18 atomów wodoru w cząsteczce.

21. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2O+1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2OO218CO2+1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2OH2O

II. Spalanie niecałkowite alkinu, który zawiera pięć atomów węgla w cząsteczce — załóż, że jednym z produktów tego spalania jest węgiel.

1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2O+2O21. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2OC+41. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2O

III. Spalanie niecałkowite alkanu, który zawiera 12 atomów wodoru w cząsteczce — załóż, że jednym z produktów tego spalania jest tlenek węgla(II).

2 1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2O+111. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2O1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2OCO+1. C5H12, 2. C9H18, 3. 10, 4. 15, 5. C5H12, 6. C6H12, 7. 3, 8. 10, 9. 6, 10. C5H10, 11. 5, 12. 7, 13. C8H18, 14. C7H12, 15. 20, 16. 12, 17. C10H18, 18. C5H8, 19. 18, 20. 27, 21. O2, 22. H2OH2O
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Węglowodory – zastosowanie

Przez wzgląd na swoją palność, węglowodory (w szczególności alkany) wykorzystywane są jako różnego rodzaju paliwa.

Wśród nich przede wszystkim nienasycone są wykorzystywane jako surowce w produkcji związków chemicznych o dużym znaczeniu technologicznym i przemysłowym. Dużą rolę odgrywa tutaj reakcja polimeryzacji, w wyniku której otrzymuje się polimery syntetyczne, wchodzące w skład tworzyw sztucznych.

Z tworzyw sztucznych z kolei produkuje się wiele przedmiotów codziennego użytku (od zabawek, poprzez pojemniki do przechowywania np. żywności, aż po stolarkę okienną i wykładziny podłogowe).

Eten wykorzystywany jest również między innymi w rolnictwie do przyspieszania dojrzewania owoców i regulowania wzrostu upraw.

Etyn znalazł zastosowanie między innymi w palnikach acetylenowo–tlenowych, wykorzystywanych do cięcia i spawania metali.

Mapa pojęć

1
11
Polecenie 9

Skonstruuj mapę myśli do hasła „węglowodory”. Podczas jej tworzenia uwzględnij ogólny opis tej grupy związków, podział węglowodorów, właściwości chemiczne i fizyczne oraz ich zastosowania. Następnie wykonaj polecenia pod mapą myśli.

