ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΧΗΜΕΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΑΘΗΝΑ • ΑΡΓΥΡΟΥΠΟΛΗ • ΑΓ. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ • ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ • ΒΟΥΛΑ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ – ΟΜΟΛΟΓΕΣ ΣΕΙΡΕΣ..............................................................................1 1.2 ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑ I.U.P.A.C. ΑΚΥΚΛΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ...................26 1.3 ΙΣΟΜΕΡΕΙΑ.............................................................................................................46 1.4 ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ..........................................................................63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 ΤΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ................................................................73 2.2 ΚΑΥΣΗ – ΚΑΥΣΙΜΑ.................................................................................................81 2.3 ΜΕΘΑΝΙΟ – ΑΛΚΑΝΙΑ.........................................................................................100 2.4 ΑΛΚΕΝΙΑ – ΑΙΘΕΝΙΟ............................................................................................117 2.5 ΑΛΚΙΝΙΑ – ΑΙΘΙΝΙΟ ή ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟ.....................................................................145 2.6 ΒΕΝΖΟΛΙΟ...........................................................................................................173 2.7 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ – ΤΡΥΠΑ ΟΖΟΝΤΟΣ – ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ.........................................................................................................177 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΛΚΟΟΛΕΣ.................................................................................................................185 3.1 ΑΚΥΚΛΕΣ (ΑΛΕΙΦΑΤΙΚΕΣ) ΑΛΚΟΟΛΕΣ...................................................................187 3.2 ΚΟΡΕΣΜΕΝΕΣ ΜΟΝΟΣΘΕΝΕΙΣ ΑΛΚΟΟΛΕΣ – ΑΙΘΑΝΟΛΗ....................................189 3.3 ΚΟΡΒΟΝΥΛΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ.....................................................................................194 3.4 ΦΙΑΝΟΛΕΣ...........................................................................................................231 3.5 ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ.......................................................................240 3.6 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΥΔΡΟΞΙΛΙΟΥ ΤΩΝ ΑΛΚΟΟΛΩΝ...................243 3.7 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ GRIGNARD................................................................................244 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΡΒΟΞΥΛΙΚΑ ΟΞΕΑ..................................................................................................245 4.1 ΚΟΡΕΣΜΕΝΑ ΜΟΝΟΚΑΡΒΟΞΥΛΙΚΑ ΟΞΕΑ- ΑΙΘΑΝΙΚΟ ΟΞΥ CH3COOH............247 4.2 ΓΑΛΑΚΤΙΚΟ Η 2-ΥΔΡΟΞΥ-ΠΡΟΠΑΝΙΚΟ ΟΞΥ..........................................................251 4.3 ΒΕΝΖΟΪΚΟ ΟΞΥ....................................................................................................253 4.4 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΝΙΤΡΙΛΙΩΝ............................................................257 4.5 ΚΥΑΝΙΔΡΙΝΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ.....................................................................................258 4.6 ΟΞΕΙΔΩΣΗ HCOOH, (COOH)2..............................................................................259

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ – ΟΜΟΛΟΓΕΣ ΣΕΙΡΕΣ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Οργανικές Ενώσεις Ονοµάζονται: Οι ενώσεις του άνθρακα εκτός από το µονοξείδιο του άνθρακα (CO), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το ανθρακικό οξύ (H2CO3) και τα άλατά του (π.χ.

CaCO3), τα καρβίδια (ενώσεις του άνθρακα µε µέταλλο, π.χ. CaC2) και το κυανικό αµµώνιο (NH4OCN). Περιέχουν: κυρίως τα στοιχεία C, H, O, N, Cl, Br, I και σπανιότερα F, S, P και ορισµένα µέταλλα (π.χ. Fe). Παρασκευάζονται: Συνθετικά στο εργαστήριο, χρησιµοποιώντας σαν πρώτες ύλες απλούστερες οργανικές ενώσεις που περιέχονται στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Έτσι, συνθέτουµε πλαστικά, χρώµατα, απορρυπαντικά κ.ά. Επίσης, παρασκευάζονται από ανόργανες ενώσεις. Πρώτος ο Γερµανός Wöhler παρασκεύασε ουρία (H2NCONH2), η οποία είναι οργανική ένωση, θερµαίνοντας κυανικό αµµώνιο, που είναι ανόργανη ένωση. Θ NH4OCN H2NCONH2 ανόργανη ένωση

οργανική ένωση

Περιέχονται: στη ζωντανή ύλη. Οι υδατάνθρακες, τα λίπη, οι πρωτεΐνες, το DNA είναι οργανικές ενώσεις. Πολλές χρήσιµες οργανικές ενώσεις αποµονώνονται από τους φυτικούς και ζωικούς οργανισµούς.

Ηλεκτρονική δοµή του 6C Είναι: Κ: 2e , L: 4e Καθορίζει: τη σταθερότητα, το είδος και τον αριθµό των δεσµών που δηµιουργεί ο C. Ο άνθρακας σχηµατίζει σταθερούς δεσµούς, γιατί έχει µικρή ατοµική ακτίνα. Ο άνθρακας σχηµατίζει τέσσερις οµοιοπολικούς δεσµούς, µε άτοµα διαφορετικών στοιχείων, ή ακόµη και µε άλλα άτοµα C. Τα άτοµα του C µπορούν να συνδεθούν µε απλό, διπλό ή τριπλό δεσµό, οπότε σχηµατίζονται ανθρακικές αλυσίδες. (εικόνα)

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

1

Ερµηνεύει: Ι. Το µεγάλο πλήθος των οργανικών ενώσεων. ΙΙ. Τις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων, οι οποίες είναι οµοιοπολικές ενώσεις, σε αντίθεση µε τις ανόργανες ενώσεις, που οι περισσότερες είναι ιοντικές ενώσεις. Ιδιότητες ∆ιάλυση σε οργανικούς διαλύτες ∆ιάλυση στο H2O Σηµείο τήξης-σηµείο βρασµού ∆ιασπώνται στα στοιχεία από τα οποία αποτελούνται Αντιδρούν Καίγονται

Οργανικές

Ανόργανες

Μεγάλη

Μικρή

Μικρή Χαµηλά Εύκολα µε θέρµανση σε σχετικά χαµηλή θερµοκρασία Με µικρή ταχύτητα και απόδοση Εύκολα οι περισσότερες

Μεγάλη Υψηλά ∆ύσκολα σε πολύ υψηλή θερµοκρασία Με µεγάλη ταχύτητα και απόδοση ∆ύσκολα, ελάχιστες

Μοριακός – Συντακτικός – Στερεοχηµικός τύπος α. Μοριακός Τύπος (Μ.Τ.): ∆είχνει τον αριθµό και το είδος των ατόµων που βρίσκονται στο µόριο της ένωσης. Π.χ.: Ο µοριακός τύπος C2H4 δείχνει ότι στο µόριο περιέχονται 2 άτοµα άνθρακα και 4 άτοµα υδρογόνου. β. Συντακτικός Τύπος (Σ.Τ.): ∆είχνει ό,τι και ο µοριακός τύπος και επιπλέον φανερώνει τον τρόπο σύνδεσης των ατόµων µεταξύ τους στο επίπεδο και το είδος των δεσµών. Η Η | | Π.χ.: C=C ή πιο απλά CH2 = CH2 | | H H γ. Στερεοχηµικός τύπος: ∆είχνει ότι και ο συντακτικός τύπος και επιπλέον φανερώνει τη διάταξη των ατόµων στο χώρο. Η Η α α Π.χ.:

α

H

C=C α

α

α

H

α = 120ο

2

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Ταξινόµηση οργανικών ενώσεων α. Ανάλογα µε το είδος των δεσµών Ι. Κορεσµένες: Όλοι οι δεσµοί, µεταξύ των ατόµων άνθρακα, είναι απλοί. | | | | | Π.χ. − C − C − , −C−C=O , −C−C≡N | | | | ΙΙ. Ακόρεστες: Υπάρχει τουλάχιστον ένας διπλός ή ένας τριπλός δεσµός µεταξύ των ατόµων άνθρακα. | | | Π.χ. C = C , − C ≡ C− , −C≡C−C− | | | β. Ανάλογα µε τη µορφή της ανθρακικής αλυσίδας Ι. Άκυκλες: Ευθεία ή διακλαδισµένη ανθρακική αλυσίδα | | | | | | Π.χ. − C − C − C − , −C−C−C− | | | | | | −C− | ΙΙ. Κυκλικές: Η ανθρακική αλυσίδα είναι κλειστός δακτύλιος.

C−C Π.χ. | | C−C Οι κυκλικές διακρίνονται σε ισοκυκλικές, όταν ο δακτύλιος αποτελείται µόνο από άτοµα C, και ετεροκυκλικές, όταν στο δακτύλιο υπάρχουν και άτοµα άλλων στοιχείων. Ο || C / \ −C−C− | |

| | −C−C− | | C C

ισοκυκλική

ετεροκυκλική

\ / O

γ. Ανάλογα µε το είδος των στοιχείων που περιέχουν διακρίνονται σε κατηγορίες. Π.χ.: Οι ενώσεις που αποτελούνται µόνο από άνθρακα και υδρογόνο ονοµάζονται υδρογονάνθρακες (CH4, C2H6, κ.ά.).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

3

Χαρακτηριστική οµάδα είναι ένα άτοµο ή ένα συγκρότηµα ατόµων στο οποίο οφείλονται οι χαρακτηριστικές ιδιότητες µιας ένωσης και συνδέεται µε καθορισµένο τρόπο µε τα υπόλοιπα άτοµα.

Οµόλογη σειρά είναι ένα σύνολο ενώσεων του οποίου τα µέλη εµφανίζουν τα εξής χαρακτηριστικά: α. ∆ιαθέτουν τον ίδιο αριθµό και είδος δεσµών µεταξύ των ατόµων του C και τις ίδιες χαρακτηριστικές οµάδες. Εποµένως έχουν και ανάλογες χηµικές ιδιότητες και κοινές µεθόδους παρασκευής. β. Είναι ταξινοµηµένες κατά αύξοντα αριθµό ατόµων άνθρακα και το κάθε µέλος διαφέρει από το προηγούµενο και το επόµενο κατά µία µεθυλενοµάδα (− CH2 −). γ. Μπορούν να παρασταθούν µε ένα γενικό (µοριακό) τύπο. δ. Οι φυσικές ιδιότητες των µελών µεταβάλλονται σε συνάρτηση µε το µοριακό τους βάρος. Πίνακας οµόλογων σειρών των υδρογονανθράκων (H/C)

Οµόλογη σειρά

Χαρακτηριστικοί δεσµοί µεταξύ ατόµων C

Αλκάνια Κορεσµένοι H/C

Όλοι απλοί

Αλκένια Ακόρεστοι H/C Αλκίνια Ακόρεστοι H/C Αλκαδιένια Ακόρεστοι H/C

Ένας διπλός −C=C− | | Ένας τριπλός −C≡C− ∆ύο διπλοί

Γενικός (µοριακός) τύπος CνH2ν + 2 ή RH

ν≥1

CνH2ν

ν≥2

Cν H2ν - 2

ν≥2

CνH2ν – 2

ν≥3

Προσέξτε: Με R– συµβολίζουµε την οµάδα −Cν H2ν+1, που ονοµάζεται αλκύλιο. Όταν ν = 0 τότε το αλκύλιο είναι το –Η. Μπορούµε να θεωρήσουµε ότι τα αλκύλια (−CνH2ν+1) προκύπτουν από τα αλκύνια (CνH2ν+2) µε αφαίρεση ενός ατόµου Η.

4

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Πίνακας οµόλογων σειρών των κυριότερων οργανικών ενώσεων Οµόλογη σειρά Αλκοόλες κορεσµένες µονοσθενείς

| − C −OH |

Αιθέρες κορεσµένοι µονοσθενείς

| | −C−O−C− | |

Αλδεΰδες κορεσµένες µονοσθενείς

− C − H ή − CH = O || αλδεϋδοµάδα O ή −CHO | | | −C−C−C− κετονοµάδα | || | Ο − C − OH ή − COOH || καρβοξύλιο O

Κετόνες κορεσµένες µονοσθενείς Οξέα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά

Γενικός (µοριακός) τύπος (Γ.Τ)

Χαρακτηριστική οµάδα υδροξύλιο

CνHν+1OH ή CνH2ν+2O ή ROH

ν≥1

CκH2κ+1OCλH2λ+1 ή CνH2ν+2O αιθεροµάδα

ή ROR΄

κ ≥ 1, λ ≥ 1 ν≥2 κ+λ=ν

CκH2κ+1CHO ή Cν H2νO

κ≥0

ή RCHO

ν≥1

CκH2κ+1COCλH2λ+1 ή CνH2νO ή RCOR΄

κ ≥ 1, λ ≥ 1 ν≥3 κ+λ=ν

CκH2κ+1COΟΗ ή CνH2νO2 ή RCOOH

κ≥0 ν≥1 κ+1=ν

Εστέρες

| − C − O − C − ή − COO − C − || | εστεροµάδα Ο

Νιτρίλια κορεσµένα µονοσθενή

− C ≡ N ή − CN κυανοµάδα

ή RCN

ν≥1 κ + 1= ν

| − C − NH2 |

CνH2ν+1NH2 ή CνH2ν+3N ή RNH2

ν≥1

CνH2ν+1X (X=Cl, Br, I) ή RX

ν≥1

Αµίνες κορεσµένες µονοσθενείς αλκυλολογονίδια

CκH2κ+1COOCλH2λ+1 ή Cν H2νO2 κ ≥ 0, λ ≥ 1 ή RCOOR΄

ν≥2 κ + λ + 1= ν

CκH2κ+1CN ή CνH2ν-1Ν

αµινοµάδα

−X: −Cl, −Br, −I αλογονοµάδα

κ≥0

Προσέξτε: α) Μονοσθενείς λέγονται οι ενώσεις που διαθέτουν µία χαρακτηριστική οµάδα στο µόριό τους. Αντίστοιχα µονοκαρβοξυλικά λέγονται τα οξέα που διαθέτουν ένα καρβοξύλιο στο µόριό τους. β) Οι αλδεΰδες και οι κετόνες έχουν την ίδια χαρακτηριστική οµάδα, το καρβονύλιο − C −. || O Όταν το καρβονύλιο βρίσκεται στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας τότε λέγεται αλδεϋδοµάδα, ενώ όταν βρίσκεται ενδιάµεσα στην ανθρακική αλυσίδα ονοµάζεται κετονοµάδα.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

5

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Να συµπληρώσετε τα υδρογόνα που λείπουν από τις παρακάτω ενώσεις: i) C − C, ii) C = C, iii) C − C ≡ C, iv) C = O, v) C − O, vi) C ≡ N, vii) C − N, || O vii) C − Cl Απάντηση Ο άνθρακας, C, σχηµατίζει 4 οµοιοπολικούς δεσµούς, δηλαδή πρέπει να έχει 4 παύλες (µονάδες συγγένειας). Το υδρογόνο, Η, έχει µία παύλα. Το οξυγόνο, Ο, έχει δύο παύλες. Το άζωτο, Ν, έχει τρεις παύλες. Τα αλογόνα (Cl, Br, I, F) έχουν µόνο µία παύλα. Άρα: H H H H H H | | | | | | i) Η − C − C − Η ii) C = C iii) H − C − C ≡ C − H iv) C = O | | | | | | H H H H H H H H | | v) H − C − OH vi) H − C ≡ N vii) H − C − N || | | O H H 2. Η βενζίνη (C8H18) ή το NaCl διαλύεται στον αιθέρα (C4H10O); ∆ιαλύεται κάποια από τις παραπάνω ενώσεις στο Η2Ο; Απάντηση Η βενζίνη (C8H18) είναι οργανική ένωση, οπότε διαλύεται εύκολα στον οργανικό διαλύτη αιθέρα (C4H10O). Αντίθετα, το NaCl είναι ανόργανη ένωση, δεν διαλύεται στον αιθέρα, αλλά στον ανόργανο διαλύτη Η2Ο.

3. Σε ποια οµόλογη σειρά ανήκει καθεµία από τις ενώσεις: C2H6, HCHO, C2H4, C2H2, CH3COOH, C2H5OH, CH3COCH3, CH3OCH3, CH3Cl. Ποιες από τις παραπάνω ενώσεις είναι κορεσµένες και ποιες ακόρεστες; Να γράψετε τον συντακτικό τύπο των παραπάνω ενώσεων. Απάντηση Ο γενικός τύπος του C2Η6 είναι CvH2v+2 και ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων υδρογονανθράκων (αλκάνιο για v = 2). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι:

6

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

H H | | Η − C − C − Η ή CH3 − CH3 | | H H Ο γενικός τύπος του ΗCΗΟ είναι CvH2v+1CHO και ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοσθενών αλδεϋδών (v = 0). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: Η−C− Η || Ο Ο γενικός τύπος του C2Η4 είναι CvH2v και ανήκει στην οµόλογη σειρά των ακόρεστων µε 1 διπλό δεσµό υδρογονανθράκων (αλκένια ή ολεφίνες για v = 2). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H H | | C=C ή CH2 = CH2 | | H H Ο γενικός τύπος του C2Η2 είναι CvH2v-2 και ανήκει στην οµόλογη σειρά των ακόρεστων υδρογονανθράκων µε 1 τριπλό δεσµό (αλκίνιο για v = 2). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: Η − C ≡ C − Η ή CH ≡ CH Ο γενικός τύπος της CΗ3COOH είναι CvH2v+1COOH και ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων (v = 1). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H | Η − C − C − ΟΗ ή CH3 − CΟΟΗ | || H Ο Ο γενικός τύπος της C2Η5ΟΗ είναι CvH2v+1ΟΗ και ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών (v = 2). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H H | | Η − C − C − OΗ ή CH3 − CH2 − OH | | H H Ο γενικός τύπος της CH3COCH3 είναι (CvH2v Ο)CvH2v+1CCµΗ2µ+1 και ανήκει στην || Ο οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοσθενών κετονών, γιατί το καρβονύλιο − C − είναι || Ο στη µέση της ανθρακικής αλυσίδας (v = 1, µ = 1). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H H | | Η − C − C − C − Η ή CH3 − C − CH3 | || | || H O H O

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

7

Ο γενικός τύπος του CΗ3ΟCH3 είναι CvH2v+1ΟCµΗ2µ+1 και ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοσθενών αιθέρων (v = 1, µ = 1). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H H | | Η − C − Ο − C − H ή CH3 − O − CH3 | | H H Ο γενικός τύπος του CΗ3Cl είναι CvH2v+1Cl και ανήκει στην οµόλογη σειρά των αλκυλαλογονιδίων (v = 1). Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι: H | Η − C − Cl ή CH3 − Cl | H 4. Να γράψετε τους µοριακούς τύπους του 1ου και του 8ου µέλους των οµόλογων σειρών: αλκανίων, αλκενίων, αλκινίων, αλκαδιενίων, κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών, αλδεϋδών, κετονών, κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων και αιθέρων. Απάντηση Το 1ο µέλος των αλκανίων είναι ο κορεσµένος υδρογονάνθρακας που διαθέτει τα λιγότερα άτοµα C, δηλαδή ένα.

H | Έχει συντακτικό τύπο: Η − C − Η και µοριακό CH4. Κάθε µέλος έχει ένα παραπάνω | H άτοµο άνθρακα από το προηγούµενό του. Έτσι, το 8ο µέλος έχει 8 άτοµα άνθρακα. Χρησιµοποιώντας τον Γ.Τ των αλκανίων, CvH2v+2, και αντικαθιστώντας όπου v = 8, βρίσκουµε τον Μ.Τ. του 8ου µέλους C8H18. Άρα: Αλκάνια: Γ.Τ.: CvH2v+2 Σ.Τ. Μ.Τ.

H | 1ο µέλος Η−C−Η CH4 v = 1 | H ο 8 µέλος C8H18 v = 8 Το 1ο µέλος των αλκενίων διαθέτει 2 άτοµα C, για να µπει ο διπλός δεσµός ανάµεσά τους, και έχει συντακτικό τύπο: CH2=CH2. Το 8ο µέλος των αλκενίων έχει 9 άτοµα C, οπότε αντικαθιστώντας στο Γ.Τ. των αλκενίων CvH2v, όπου v = 9, βρίσκουµε τον Μ.Τ. του 8ου µέλους: C9H18. Άρα:

8

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Αλκένια: 1 µέλος 8ο µέλος

Γ.Τ.: CvH2v

ο

Σ.Τ.

CH2 = CH2

Μ.Τ.

C2H4 v = 2 C9H18 v = 9

Το 1ο µέλος των αλκινίων διαθέτει 2 άτοµα C και το 8ο µέλος 9 άτοµα C. Άρα: Σ.Τ. Μ.Τ. Αλκίνια: Γ.Τ.: CvH2v-2 1ο µέλος 8ο µέλος

CH ≡ CH2

C2H2 v = 2 C9H16 v = 9

Το 1ο µέλος των αλκαδιενίων διαθέτει 3 άτοµα C, για να µπουν οι δύο διπλοί δεσµοί ανάµεσά τους, και το 8ο µέλος 10 άτοµα C. Άρα: Αλκαδιένια: Γ.Τ.: CvH2v-2 Σ.Τ. Μ.Τ. ο CH2 = C = CH2 C3H4 v = 3 1 µέλος 8ο µέλος C10H18 v = 10 Συνεχίζουµε όµοια: Αλκοόλες: Γ.Τ.: CvH2v+1ΟΗ 1ο µέλος

Σ.Τ.