RICDsfOw06SU6
Ilustracja opisuje instrukcję obsługi mapy pojęć. Po najechaniu na dane pole mapy pojęć, wyświetla się menu, dzięki któremu możesz edytować mapę myśli: - pierwszy kafelek z rysunkiem dymka ze znakiem plus powoduje dodawanie kolejnego pola; - drugi kafelek z dwoma ogniwami niżej łańcucha służy do konwertowania w link; - kafelek z linią przerwaną służy do łączenia lub rozłączania kafelków; kliknij przycisk dla danego pola, a następnie pole, które chcesz połączyć lub rozłączyć; - dwa kafelki z zieloną i czerwoną linią dają możliwość zmiany koloru linii, łączącej pola; kliknij przycisk dla danego pola, a następnie drugie pole, połączone z pierwszym; - kafelek z literą „A” służy do zwiększania i zmniejszania pól oraz tekstu; - kafelek z dwiema strzałkami wykorzystuje się do zmiany koloru pola; - kliknięcie kafelka z rysunkiem kosza powoduje usunięcie danego pola; - dodawanie załączników w tym trybie jest nieaktywne; - możesz dodać opis danego pola, klikając ostatni przycisk po prawej stronie.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RxztPhxbmTNGw
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Mapa myśli opisuje węglowodory uwzględniając: zastosowanie, właściwości, podział oraz związki węgla z wodorem. Elementy opisujące zastosowanie mają kolor ciemnopomarańczowy. Rozróżnia się węglowodory nasycone i nienasycone. Węglowodory nasycone służą między innymi do wytwarzania parafiny (mieszaniny alkanów w stałym stanie skupienia), która wykorzystywana jest do produkcji sztucznej wazeliny i kremów, produkcji świec i smarów, a także jako środek przeczyszczający.  Węglowodory nasycone wykorzystywane są również jako paliwo. Wyróżnić można olej napędowy, metan jako gaz opałowy w instalacjach na gaz ziemny oraz gaz propan–butan, który wykorzystywany jest jako paliwo samochodowe (gaz LPG), paliwo w butlach turystycznych, a także służy do napełniania zapalniczek. Węglowodory nienasycone wykorzystywane są między innymi do produkcji związków chemicznych o dużym znaczeniu przemysłowym, np. kwas octowy (etanowy) lub etanol, w rolnictwie do przyspieszania procesu dojrzewania owoców i regulowania wzrostu upraw, np. eten (hormon roślinny), a także jako palniki acetylenowo–tlenowe (etyn) do cięcia i spawania metali. Węglowodory nienasycone wykorzystuje się również do produkcji polimerów i tworzyw sztucznych. Wyróżnić można poli(chlorek winylu) (PCW, ang. PVC) wykorzystywany w stolarce okiennej, w wykładzinach podłogowych oraz rury kanalizacyjne, a także polietylen, który to jest produktem reakcji polimeryzacji etenu i wykorzystywany jest do produkcji folii opakowaniowych, butelek na wodę i chemikaliów, do produkcji “plastikowych” zabawek (np. klocków), izolacji kabli elektrycznych, wytwarzania rur do transportu wody i ścieków, a także służy jako materiał do produkcji nart. Wyróżniamy również polipropylen, który to stanowi produkt reakcji polimeryzacji propenu i wykorzystywany jest w “lekkich” częściach samochodu, np. zderzakach, w dywanach, w zabawkach, butelkach na napoje, obudowie sprzętów elektronicznych, jednorazowych strzykawkach oraz w pojemnikach do pakowania i przechowywania żywności. Następnym rozgałęzieniem są elementy opisujące właściwości, mają one kolor zielony. Wyróżniamy właściwości fizyczne i chemiczne. Jedną z właściwości fizycznych jest stan skupienia, który dzieli się na stały, ciekły i gazowy. W postaci stałej występują alkany: od siedemnastu atomów węgla w łańcuchu, alkeny: od siedemnastu atomów węgla w łańcuchu oraz alkiny: od szesnastu atomów węgla w łańcuchu.  W postaci ciekłej występują alkany posiadające od pięciu do szesnastu atomów węgla w łańcuchu, alkeny posiadające od pięciu do szesnastu atomów węgla w łańcuchu oraz alkiny posiadające od pięciu do piętnastu atomów węgla w łańcuchu. W postaci gazowej występują alkany posiadające od jednego do czterech atomów węgla w łańcuchu, alkeny posiadające od dwóch do czterech atomów węgla w łańcuchu oraz alkiny posiadające od dwóch do czterech atomów węgla w łańcuchu. Kolejnymi właściwościami fizycznymi są: gęstość, która dla węglowodorów o nierozgałęzionych łańcuchach węglowych rośnie wraz ze wzrostem długości łańcucha; temperatura wrzenia i topnienia, które dla węglowodorów o nierozgałęzionych łańcuchach węglowych rosną wraz ze wzrostem długości łańcucha; lotność, która dla węglowodorów o nierozgałęzionych łańcuchach węglowych maleje wraz ze wzrostem długości łańcucha; rozpuszczalność w wodzie (cząsteczki węglowodorów mają niepolarną budowę i są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie). Wśród właściwości chemicznych wyróżnić można polimeryzację. Węglowodory nasycone nie ulegają reakcjom polimeryzacji, natomiast węglowodory nienasycone – tak, a produkty tej reakcji są polimerami. Inną właściwością chemiczną jest spalanie: całkowite – przy nieograniczonym dostępie tlenu, gdzie produktami są CO2H2O oraz niecałkowite – przy ograniczonym dostępie tlenu, gdzie produktami są COH2O lub CH2O. Pozostałymi właściwościami chemicznymi są przyłączanie bromu Br2 i przyłączanie wodoru H2. W przypadku przyłączania bromu, kiedy węglowodory nienasycone reagują z bromem, odbarwiają one wodę bromową i roztwory bromu w rozpuszczalnikach organicznych. Jest to reakcja addycji (przyłączania). Kiedy z kolei węglowodory nasycone reagują z bromem, reakcja między węglowodorami nasyconymi, a bromem przebiega powoli i objawów reakcji nie widać od razu. Do jej zajścia wymagana jest obecność światła. Jest to reakcja substytucji rodnikowej (podstawienia). W przypadku przyłączania wodoru, kiedy węglowodory nienasycone reagują z wodorem, produktami reakcji mogą być węglowodory nasycone. Jest to reakcja addycji (przyłączania). Węglowodory nasycone nie reagują z wodorem. Następnym rozgałęzieniem są elementy opisujące podział (klasyfikację), mają one kolor pomarańczowy. Węglowodory dzielą się na nasycone i nienasycone. Węglowodory nasycone są to alkany, w których to wszystkie wiązania węgiel–węgiel są pojedyncze: C wiązanie pojedyncze C. Wzór ogólny szeregu homologicznego to CnH2n+2. Węglowodory nienasycone są to alkeny oraz alkiny. W alkenach występuje jedno wiązanie węgiel–węgiel podwójne: C wiązanie podwójne C, pozostałe (jeśli są) są pojedyncze: C wiązanie pojedyncze C. Wzór ogólny szeregu homologicznego to CnH2n. W alkinach występuje jedno wiązanie węgiel–węgiel potrójne: C wiązanie potrójne C, pozostałe (jeśli są) są pojedyncze: C wiązanie podwójne C. Wzór ogólny szeregu homologicznego to CnH2n-2. Ostatnim rozgałęzieniem są elementy opisujące związki węgla z wodorem, mają one kolor jasnożółty. Są to cząsteczki utworzone z łańcuchów prostych lub rozgałęzionych, a ich atomy węgla są zawsze czterowartościowe.