H | Η − C − ΟΗ | H

8ο µέλος Αλδεΰδες: Γ.Τ.: CvH2v ΟΗ 1 µέλος ο

Σ.Τ. Η − C − ΟΗ || Ο

8ο µέλος

Μ.Τ.

CH3ΟΗ

v=1

C8H17ΟΗ

v=8

Μ.Τ.

CH2Ο

v=1

C8H16Ο

v=8

Το 1ο µέλος των κετονών διαθέτει 3 άτοµα C, γιατί το καρβονύλιο − C − πρέπει να || Ο µπει ανάµεσα σε άτοµα άνθρακα, και το 8ο µέλος 10 άτοµα C. Κετόνες: 1ο µέλος

Γ.Τ.: CvH2v ΟΗ

Σ.Τ.

CΗ3 − C − CΗ3 || O

8ο µέλος

Μ.Τ.

C3Η6O

ν=3

C10H10Ο

v = 10

Το 1ο µέλος των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων διαθέτει 1 άτοµο C, αυτό του καρβονυλίου και έχει Σ.Τ.: Η − C − ΟΗ . Το 8ο µέλος έχει 8 άτοµα C, µαζί µε τον || Ο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

9

άνθρακα του καρβοξυλίου. Χρησιµοποιώντας το Γ.Τ. των οξέων, Cv H2v+1COOH, και αντικαθιστώντας όπου v = 7, βρίσκουµε το Μ.Τ. του 8ου µέλους, C7H15COOH. Άρα: Οξέα: Γ.Τ.: CvH2v+1COOH Σ.Τ. Μ.Τ. ο Η − C − ΟΗ ΗCΟΟΗ v=0 1 µέλος || Ο ο 8 µέλος C7H15CΟΟΗ v = 7 Το 1ο µέλος των αιθέρων διαθέτει δύο άτοµα C, αυτά της αιθεροµάδας, και το 8ο µέλος 9 άτοµα C. Άρα: Αιθέρες:

Γ.Τ.: CvH2v+2O

1ο µέλος 8ο µέλος

Σ.Τ.

Μ.Τ.

CΗ3 − O − CH3

C2H6O C9H20Ο

v=0 v=9

5. Πώς προκύπτουν οι γενικοί τύποι όλων των οµόλογων σειρών που έχουν αναφερθεί, από το γενικό τύπο των αλκανίων; Απάντηση I. Γενικοί τύποι αλκενίων, αλκινίων και αλκαδιενίων.

H H H H | -4H | | | -2H H−C≡C−C−H H − C − C − C −H | | | | H H H H αλκίνιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2-4 δηλαδή CvH2v-2

-4Η

αλκάνιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2 -4H H H | | C=C=C | | H H αλκαδιένιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2-4 δηλαδή CvH2v-2

-2H

H H H | | | C=C−C−H | | H H αλκένιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2-2 δηλαδή Cv H2v-2

Ξεκινάµε απο το Γ.Τ. CvH2v+2 των αλκανίων. Αφαιρούµε 2 άτοµα Η για καθένα διπλό δεσµό (δ.δ.). Έτσι τα αλκένια µε ένα διπλό δεσµό, έχουν Γ.Τ. CvH2v, ενώ τα αλκαδιένια µε δύο διπλούς δεσµούς έχουν Γ.Τ. CvH2v-2. Αφαιρούµε 4 άτοµα Η για καθένα τριπλό δεσµό (τ.δ.). Έτσι τα αλκίνια έχουν Γ.Τ.

CvH2v-2.

10

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙ. Γενικοί τύποι κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών, αλκυλαλογονιδίων, κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων, κορεσµένων µονοσθενών νιτριλίων, κορεσµένων µονοσθενών αµινών. Ξεκινάµε από το γενικό τύπο CvH2v+2 των αλκανίων και αφαιρούµε ένα άτοµο Η για κάθε µία από τις µονοσθενείς οµάδες: − ΟΗ, − Χ (F, Cl, Br, I), − COOH, − CN, − NH2. Έτσι, προκύπτουν οι γενικοί τύποι των παραπάνω οµόλογων σειρών που φαίνονται στο παρακάτω σχήµα:

+ΟΗ

+Χ

H | Η−C−H | H αλκάνιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2

-H

-H

H | H−C− | H αλκύλιο µε Γ.Τ.: CvH2v+1

+COΟΗ

+CN

+NH2

Γ.Τ.

H | Η − C − ΟH αλκοόλη CvH2v+1OH | H H | Η − C − X αλκυλαλογονίδιο CvH2v+1Χ | H H | Η − C − COΟH οξύ | H H | Η − C − CN νιτρίλιο | H H | Η − C − NH2 αµίνη | H

CvH2v+1COOH

CvH2v+1CΝ

CvH2v+1ΝΗ2

ΙΙΙ. Γενικός τύπος κορεσµένων µονοσθενών αιθέρων.

H H H H | | | | H−C−C−H Η − C − Ο −C − H | | | | H H H H αλκάνιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2

+Ο

αιθέρας µε Γ.Τ.: CvH2v+2Ο

Η αιθεροµάδα (− Ο −) µπαίνει ανάµεσα στα άτοµα του άνθρακα χωρίς να φύγει κανένα άτοµο Η.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

11

IV. Γενικός τύπος κορεσµένων µονοσθενών καρβονυλικών ενώσεων (αλδεϋδών και Γ.Τ. κετονών).

H H | | -2Η Η − C − C − C − H αλδεΰδη CvH2vΟ H H H +Ο | | || | | | H H Ο H−C−C−C−H | | | H H H H H | | -2Η Η − C − C − C − H κετόνη CvH2vΟ +Ο | || | H Ο H αλκάνιο µε Γ.Τ.: CvH2v+2

-2Η +Ο

καρβονυλικές µε Γ.Τ.: CvH2vΟ

6. Είναι δυνατό: α) Να είναι κυκλική µια ένωση µε µοριακό τύπο C4H10; β) Να είναι κορεσµένη µια ένωση µε µοριακό τύπο C4H8; Απάντηση α) ∆εν είναι δυνατό, διότι ο µοριακός τύπος C4H10 αντιστοιχεί στους άκυκλους κορεσµένους υδρογονάνθρακες (αλκάνια). β) Είναι δυνατό να είναι µια ένωση κορεσµένη µε µοριακό τύπο C4H8, αρκεί να είναι κυκλική (ισοκυκλική): CH2 − CH2 | | CH2 − CH2

12

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IIΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ – ΛΑΘΟΥΣ Να εξηγήσετε αν ισχύουν οι προτάσεις που ακολουθούν: 1. Η ουρία είναι η πρώτη οργανική ένωση που ανακαλύφθηκε. Απάντηση Η ουρία είναι η πρώτη οργανική ένωση που παρασκευάστηκε στο εργαστήριο από τον Γερµανό χηµικό F. Wöhler (1828), ο οποίος απέδειξε ότι οι οργανικές ενώσεις δεν απαιτούσαν για την παρασκευή τους ζωική δύναµη (vis vitalis), αλλά παρασκευάζονται και εργαστηριακά. Άρα η πρόταση δεν ισχύει.

2. Οι ενώσεις CH3 − C − CH3 και H − C − H είναι ακόρεστες. || || Ο Ο Απάντηση Μια ένωση χαρακτηρίζεται ακόρεστη όταν υπάρχει διπλός ή τριπλός δεσµός µεταξύ των ατόµων του άνθρακα. Οι δύο ενώσεις είναι κορεσµένες, γιατί στην πρώτη ένωση µεταξύ των ατόµων του άνθρακα υπάρχει απλός δεσµός, ενώ στη δεύτερη ένωση υπάρχει ένα µόνο άτοµο άνθρακα. ∆ηλαδή, η πρόταση δεν ισχύει.

3. Η ένωση µε τύπο CH3COCH3 είναι αλδεΰδη. Απάντηση Η Η | | Ο συντακτικός τύπος της ένωσης είναι H − C − C − C − H. Η ένωση είναι κετόνη | || | Η Ο Η γιατί το καρβονύλιο − C − βρίσκεται ενδιάµεσα στην ανθρακική αλυσίδα. || Ο 4. Τα οξέα έχουν γενικό τύπο CvH2v+1COOH. Απάντηση Στο γενικό τύπο CvH2v+1COOH αντιστοιχούν τα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα. Γενικότερα, τα οξέα έχουν τύπο CxHy(COOH)ω. ∆ηλαδή, η πρόταση δεν ισχύει.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

13

5. Υπάρχουν χηµικές ενώσεις, που ανήκουν στην ίδια οµόλογη σειρά, των οποίων οι µοριακές µάζες διαφέρουν κατά 20. ∆ίνονται τα ατοµικά βάρη: C:12, H:1. Απάντηση Το κάθε µέλος διαφέρει από το προηγούµενο και το επόµενο κατά µία µεθυλενοµάδα (− CH2 −), δηλαδή οι µοριακές µάζες τους διαφέρουν κατά 14. Άρα, οι χηµικές ενώσεις που ανήκουν στην ίδια οµόλογη σειρά θα διαφέρουν στις µοριακές µάζες κατά πολλαπλάσια του 14, δηλαδή 14, 28, 42, 56, ... Άρα η πρόταση είναι λανθασµένη.

14

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IIΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Από τις ενώσεις HCN, Na2CO3, CH2Cl2, NaCl, NaCN, CO2, C2H6, οργανικές είναι οι: α. HCN, Na2CO3, CH2Cl2, NaCN, CO2, HCN, C2H6 β. CH2Cl2, C2H6 γ. Na2CO3, NaCl, NaCN δ. HCN, CH2Cl2, NaCN, C2H6 2. Η πρώτη οργανική ένωση που παρασκεύασε ο Wöhler είναι: α. κυανικό αµµώνιο, β. ουρικό οξύ, γ. κυανιούχο αµµώνιο, δ. ουρία.

3. Ο µεγάλος αριθµός των οργανικών ενώσεων οφείλεται στο γεγονός ότι ο άνθρακας: α. σχηµατίζει εύκολα ετεροπολικούς δεσµούς µε άλλα στοιχεία, β. υπάρχει σε αφθονία στη φύση, γ. διαθέτει τέσσερα µονήρη ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα, δ. έχει µεγάλη ατοµική ακτίνα.