Polecenie 10
RPtgV5PDv0dhe
Poniżej zamieszczono wzory sumaryczne węglowodorów, których cząsteczki mają budowę łańcuchową. Wybierz i zaznacz te z nich, które przy użyciu odpowiedniego katalizatora mogą reagować z wodorem. Możliwe odpowiedzi: 1. C5H12, 2. C7H14, 3. C4H6, 4. C6H12, 5. C8H18, 6. C4H8, 7. C4H10, 8. C3H4
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 11
RNFgBrQq6Wv3O
Łączenie par. Właściwości fizyczne węglowodorów zależą między innymi od długości łańcuchów węglowych w ich cząsteczkach. Określ, jak zmieniają się zazwyczaj wskazane w tabeli właściwości fizyczne węglowodorów, o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych, wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w ich cząsteczkach.. Gęstość. Możliwe odpowiedzi: Rośnie, Maleje. Temperatura wrzenia. Możliwe odpowiedzi: Rośnie, Maleje. Temperatura topnienia. Możliwe odpowiedzi: Rośnie, Maleje. Lotność. Możliwe odpowiedzi: Rośnie, Maleje
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 12
R1VPo91XnFNAp
Poniżej zapisano nazwy wybranych węglowodorów. Wybierz i zaznacz nazwy wszystkich tych węglowodorów, które po wprowadzeniu do roztworu bromu (w rozpuszczalniku organicznym), spowodują odbarwienie się tego roztworu. Możliwe odpowiedzi: 1. but—2—en, 2. pentan, 3. etyn, 4. propen, 5. etan, 6. but—1—yn, 7. propan
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 13
RfHmA9jhT3JK2
Do podanych poniżej nazw węglowodorów dopasuj odpowiadające im zastosowania. Jedno z zastosowań nie pasuje do żadnej z nazw.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 14
RJpQqQN0TAeIK
Łączenie par. Oceń poprawność poniższych stwierdzeń.. W cząsteczce dowolnego alkinu znajduje się jedno podwójne wiązanie węgiel—węgiel.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Atomy węgla w cząsteczkach węglowodorów są zawsze czterowartościowe.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. W cząsteczce dowolnego alkenu znajduje się dwa razy więcej atomów wodoru niż atomów węgla.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Istnieją cząsteczki węglowodorów nienasyconych, w skład których wchodzi tylko jeden atom węgla.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