4. Από τις παρακάτω οργανικές ενώσεις: CH2 = CHCH3 (I) CH3CH2C ≡ N (III) CH2 = CHCCH3 (V) O || || O CH3CCHCH3 (II) CH3CH2C ≡ CH (IV) CH3CH2CH3 (VI) ακόρεστες είναι: α. Ι και ΙΙΙ, β. Ι, ΙΙΙ και ΙV, γ. Ι, ΙV και V, δ. Ι, ΙΙ και VI. 5. Ο συντακτικός τύπος µιας ένωσης δείχνει τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται µια ένωση, καθώς και: α. τον ακριβή αριθµό ατόµων στο µόριο της ένωσης, β. τον ακριβή αριθµό ατόµων και τον τρόπο σύνδεσής τους στο µόριο της ένωσης, γ. την αναλογία των ατόµων και τον τρόπο σύνδεσής τους στο µόριο της ένωσης, δ. τον ακριβή αριθµό των ατόµων στο µόριο της ένωσης.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

15

6. Από τις παρακάτω ιδιότητες: I. Είναι ηλεκτρολύτες.

II. ∆ιαλύονται σε ανόργανους διαλύτες.

III. Είναι ευπαθείς στην υψηλή θερµοκρασία.

IV. Οι περισσότερες είναι οµοιοπολικές.

V. Έχουν γενικά υψηλά σηµεία βρασµού και σηµεία τήξης, εκείνες που χαρακτηρίζουν τις οργανικές ενώσεις είναι: α. I, II και V. β. I, II, IV και V. γ. III και IV. δ. I και V. 7. Οι οργανικές αντιδράσεις: α. είναι µοριακές, έχουν µικρή ταχύτητα και µικρή απόδοση, β. είναι ιοντικές, έχουν µεγάλη ταχύτητα και µεγάλη απόδοση, γ. είναι µοριακές, έχουν µεγάλη ταχύτητα και µικρή απόδοση, δ. είναι ιοντικές, έχουν µεγάλη ταχύτητα και µικρή απόδοση.

8. Το Na2CO3 διαλύεται περισσότερο: α. Στο νερό. β. Στη βενζίνη (C8H18). γ. Στο ασετόν (C3H6O). δ. Στο οινόπνευµα (C2H5OH).

9. Αλκάνιο είναι η ένωση µε µοριακό τύπο: α. C10H20 β. C5H12 γ. C6H12 δ. C5H8 10. Η ένωση µε µοριακό τύπο CH4O είναι: α. Αλδεΰδη β. Κετόνη γ. Αλκοόλη δ. Αιθέρας 11. Ο γενικός τύπος των αλκενίων είναι:

16

α. CνH2ν,

ν≥2

β. CνH2ν+2,

ν≥1

γ. CνH2ν-2,

ν≥2

δ. CνH2ν-4,

ν≥4

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

12. Από τους υδρογονάνθρακες µε µοριακούς τύπους C2H4, C3H8, C4H6, C5H10, C2H2, C7H16, C5H8 έχουν στο µόριό τους έναν τριπλό δεσµό οι: α. C5H10, C2H4, C3H8, β. C2H4, C4H6, C5H10, C2H2, C7H14, C5H8 γ. C3H8, C7H16 δ. C4H6, C2H2, C5H8 13. Στο γενικό τύπο CνH2νΟ, µε ν ≥ 1 ανήκουν: α. οι κορεσµένες µονοσθενείς αλκοόλες, β. οι κορεσµένες µονοσθενείς αλδεΰδες και οι κορεσµένες µονοσθενείς κετόνες, γ. οι κορεσµένες µονοσθενείς αλδεΰδες, δ. οι κορεσµένοι µονοσθενείς αιθέρες.

14. Με το γενικό τύπο CxHy συµβολίζονται: α. οι υδρογονάνθρακες, β. οι κορεσµένοι υδρογονάνθρακες, γ. τα αλκένια, δ. τα αλκίνια.

15. Ποιος από τους παρακάτω µοριακούς τύπους δεν ανήκει σε κορεσµένο µονοσθενή αιθέρα: α. C2H6O, β. C3H8O, γ. CH4O, δ. C5H12O. 16. Οι κορεσµένοι µονοσθενείς αιθέρες έχουν τον γενικό τύπο: α. R – O – R΄ β. RCOR΄ γ. RCOOR΄ δ. R – C – O – R 17. Με το γενικό τύπο CxHyCOOH συµβολίζονται τα: α. κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα, β. οξέα, γ. οργανικά οξέα, δ. µονοκαρβοξυλικά οξέα.

18. Ο µοριακός τύπος που δεν ανήκει σε κορεσµένη µονοσθενή κετόνη: α. C3H6Ο β. C4H8Ο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

17

γ. C2H4Ο δ. C5H10Ο 19. Ποιος είναι ο αριθµός των υδρογονανθράκων που περιέχουν στο µόριό τους ένα άτοµο άνθρακα; α. δύο β. κανένας γ. τρεις δ. ένας 20. Η άκυκλη ένωση µε µοριακό τύπο C4H9ΟΗ ανήκει: α. στα αλκάνια, β. στις κορεσµένες µονοσθενείς αλκοόλες, γ. στις κορεσµένες µονοσθενείς αλδεΰδες, δ. στις κορεσµένες µονοσθενείς κετόνες ε. στα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα 21. Το 5ο µέλος της οµόλογης σειράς των κορεσµένων µονοσθενών κετονών έχει µοριακό τύπο: α. C5H10Ο β. C5H12Ο γ. C7H14Ο δ. C7H16Ο ε. C7H14Ο2 22. Η ένωση µε τύπο CH3CH2OCH3 είναι: α. Κετόνη β. Αλδεΰδη γ. Αλκοόλη δ. Αιθέρας 23. Κορεσµένη ένωση έχει µοριακό τύπο C4H8. Η ένωση είναι: α. Αλκάνιο β. Αλκένιο γ. Κυκλική δ. Τίποτε από τα παραπάνω 24. Ο µοριακός τύπος του 10ου µέλους των αλκαδιενίων είναι: α. C10H18 β. C12H22 γ. C10H20 δ. C11H24

18

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Όλες οι χηµικές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα είναι ....................... εκτός από ....................................................... . Για ένα µεγάλο χρονικό διάστηµα, οι χηµικοί θεωρούσαν ότι οι οργανικές ενώσεις δεν µπορούσαν να παρασκευαστούν στο εργαστήριο γιατί ο άνθρωπος δε διέθετε την απαραίτητη δύναµη, που ονόµαζαν ....................... . Τη δύναµη αυτή διέθεταν µόνο οι ....................... οργανισµοί. β. Η ....................... είναι η πρώτη οργανική ένωση που παρασκευάστηκε. Η παρασκευή αυτή έγινε από τον ......................., ο οποίος θέρµανε ....................... . Η χηµική εξίσωση της αντίδρασης αυτής είναι: ....................... . γ. Όταν σε µια οργανική ένωση όλα τα άτοµα ....................... συνδέονται µεταξύ τους µόνο µε ....................... , τότε η ένωση ονοµάζεται κορεσµένη, σε αντίθετη περίπτωση ονοµάζεται ....................... . δ. Οµόλογη σειρά είναι ένα ....................... του συνόλου των οργανικών ενώσεων, τα µέλη του οποίου εµφανίζουν ....................... χηµικές ιδιότητες και ....................... µεθόδους παρασκευής, ενώ κάθε µέλος της σειράς διαφέρει από το επόµενό του και από το ....................... κατά την οµάδα ....................... , που ονοµάζεται ....................... .

2. Ποιες από τις παρακάτω ενώσεις είναι κορεσµένες και ποιες ακόρεστες; Σηµειώστε µε ένα Κ ή ένα Α τις κορεσµένες ή τις ακόρεστες αντίστοιχα. α. CH3 – CH2 – CH3 β. CH3 – CH = CH2 γ. CH3 – C – H || O δ. H – C – OH || O ε. CH ≡ CH στ. CH3 – CH2 – C ≡ N ζ. CH2 = CH – O – CH3 η. CH3 – C – O – CH2 – CH3 || O 3. Να κατατάξετε τις παρακάτω οργανικές ενώσεις ανάλογα µε τη µορφή της ανθρακικής αλυσίδας: α. CH3 – CH – CH2 – CH3 | CH3 β. CH3 – CH = CH2 γ. CH2 – CH2 | | CH2 – CH2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

19

δ. CH2 – CH2 | | CH2 CH2 \ / NH CH // \ ε. CH – CH | || CH CH \\ / CH στ. CH3 – C – O – CH3 || O ζ. CH3 – CH2 – N – CH3 | CH3 4. Να αντιστοιχήσετε τα στοιχεία της στήλης 1 µε τα στοιχεία της στήλης 2 φτιάχνοντας ζεύγη γραµµάτων – αριθµών: Στήλη 1 Στήλη 2 α. CH=CH / \ 1. Κορεσµένη άκυκλη CH2 CH2 \ / CH2 β. CH3CH2CH=CH2 2. Ακόρεστη κυκλική γ. CH2 – CH2 3. Ακόρεστη άκυκλη | | CH2 – CH2 δ. CH // \ CH CH 4. Αρωµατική | || CH CH \\ / CH ε. CH3CH2CH3 5. Κορεσµένη κυκλική 5. Πώς ονοµάζονται οι παρακάτω χαρακτηριστικές οµάδες; (Συµπληρώστε τα κενά.) α. >C = O: ……………………………………… β. – COOH: ……………………………………… γ. – CH = O: ……………………………………… δ. – OH: ……………………………………… | | ε. – C – O – C – : ……………………………………… | | στ. – Cl: ………………………………………

20

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

6. Να συµπληρώσετε την ελεύθερη µονάδα συγγένειας του ατόµου C στην CH3 – C – ώστε η ένωση που θα προκύψει να ανήκει: || Ο α. στις αλδεΰδες β. στις κετόνες γ. στα οξέα 7. Να αντιστοιχίσετε τις ενώσεις της στήλης 1 µε την ονοµασία της οµόλογης σειράς της στήλης 2. Στήλη 1 Στήλη 2 1. CH3CH2 – OH α. Αλκοόλη 2. CH3CH β. Αιθέρας || O 3. CH3 – C – CH2CH3 γ. Κετόνη || O δ. Αλκίνιο 4. CH≡CH 5. CH4 6. CH3COCH3 7. HC = O | OH 8. CH3 – O – CH3

ε. Αλκάνια στ. Καρβοξυλικό οξύ ζ. Αλδεΰδη

8. Να συµπληρωθούν τα κενά: Οι οργανικές ενώσεις µε γενικό µοριακό τύπο: α. CνH2ν+2 ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................ β. CνH2ν ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................ γ. CνH2ν-2 ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................ και ............................ δ. CνH2ν+2Ο ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................ και ........................ ε. CνH2νO ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................ και ............................ στ. CνH2ν+1COOH ανήκουν στην οµόλογη σειρά των ............................

9. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασµένες σηµειώνοντας στο κάθε τετράγωνο το γράµµα Σ ή Λ αντίστοιχα. α. Η ένωση C4H8 ανήκει στα αλκάνια. β. Η ένωση C3H4 ανήκει στα αλκίνια. γ. Το 1ο µέλος της ονόλογης σειράς των κορεσµένων µονοσθενών κετόνων είναι C3H6O. δ. Οι κορεσµένες µονοσθενείς αλκοόλες έχουν γενικό µοριακό τύπο CνH2ν-1OH µε ν ≥ 1. ε. Η ένωση CH4Ο ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών. στ. Το 3ο µέλος της οµόλογης σειράς των αλκενίων έχει µοριακό τύπο C3H6.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

21

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Να γραφούν οι γενικοί µοριακοί τύποι των παρακάτω ενώσεων: α. αλκάνια β. αλκένια γ. αλκίνια δ. αλκοόλες (κορεσµένες µονοσθενείς) ε. αιθέρες (κορεσµένες µονοσθενείς) στ. κορεσµένες µονοσθενείς αλδεΰδες ζ. κορεσµένες µονοσθενείς κετόνες 2. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων: α. C3H4 β. C2H4 γ. C2H2 δ. C3H8 ε. C3H6 3. Να γραφούν οι µοριακοί τύποι του 1ου µέλους και του 5ου µέλους: α. των αλκενίων β. των αλκινίων γ. των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών δ. των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων 4. Σε ποια ή ποιες οµόλογες σειρές µπορεί να ανήκουν οι ενώσεις των τύπων: α. CXHYO β. CXHYO2 γ. CXHY

22

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

V. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Εύρεση του µοριακού τύπου µιας ένωσης µε βάση το Γενικό τύπο της οµόλογης σειράς στην οποία ανήκει. Για την επίλυση αυτών των ασκήσεων: 1. Γράφουµε τον τύπο της ένωσης που αναφέρεται στην εκφώνηση της άσκησης.

2. Υπολογίζουµε το άθροισµα των σχετικών ατοµικών µαζών όλων των ατόµων που περιλαµβάνονται στο τύπο της ένωσης. Εάν γνωρίζουµε τη σχετική µοριακή µάζα, το εξισώνουµε µε το παραπάνω άθροισµα.

3. Η µάζα της ένωσης και η µάζα στοιχείου που περιέχεται σ΄ αυτή είναι ποσά ανάλογα.

Λυµένες Ασκήσεις 1. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος ενός αλκινίου µε σχετική µοριακή µάζα ίση µε 40; ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες του C:12, H:1.

Λύση Ο γενικός τύπος των αλκινίων είναι CνΗ2ν – 2. Υπολογίζουµε τη σχετική µοριακή µάζα: Μr = 12ν + 2ν + 2 + 16 = 14ν – 2 Εποµένως: 14ν – 2 = 40 ⇒ ν = 3 Άρα ο µοριακός τύπος είναι C3H4.

2. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος ενός κορεσµένου µονοσθενή αιθέρα που περιέχει 26,67% οξυγόνο; ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες C:12, H:1, O:16.

Λύση Ο γενικός τύπος κορεσµένου µονοσθενή αιθέρα είναι CνΗ2ν + 2Ο. Υπολογίζουµε το µοριακό βάρος Όταν δίνεται η επί % Μr = 12ν + 2ν +2 + 16 = 14ν + 18 περιεκτικότητα ενός Τα (14ν + 18)g αιθέρα περιέχουν 16g οξυγόνο στοιχείου σε µια ένωση, Τα 100 g αιθέρα περιέχουν 26,67g οξυγόνο τότε αυτή είναι πάντα η Εποµένως: επί % κατά βάρος 14ν + 18 16 περιεκτικότητα. = ⇒ v = 3.

100 26,67 Άρα ο µοριακός τύπος είναι C3H8O.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

23

3. 4,2 g αλκενίου ασκούν πίεση 2,7 atm σε κλειστό δοχείο όγκου 1 L, στους 56οC. Να προσδιοριστεί ο µοριακός τύπος του αλκενίου. ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες του C:12, H:1.

Λύση Ο Γ.Τ. του αλκενίου είναι CνΗ2ν. Η σχετική µοριακή µάζα είναι: Μr = 12ν + 2ν = 14ν. Το µοριακό βάρος του αλκενίου υπολογίζεται από την καταστατική εξίσωση: m m ⋅R ⋅T 4,2 ⋅ 0,082 ⋅ (273 + 56) P⋅V = n⋅R⋅T ⇒ P⋅V= ⋅ R ⋅ T ⇒ Mr = ⇒ Mr = = 42.

Mr P⋅V 2,7 ⋅ 1 Εποµένως: 14ν = 42 ⇒ ν = 3 Άρα ο µοριακός τύπος είναι C3H6.

Ασκήσεις για εξάσκηση 1. Η σχετική µοριακή µάζα ενός αλκενίου είναι 42. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Απ: C3H6 2. Ατµοί κορεσµένου µονοσθενούς αιθέρα έχουν όγκο 5,6 L σε πρότυπες συνθήκες και ζυγίζουν 18,5 g. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αιθέρα.

Απ: C4H10O 3. 1 g ατµών κορεσµένου µονοκαρβοξυλικού οξέος, σε πίεση 0,82 atm και θερµοκρασία 327ο C, καταλαµβάνει όγκο 1L. Να βρείτε το µοριακό τύπο του οξέος.

Απ: CH3COOH g σε πίεση L 1,64 atm και θερµοκρασία 327ο C. Να βρείτε το µοριακό τύπο της αλδεΰδης.

4. Η πυκνότητα ατµών κορεσµένης µονοσθενούς αλδεΰδης είναι ρ=1,47

Απ: CH3CHO 5. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος οργανικής ένωσης αν έχει εµπειρικό τύπο (CH5N)X, ενώ 1 mol της ένωσης περιέχει 5 g υδρογόνου; Απ: CH5N 6. Αλκάνιο περιέχει C και H µε αναλογία ατόµων 1 : 4. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκανίου. Απ: CH4

24

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

7. Οργανική ένωση αποτελείται από C και H µε αναλογία ατόµων 1:1. Η πυκνότητα της ένωσης σε πρότυπες συνθήκες είναι 3,482 g/L. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος ένωσης αυτής; Απ: C6H6

8. Κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη περιέχει 50% Ο. Να βρείτε το µοριακό τύπο της αλκοόλης. Απ: CH3OH 9. Σε 2,7 g αλκαδιενίου περιέχεται ο ίδιος αριθµός ατόµων Η µε τον περιέχοµενο σε 1,7 g NH3. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του αλκαδιενίου; Απ: C4H6 10. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος ενός κορεσµένου πολυχλωριδίου που περιέχει 55,9 % χλώριο και έχει σχετική µοριακή µάζα ίση µε 127; Απ: C4H8Cl2 11. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος ακόρεστης, µε 1 διπλό δεσµό, µονοσθενούς αλκοόλης που περιέχει 16% Ο; Απ: C6H12O 12. Αλκαδιένιο περιέχει C και H µε αναλογία µαζών 9:1. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκαδιενίου. Απ: C3H4 13. Η ινσουλίνη περιέχει 3,4% S. α) Ποια είναι η ελάχιστη σχετική µοριακή µάζα της ινσουλίνης; β) Η πραγµατική µοριακή µάζα είναι 5.734. Πόσα άτοµα S περιέχονται στο 1 µόριο της ινσουλίνης; Απ: α) 941 – β) 6 14. 0,2 mol ισοµοριακού µείγµατος δύο αλκενίων περιέχουν 6 g C. Να βρείτε τους µοριακούς τύπους των δύο αλκενίων. Απ: C2H4 - C3H6 15. 0,6 mol ισοµοριακού µείγµατος δύο υδρογονανθράκων περιέχουν 10,8 g C. Να βρείτε τους πιθανούς µοριακούς τύπους των υδρογονανθράκων. Απ: CH4 και C2H6 ή CH4 και C2H4 ή CH4 και C2H2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

25

1.2. ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑ I.U.P.A.C ΑΚΥΚΛΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Κύρια ανθρακική αλυσίδα Το όνοµα της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αποτελείται από τρία συνθετικά, τα οποία είναι: 2ο συνθετικό 3ο συνθετικό 1ο συνθετικό ∆είχνει τον αριθµό ∆είχνει τον αριθµό και το ∆είχνει την οµόλογη σειρά. των ατόµων C. είδος των πολλαπλών δεσµών µεταξύ των ατόµων C. (1 C) µεθ (απλοί δεσµοί) - αν (υδρογονάνθρακες) – ιο (2 C) αιθ (1 διπλός δεσµός) - εν (αλκοόλη) – όλη (3 C) προπ (1 τριπλός δεσµός) - ιν (αλδεΰδη) – άλη (4 C) βουτ (2 διπλοί δεσµοί) - διεν (κετόνη) – όνη (5 C) πεντ (3 διπλοί δεσµοί) - τριεν (καρβοξυλκό οξύ) – ικό οξύ (6 C) εξ (νιτρίλιο) – νιτρίλιο (7 C) επτ – κ.ο.κ. Ξεκινώντας από το 1ο συνθετικό και καταλήγοντας στο 3ο σχηµατίζουµε το όνοµα της ένωσης. Παραδείγµατα: CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Βουτ – άν – ιο 4C

CH2=CH2

διπλός υδρογονάνθρακας δεσµός

Προπίνιο

1 τριπλός υδρογονάνθρακας δεσµός

Αιθ – αν – όλη 2C

26

Αιθένιο

Προπ – ίν – ιο 3C

CH3 – CH2 – OH

απλοί υδρογονάνθρακας δεσµοί

Αιθ – έν – ιο 2C

CH3 – C ≡ CH

Βουτάνιο

Αιθανόλη

απλός αλκοόλη δεσµός

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

H – C – OH ή HCOOH || O

Μεθ – αν - ικό οξύ 1C

Μεθανικό οξύ

οξύ

Προσέξτε: Στις ενώσεις που έχουµε ένα άτοµο C, όπως η τελευταία, το 2ο συνθετικό είναι πάντα – αν –. Στην ένωση αυτή ο διπλός δεσµός δε συνδέει άτοµα C και γι΄ αυτό το 2ο συνθετικό δεν είναι – εν –.