węglowodory nasycone
węglowodory nasycone

związki chemiczne węgla i wodoru, w których cząsteczkach między atomami występują wyłącznie wiązania pojedyncze (węgiel–węgiel oraz węgiel–wodór); do węglowodorów nasyconych zaliczamy alkany

węglowodory nienasycone
węglowodory nienasycone

związki chemiczne węgla i wodoru, w których cząsteczkach między atomami węgla występuje przynajmniej jedno wiązanie wielokrotne (podwójne lub potrójne); do węglowodorów nienasyconych zaliczamy alkeny i alkiny

alkany
alkany

węglowodory nasycone; związki organiczne zbudowane z atomów węgla i wodoru, zawierające między atomami węgla wyłącznie wiązania pojedyncze; atomy węgla w cząsteczkach alkanów połączone są w proste lub rozgałęzione łańcuchy; alkany tworzą szereg homologiczny, którego wzór ogólny można zapisać jako CnH2n+2

alkeny
alkeny

węglowodory nienasycone, związki organiczne zbudowane z atomów węgla i wodoru, zawierające między atomami węgla poza wiązaniami pojedynczymi jedno wiązanie podwójne; atomy węgla w cząsteczkach alkenów połączone są w proste lub rozgałęzione łańcuchy; alkeny tworzą szereg homologiczny, którego wzór ogólny można zapisać jako CnH2n

alkiny
alkiny

węglowodory nienasycone, związki organiczne zbudowane z atomów węgla i wodoru, zawierające między atomami węgla poza wiązaniami pojedynczymi jedno wiązanie potrójne; atomy węgla w cząsteczkach alkinów połączone są w proste lub rozgałęzione łańcuchy; alkiny tworzą szereg homologiczny, którego wzór ogólny można zapisać jako CnH2n-2

szereg homologiczny
szereg homologiczny

zbiór (ciąg) związków organicznych o podobnej budowie, posiadających takie same grupy funkcyjne (w przypadku alkoholi jest to grupa hydroksylowa); kolejne związki chemiczne w szeregu homologicznym różnią się od siebie o taki sam element budowy – grupę metylenową CH2

elektroujemność
elektroujemność

miara zdolności atomów do przyciągania elektronów; istnieje kilka skal elektroujemności, na tym etapie kształcenia posługujemy się skalą elektroujemności Paulinga

reakcja addycji
reakcja addycji

(łac. additio „dodawanie”) reakcja przyłączenia atomów innych pierwiastków, np. fluorowców (chloru, bromu, jodu), do cząsteczki z wiązaniem wielokrotnym, bez wydzielenia produktów ubocznych

reakcja polimeryzacji
reakcja polimeryzacji

reakcja łączenia monomerów (związków organicznych o stosunkowo niewielkiej masie, posiadających w cząsteczkach wiązania wielokrotne) w duże cząsteczki – tak zwane polimery (o bardzo dużej masie cząsteczkowej, będącej wielokrotnością masy cząsteczkowej monomeru)

katalizator
katalizator

w uproszczeniu substancja, która dodana do układu reakcyjnego przyspiesza przebieg reakcji chemicznej, zachodzącej w tym układzie

polimery
polimery

(gr. polymeres „zbudowany z wielu części”) makrocząsteczki; związki chemiczne, których cząsteczki składają się z wielokrotnie powtarzających się jednostek – grup atomów zwanych merami

bg‑gold

Notatnik

R17TY7A3VUjRk
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.