CH3 – CH2 – CH || Ο

Προπ – αν – άλη

CH3 – C – CH3 || Ο

Προπ – αν – όνη

CH3 – CΝ

Αιθ – αν(ο) – νιτρίλιο

3C

Προπανάλη

απλοί αλδεΰδη δεσµοί

3C

Προπανόνη

απλοί κετόνη δεσµοί

2C

απλός δεσµός

Αιθανονιτρίλιο

νιτρίλιο

Αλκύλια (R) CH3 −

:

µεθύλιο

CH3CH2 −

:

αιθύλιο

CH3CH2CH2 −

:

n-προπύλιο (κανονικό προπύλιο)

: CH3CH − | CH3 CH3CH2CH2CH2 − 3

2

1

ισοπροπύλιο :

CH3CH2CH − | CH3 3

2

1

1-µεθυλο-προπύλιο ή δευτεροταγές βουτύλιο :

CH3CHCH2 − | CH3 CH3 | CH3C − | CH3

n-βουτύλιο (κανονικό βουτύλιο)

:

2-µεθυλο-προπύλιο ή ισοβουτύλιο

: ∆ιµεθυλο-αιθύλιο ή τριτοταγές βουτύλιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

27

Το πρόθεµα ισο− − χρησιµοποιείται όταν το αλκύλιο έχει τη µορφή: CH3 − CH − (CH2)v − | CH3 µε v ≥ 0 και στο όνοµα δηλώνονται όλα τα άτοµα C. Το πρόθεµα sec− − (secondary = δευτεροταγές) δηλώνει δευτεροταγές άτοµο C, δηλαδή το άτοµο C που συνδέεται µε δύο άλλα άτοµα C. Το πρόθεµα tert− − (tertiary = τριτοταγές) δηλώνει τριτοταγές άτοµο C, δηλαδή άτοµο που συνδέεται µε τρία άλλα άτοµα C.

Αλκυλαλογονίδια (RX) Για να ονοµάσουµε το αλκυλαλογονίδιο RX, πρώτα ονοµάζουµε το αλκύλιο και κατάληξη −αλογονίδιο. Παραδείγµατα: CH3CH2 Cl αιθυλοχλωρίδιο CH3Br µεθυλοβρωµίδιο Προτιµούµε, όµως, να αναφέρουµε πρώτα το όνοµα του αλογόνου (−αλόγονο) σαν πρόθεµα, και κατόπιν του αλκανίου, από το οποίο προέρχεται το αλκυλαλογονίδιο. Παραδείγµατα: χλωροαιθάνιο CH3CH2 Cl CH3Br βρωµοµεθάνιο

Αµίνες (RNH2) Για να ονοµάσουµε την αµίνη RNH2 υπάρχουν, όπως και στα αλκυλαλογονίδια, δύο τρόποι: RNH2 CH3CH2NH2

αλκυλ-αµίνη αιθυλαµίνη

ή ή

αµινο-αλκάνιο αµινοαιθάνιο

Αιθέρες (ROR΄ ) Για να ονοµάσουµε τον αιθέρα ROR΄ πρώτα ονοµάζουµε τα αλκύλια, µε αλφαβητική σειρά, και κατάληξη −αιθέρας.

28

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Παραδείγµατα: CH3 − O − CH2CH2

αιθυλο µεθυλο αιθέρας

CH3 − O − CH3

διµεθυλο αιθέρας ή και όχι µεθυλοµεθυλ αιθέρας

ή

αιθυλο µεθυηλαιθέρας διµεθυλαιθέρας

Εστέρες (RCOOR΄ ) Για να ονοµάσουµε τον εστέρα RCOOR΄, πρώτα ονοµάζουµε το οξύ από το οποίο προέρχεται (RCOOΗ), κατόπιν το αλκύλιο (R΄ ) και κατάληξη −εστέρας.

RCOO R΄ Οξύ

αλκυλ −εστέρας

Παραδείγµατα: CH3COO CH3

HCOO−CH2CH2CH3

αιθανικός µεθυλεστέρας

µεθανικός−προπυλεστέρας

Άλατα οργανικών οξέων (RCOOΜ όπου Μ: Na ή Κ) Για να ονοµάσουµε το άλας RCOOM , ονοµάζουµε το οξύ από το οποίο προέρχεται και κατόπιν το µέταλλο Μ. Πραδείγµατα: CH3COONa αιθανικό νάτριο HCOOK µεθανικό κάλιο

Ενώσεις στις οποίες απαιτείται αρίθµηση 1. Ορίζουµε την κύρια ανθρακική αλυσίδα. Κύρια ανθρακική αλυσίδα θεωρείται η αλυσίδα µε τα περισσότερα άτοµα C και τις περισσότερες χαρακτηριστικές οµάδες και πολλαπλούς δεσµούς. i. CH3CH2CH CH3 | CH2CH3

iii. CH3CH2CH CH2CH3 | CH2CH2OH

ii. CH3CH2CH2C CH3 || CH2

iv. CH2CH2CH2CH2C CH3 | || OH CH2

2. Η αρίθµηση της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αρχίζει από το άκρο που είναι πιο κοντά στη χαρακτηριστική οµάδα ή από το άκρο που είναι πιο κοντά στον πολλαπλό δεσµό, αν δεν υπάρχει χαρακτηριστική οµάδα. Αν δεν υπάρχουν

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

29

χαρακτηριστική και πολλαπλός δεσµός, η αρίθµηση αρχίζει από το άκρο που είναι πιο κοντά στην πρώτη διακλάδωση. Αν υπάρχουν περισσότερες από µία χαρακτηριστικές οµάδες, η αρίθµηση αρχίζει από το άκρο που είναι πιο κοντά στην πιο ισχυρή χαρακτηριστική οµάδα. Η ισχύς των χαρακτηριστικών οµάδων δίνεται από τον παρακάτω πίνακα, µε την πρώτη οµάδα να είναι ισχυρότερη. Στο όνοµα της ένωσης η πιο ισχυρή χαρακτηριστική οµάδα µπαίνει ως κατάληξη, ενώ οι άλλες ως πρόθεµα µπροστά από την ονοµασία της κύριας ανθρακικής αλυσίδας. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΟΜΑ∆Α

ΠΡΟΘΕΜΑ

ΚΑΤΑΛΗΞΗ

− COOH

καρβοξυ−

−ικό οξύ

− COOR

−ικός αλκυλεστέρας

− CN

κυανο−

−νιτρίλιο

− CHO

αλδο−

−άλη

\ / −C−C−C− / || \ O − OH

κετο−

−όνη

υδροξυ−

−όλη

− NH2

αµινο−

−αµίνη

− OR

αλκοξυ−

−αλκυλαιθέρας

−C≡C−

−ίνιο

>C=C< | | −C−C− | | −X

−ένιο

αλογονο−

−R

αλκυλο−

−άνιο −αλογονίδιο

Παραδείγµατα: 1

2

3

4

i. CH2 = CH CH2 CH3 7

6

5

4

3

2

1

ii. CH3 CH2 CH = CH CH2 CH2 CH2OH 1

2

3

4

5

6

7

και όχι CH3 CH2 CH = CH CH2 CH2 CH2OH εφόσον απ΄ τον πίνακα βλέπουµε ότι η υδροξυλοµάδα (− ΟΗ) είναι πιο ισχυρή απ΄ το διπλό δεσµό.

CH3 CH3 | | iii. CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3 και όχι CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3 1

30

2

3

4

5

6

6

5

4

3

2

1

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

6

5

4

3

2 1

1

2

3

4

5 6

iv. CH2 CH2 CH2 CH2 C CH3 και όχι CH2 CH2 CH2 CH2 C CH3 | || | || OH O OH O | | | εφόσον η καρβοξυλοµάδα − C−C−C − είναι ισχυρότερη από την υδροξυλοµάδα (−ΟΗ). | || | Ο 3. Η θέση της χαρακτηριστικής οµάδας ή του πολλαπλού δεσµού (διπλού ή τριπλού) καθορίζεται µε αριθµό που γράφεται στην αρχή του βασικού ονόµατος. Ο αριθµός αυτός δηλώνει τον αριθµό του C της χαρακτηριστικής οµάδας ή τον αριθµό του πρώτου C του διπλού ή τριπλού δεσµού ως προς το άκρο αρίθµησης. Παραδείγµατα: 1

2

3

4

5

i. CH3 CH = CH CH2 CH3 4

3

2

2−πεντένιο και όχι 3−πεντένιο

1

ii. CH3 CH2 CH2 CH2 ΟΗ 1

2

3

4

1−βουτανόλη

5

iii. CH3 CH CH2 CH2 CH3 | ΟΗ 1

2

3

2−πεντανόλη

4

iv. ΗC ≡ C − CH2 CH3

1−βουτίνιο

4. Αν η ένωση έχει χαρακτηριστική οµάδα και πολλαπλό δεσµό, τότε: α) η θέση του πολλαπλού δεσµού µπαίνει στην αρχή του βασικού ονόµατος και β) η θέση της χαρακτηριστικής οµάδας µπαίνει πριν από το συνθετικό, που τη δηλώνει στο όνοµα της ένωσης (κατάληξη). Παραδείγµατα: 4

3

2

1

i. CH3 CH = CH CΟΟΗ 4

3

2

2−βουτενικό οξύ

1

ii. CH3 CH = CH CH2 ΟΗ 6

5

4

3

2

2−βουτεν−1−όλη 1

iii. CH2 = CH CH2 C CH2 CH3 || Ο 5

4

3

2

5−εξεν−3−όνη

1

iv. CH2 = CH CH2 CH2 CHO

4−πεντενάλη

Σηµείωση: Αν η χαρακτηριστική οµάδα είναι −COOH, −CN, −CHO, που υποχρεωτεικά βρίσκονται στην άκρη, δεν χρειάζεται να καθορίσουµε τη θέση της.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

31

5. Αν η ένωση περιέχει περισσότερες από µία χαρακτηριστικές οµάδες, τότε η πιο ισχυρή µπαίνει ως κατάληξη και οι άλλες ως πρόθεµα. Η θέση της πιο ισχυρής µπαίνει πριν από την κατάληξη αν υπάρχει πολλαπλός δεσµός ή πριν από το βασικό όνοµα αν δεν υπάρχει πολλαπλός δεσµός και η θέση των υπολοίπων µπροστά από το πρόθεµα της καθεµιάς. Παραδείγµατα: 4

3

2

1

i. CH3 CH CH2 CΟΟΗ | ΟΗ 6

5

4

3

3−υδροξυ−βουτανικό οξύ

2 1

ii. CH3 CH CH2 CH2 C CH3 | || OH O 5

4

3

2

1

iii. CH2 = CH CH CH2 CH2 OH | Cl 5

4

3

2

5−υδροξυ−2−εξανόνη

3−χλωρο−4−πεντεν−1−όλη

1

iv. CH3 CH CH2 CH CHO | | OH OCH3

2−υδροξυ−4−µεθοξυ−πεντανάλη

6. Η θέση των διακλαδώσεων καθορίζεται µε αριθµούς που µπαίνουν µπροστά από τα ονόµατα των αντίστοιχων διακλαδώσεων και δηλώνουν τους αντίστοιχους αριθµούς των ατόµων C της κύριας ανθρακικής αλυσίδας µε τους οποίους συνδέονται. Παραδείγµατα: 5

4

3

2

1

i. CH3 CH2 CH CH2 CH2 ΟΗ | CH3 CH3 | ii. CH3 CH2 CH − CH2 CH CH2 COOH 7 6 |5 4 3 2 1 CH2CH3 1

2

3

4

5

4

3

3−µεθυλο−1−πεντένιο

2 1

iv. CH3 C = CH CH2 C CH3 | || CH3 O

32

3−µεθυλο−5−αιθυλο−επτανικό οξύ

5

iii. CH2 = CH CH CH2 CH3 | CΗ3 6

3−µεθυλο−1−πεντανόλη

5−µεθυλο−4−εξεν−2−όνη

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Σηµείωση: Όταν υπάρχουν δύο ή περισσότερες ίδιες χαρακτηριστικές οµάδες ή διακλαδώσεις, τότε µπαίνει πριν από το πρόθεµα ή την κατάληξη αριθµητικό δι−, τρι−, που δηλώνει τον αριθµό των ίδιων χαρακτηριστιστικών οµάδων ή διακλαδώσεων. Βέβαια, για καθεµιά από αυτές, απαιτείται και η θέση. Παραδείγµατα: 4

3

2

1

i. CH3 CH CH2 CH2 ΟΗ | OH 1

2

3

4

1,3−βουταν(ο)διόλη 5

ii. CH2 = CH CH2 CH = CH2

1,4−πενταδιένιο

CH3 4

3|

2

1

iii. CH3 C − CH2 CΟΟH | CH3 CH3 1 2 3| 4 5 iv. OHC − CH C − CH2 CH O | | CH3 CH3

3,3−διµεθυλο−βουτανικό οξύ

v. HOOC − COOH

αιθαν(ο)διίκό οξύ

2,3,3−τριµεθυλο−πενταν(ο)διάλαλη

7. Μερικές φορές αναγράφονται οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων σε συνεπτυγµένη µορφή. Παραδείγµατα: Ο συνεπτυγµένος συντακτικός τύπος CH3 − (CH2)3 − CH3 αντιστοιχεί σε συντακτικό τύπο: CH3 − CH2 − CH2 − CH2 − CH3

πεντάνιο.

Ο συνεπτυγµένος συντακτικός τύπος (CH3)2CH − CH3 αντιστοιχεί σε συντακτικό τύπο: CH3 − CH − CH3 2−µεθυλο−προπάνιο. | CH3

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

33

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του 3− −µεθυλο− −2− −χλωρο− −3− −πεντεν− −1− −όλης; Απάντηση i. Πρώτα θα φτιάξουµε την κύρια ανθρακική αλυσίδα (3−πεντεν−1−όλη).

5

πεντ−

4

3

2

1

C − C − C − C− C 5

4

3

2

Αριθµούµε από όποια άκρη θέλουµε.

1

3−εν−

C − C = C −C − C

1−όλη

C − C = C − C − C − OH

5

4

3

2

1

ii. Με βάση τα προθέµατα, τοποθετούµε ένα µεθύλιο στον άνθρακα 3 και ένα χλώριο στον άνθρακα 2.

5

4

3

2

1

C − C = C −C − C − ΟΗ | | CH3 Cl iii. Ενώνουµε τα άτοµα του C µε απλούς οµοιοπολικούς δεσµούς, µε άτοµα Η, έτσι ώστε κάθε άτοµο C να αποκτήσει 4 δεσµούς. Ο συντακτικός τύπος είναι: H H | | H − C − C = C −C − C − ΟΗ ή CH3 − CH = C − C − CH2OH | | | | | | | H H CH3 Cl H CH3 Cl 2. Να δοθούν τα ονόµατα των παρακάτω ενώσεων: Απάντηση CH3COOH CH2 = CHCOOH

αιθανικό οξύ προπενικό οξύ προπανικός µεθυλεστέρας

CH3CN CH3CHO

αιθανονιτρίλιο αιθανάλη

CH3CH2CHO

προπανάλη

CH3CHCOOCH3 | CH3 CH2CCH3 | || OH O

µεθυλο-προπανικός µεθυλεστέρας

CH3CCH3 || O

προπανόνη

υδροξυ−προπανόνη

CH3CH2OH

αιθανόλη

CH3CH2NH2

αιθυλαµίνη

υδροξυ−αιθανικό οξύ

CH3 − O − CH2CH3

µεθυλ−αιθυλαιθέρας

CH2COOH | OH CH2 = CH − CH3

CH3CH2COOCH3

34

προπένιο

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

προπίνιο

CH2 = CHBr

αιθυλοχλωρίδιο ή χλωροαιθάνιο βρωµοαιθένιο

CH3CHCH2CH3 |4 CH2 | 5 CH3

3−µεθυλο−πεντάνιο και όχι

CH3CH2NO2

νιτρο−αιθάνιο

CH3CHCH2CH3 | OH CH2CH2OH | Cl HCHO

2−βουτανόλη και όχι

CH3CH2CH2OCH2CH3 αιθυλ−προπυλαιθέρας CH3CH2Cl CH ≡ C − CH3 3

1

3

2

2

2

1

3

αιθυλο−βουτάνιο

4

3−βουτανόλη 2−χλωρο−αιθανόλη

1

2−υδροξυ−προπανικό οξύ και όχι

CH3CHCOOH | OH 1

2

3

2 υδροξυ−1−προπανικό οξύ

4

CH3CH = CHCH3 5

4

3

2

2−βουτένιο και όχι 3−βουτένιο 1

CH3CH2CH = CHCH2OH 4

3

2

CH3CHCH3 Μεθυλο−προπάνιο | CH3 COOH αιθανοδιικό οξύ | (οξαλικό οξύ) COOH µεθανάλη (φορµαλδεΰδη)

2−πεντεν−1−όλη

1

CH3CHCHCH3 | | CH3 OH

3−µεθυλο−2−βουτανόλη

CH3CHCHCOOH | | CH3 OH

2−υδροξυ−3−µεθυλο−βουτανικό οξύ

4

1

3

2

2

1

3

4

5

CH3CH − C − CH2CH3 | || CH3 O 1

2

3

4

CH2 = CHCH = CH2 CH3 4 5 1 |2 3 HOOCCCH2CHCOOH | | CH3 CH3 4

3

2

2−µεθυλο−3−πεντανόνη 1,3−βουταδιένιο 2,2,4 τριµεθυλο−πεντανοδιικό οξύ και όχι 2,2,4 τριµεθυλο−1,5−πεντανοδιικό οξύ

1

CH3CHCHCOOH | | Cl NH2

2−αµινο−3−χλωρο−βουτανικό οξύ

3. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων: Απάντηση α) πεντανάλη CH3CH2CH2CH2CH = O CH3CH − C − CH2CH3 β) 2−µεθυλο−3−πεντανόνη | || CH3 O

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

35

CH3CH2CH2COOH CH3C = CCH3 δ) 2,3−διµεθυλο−2−βουτένιο | | CH3 CH3 CH3 | ε) 2,2,4−τριµεθυλο−3−αιθυλο−εξάνιο CH3C − CH − CHCH2CH3 | | | CH3 C2H5 CH3 CH2 = CHCH2CHCH3 στ) 4−πεντεν−2−όλη | OH CH3CHCH2CH3 ζ) 2−βρωµοβουτάνιο | Br CH2CH2CHCH = CHCH2CHCH3 η) 3,7−διµεθυλο−4−οκτεν−1−όλη | | | OH CH3 CH3 γ)

36

βουτανικό οξύ

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ - ΛΑΘΟΥΣ Να εξηγήσετε εάν ισχύουν οι προτάσεις που ακολουθούν. −µεθυλο− −προπάνιο.

1. Η ένωση µε συντακτικό τύπο CH2CH2CH3 ονοµάζεται 1− | CH3 Απάντηση CH2CH2CH3 | CH3

ή

CH3 − CH2CH2CH3

Επιλέγουµε τη µεγαλύτερη ανθρακική αλυσίδα (κύρια), η οποία βλέπουµε ότι έχει 4 άτοµα άνθρακα. Η ένωση ονοµάζεται βουτάνιο. ∆ηλαδή, η πρόταση δεν ισχύει.

2. Η ένωση µε συντακτικό τύπο CH3CHCH2CH3 ονοµάζεται 2− −αιθυλο− −βουτάνιο. | CH2CH3 Απάντηση CH3 CHCH2CH3 | CH2CH3

ή

CH3 | CH3CH2CHCH2CH3

Επιλέγουµε τη µεγαλύτερη ανθρακική αλυσίδα (κύρια). Αριθµούµε από όποιο άκρο θέλουµε, γιατί το CH3 − ισαπέχει από τα άκρα της κύριας αλυσίδας, και ονοµάζουµε: 1

2

3

4

5

CH3CH2CHCH2CH3 3−µεθυλο−πεντάνιο | CH3 ∆ηλαδή, η πρόταση δεν ισχύει.

3. Η ένωση µε συντακτικό τύπο CH2=CH− −C≡ ≡C− −CH3 ονοµάζεται 4− −πεντεν− −2− −ίνιο. Απάντηση Αριθµούµε την κύρια αλυσίδα ξεκινώντας από την άκρη που βρίσκεται ο διπλός δεσµός, γιατί ο τριπλός δεσµός βρίσκεται στη δεύτερη θέση του άλλου άκρου, και ονοµάζουµε: 1

2

3

4

5

CH2 = CH − C ≡ C − CH3 ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

1−πεντεν−3−ίνιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

37

4. Το αιθανικό οξύ έχει συντακτικό τύπο CH3CH2COOH. Απάντηση Το αιθανικό οξύ έχει δύο άτοµα άνθρακα, εκ των οποίων το ένα είναι του καρβοξυλίου (−COOH). Άρα έχει συντακτικό τύπο CH3 − COOH. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

8

7

6

5

4

3

2

1

5. Η ένωση CH3CH = CH − CH − CHCH = CHCOOH ονοµάζεται κατά I.U.P.A.C.: | | CH3 CH2CH3 4− −αιθυλο− −5µεθυλο− −2,6− −οκταδιενικό οξύ. Απάντηση Η κύρια ανθρακική αλυσίδα έχει 8 άτοµα C (οκτ−), 2 διπλούς δεσµούς στις θέσεις 2,6 (διεν−) και έχει χαρακτηριστική οµάδα το καρβοξύλιο (− COOH), δηλαδή κατάληξη −ικό οξύ. Επίσης, στις θέσεις 4 και 5 υπάρχουν δύο αλκύλια (ως υποκαταστάτες), ένα αιθύλιο και ένα µεθύλιο αντίστοιχα. ∆ηλαδή η πρόταση ισχύει.

38

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Ο µοριακός τύπος του προπινίου είναι: α. C3H4 β. C4H6 γ. C3H6 δ. C3H8 2. Ο µοριακός τύπος του 2− −µεθυλο− −1− −βουτενίου είναι: α. C4H8 β. C5H10 γ. C5H8 δ. C6H12 3. Το όνοµα της ένωσης CH3CH = CH − CH = O είναι: α. Βουτανάλη. β. Βουτανόνη. γ. 2−βουτενάλη. δ. 2−βουτεν−4−άλη. ε. 2−βουτενόλη.

4. Ο µοριακός τύπος της 2− −βουτανόλη είναι: α. C4H8Ο β. C4H10Ο γ. C4H6Ο2 δ. C4H6Ο 5. Ο µοριακός τύπος του 2,3− −διµέθυλο− −2− −βουτενίου είναι: α. C4H8 β. C6H14 γ. C6H12 δ. C5H10 6. Η ένωση µε συντακτικό τύπο CH ≡ C − CH −CH2OH ονοµάζεται: | CH3 α. 3−πεντιν−1−όλη, β. 1−βουτιν−4−όλη, γ. 2−µεθυλο−3−βουτιν−1−όλη, δ. 3−µεθυλο−1−βουτιν−4−όλη.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

39

7. Ο υδρογονάνθρακας µε συντακτικό τύπο CH3CH = CHCH2CHCH3 ονοµάζεται: | CH2CH3 α. 5−αιθυλο−2−εξένιο, β. 2−αιθυλο−4−εξένιο, γ. 3−µεθυλο−5−επτένιο, δ. 5−µεθυλο−2−επτένιο.

8. Το δεύτερο µέλος της σειράς των κετονών ονοµάζεται: α. βουτανόνη, β. προπανόνη, γ. αιθανόνη, δ. πεντανόνη.

CH3 CH3 | | 9. Το όνοµα της ένωσης CH3C − CH − CH2 − CH − CH2 − OH είναι: | | CH3 CH2CH3 α. 2,2,5−τριµεθυλο−4−αιθυλο−1−εξανόλη β. 2,2,5−τριµεθυλο−3−αιθυλο−6−εξανόλη γ. 2,4,5,5−τετραµεθυλο−1−εξανόλη δ. 2,5,5−τριµεθυλο−4−αιθυλο−εξανόλη 10. Η ένωση 3− −αιθυλο− −5,5− −διµεθυλο− −6− −οκτενικό οξύ έχει συντακτικό τύπο: CH3 CH2CH3 | | α. CH3CH2CH2CCH2CHCH2COOH | CH3 CH3 | β. CH3CH2CHCH2 − C − CH2CH2COOH | | CH2CH3 CH3 CH3 | γ. CH3CH = CH− C − CH2CHCH2COOH | | CH3 CH2CH3 CH3 | δ. CH3CH2CH2CCH = CHCHCH2COOH | | CH3 CH2CH3

40

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

11. Ο µοριακός τύπος µιας από τις ενώσεις: 2,2− −διµεθυλο βουτάνιο

2− −µεθυλο− −2− −χλωρο βουτάνιο

2,3− −διχλωρο βουτάνιο είναι ο: α. C4H6Cl β. C5H10Cl γ. C5H8Cl δ. C6H14

3− −µεθυλο− −3− −χλωρο− −1− −βουτάνιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

41

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Ο χηµικός τύπος των αλκυλίων προκύπτει από ...................................... µε αφαίρεση ενός ατόµου .................................... . Έτσι, από το προπάνιο προκύπτουν δύο αλκύλια. Το .......................................... , που ονοµάζεται ......................................, και το .................................. , που ονοµάζεται ......................................... . β. Η ένωση µε συντακτικό τύπο CH2 = C−CH−CH−CH3 ονοµάζεται .......................... . | | | CH3 OH CH3 2. Να αντιστοιχίσετε τους συντακτικούς τύπους της στήλης 1 µε τα ονόµατα της στήλης 2. στήλη 1 στήλη 2 CH3 | α. βουτύλιο ή n−βουτύλιο 1. CH3 − C − | CH3 2. CH3 − CH2 − CH − | β. δευτεροταγές βουτύλιο (sec−βουτύλιο) CH3 3. CH3 − CH − CH2 − | γ. ισοβουτύλιο CH3 4. CH3CH2CH2CH2 −

δ. τριτοταγές βουτύλιο (tert−βουτύλιο)

3. Να αντιστοιχίσετε τους µοριακούς τύπους της στήλης 1 µε τα ονόµατα της στήλης 2. στήλη 1 στήλη 2 1. CH2O α. διµεθυλαιθέρας 2. CH4O β. αιθανάλη 3. C2H6O γ. µεθανόλη 4. C2H4O δ. µεθανάλη 4. Να αντιστοιχίσετε στο κάθε όνοµα της στήλης 1 το µοριακό τύπο που βρίσκεται στη στήλη 2. στήλη 1 1. προπένιο

42

2. 1−βουτίνιο

στήλη 2 α. C4H6 β. C4H10

3. µεθυλο−προπάνιο

γ. C5H10O

4. µεθυλο−2−προπανόλη

δ. C6H12O2

5. µεθυλο−βουτανόνη

ε. C4H10O

6. 3,3−διµεθυλο−βουτανικό οξύ

στ. C3H6

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Να ονοµαστούν οι παρακάτω οργανικές ενώσεις: α. CH3OH β. CH3 − CH − CH3 | OH γ. CH3 – C − CH3 || O δ. HCOOH ε. CH3CH2OH στ. CH3 − CH2 − CH2OH ζ. CH3 − CH2 − CH − CH3 | OH η. CH3CH = O θ. CH3 − CH − CH = O | CH3 ι. CH3CH2CN κ. CH3 − CH2 − CH2 − CO − CH3 λ. CH3 − CH2 − C − CH − CH3 || | O CH3 2. Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των παρακάτω οργανικών ενώσεων: 1) Μεθανόλη 2) Αιθανόλη 3) 1−προπανόλη 4) 1−βουτανόλη 5) 2−βουτανόλη 6) 2−πεντανόλη 7) ∆ιµεθυλο−1−προπανόλη 8) Προπανάλη 9) Βουτανάλη 10) 2−βουτενάλη 11) Βουτανόνη 12) 2−πεντανόνη 13) Προπανικό οξύ 14) Προπανονιτρίλιο 15) Αιθυλο µεθυλο αιθέρας 16) ∆ιµεθυλαιθέρας 17) 1−χλωροπροπάνιο 18) Αιθυλοχλωρίδιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

43

19) Ισοπροπυλοβρωµίδιο 20) Μεθυλο ιωδίδιο 21) 2−αµινο προπάνιο 22) Μεθυλαµίνη 23) Προπανικό νάτριο 24) Αιθανικό κάλιο 3. Να ονοµαστούν οι παρακάτω ενώσεις: α. CH3CH2CH3 β. CH2 = CHCH3 γ. CH3CH = CHCH2CH3 δ. CH ≡ CH ε. CH3C ≡ CCH3 στ. CH3CHCH2OH | CH3 ζ. CH3C − CHCH3 || | O CH3 η. CH3CH − CHCH2COOH | | CH3 CH3 θ. CH3CH = CHCH2C ≡ CH ι. CH2CH2 − CH − CHCH2CH3 | | | CH2CH3 CH3 CH3 4. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των παρακάτω ενώσεων: α. 4−αιθυλο−3,3−διµεθυλο−επτάνιο β. 3−χλωρο−6−υδροξυ−5−µεθυλο−3−εξεν−2−όνη γ. 4−πεντεν−2−όλη δ. Προπενικό οξύ ε. Αιθαν(ο)διικό οξύ στ. 5,5−διµεθυλο−6−αιθυλο−4−προπυλο−3−οκτένιο ζ. Μεθυλ−ισοπροπυλαιθέρας η. ∆ιεθυλαιθέρας θ. Προπαν(ο)διικό οξύ ι. 1,4−βουταν(ο)διόλη 5. Να ονοµαστούν οι παρακάτω οργανικές ενώσεις: α. CH3 − CH − COOH | OH β. CH3 − CH2 − CH − COOH | Cl

44

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. CH3 − C − CH2 − CH = O || O δ. O = HC − CH2 − C − CH2 − CH = O || O ε. HOCH2CH2 − CH2 − COOH στ. O = CH − CH2 − CH − CH3 | OH ζ. (CH3)3C − CH − COOH | NH2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

45

1.3. ΙΣΟΜΕΡΕΙΑ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Ισοµέρεια Είναι: το φαινόµενο κατά το οποίο δύο ή περισσότερες ενώσεις, ενώ έχουν τον ίδιο µοριακό τύπο εµφανίζουν διαφορετικές ιδιότητες. ∆ιακρίνεται: σε δύο κατηγορίες: i. Συντακτική ισοµέρεια ii. Στερεοϊσοµέρεια

Συντακτική Ισοµέρεια Είναι: το φαινόµενο κατά το οποίο ενώσεις µε ίδιο µοριακό τύπο έχουν διαφορετικούς συντακτικούς τύπους. ∆ιακρίνεται: σε τρεις κατηγορίες: i. Ισοµέρεια αλυσίδας ii. Ισοµέρεια θέσης iii. Ισοµερεια οµόλογης σειράς

Ισοµέρεια αλυσίδας Οφείλεται: Στη διαφορετική µορφή της ανθρακικής αλυσίδας. Παραδείγµατα: i. Μια ανθρακική αλυσίδα µε 4 άτοµα C έχει δύο διαφορετικές µορφές: C−C−C−C, C−C−C | C ii. Μια ανθρακική αλυσίδα µε 5 άτοµα C έχει τρεις διαφορετικές µορφές: C | C−C−C−C−C, C−C−C−C, C−C−C | | C C

Ισοµέρεια θέσης Οφείλεται: Στη διαφορετική θέση που µπορεί να βρίσκεται η χαρακτηριστική οµάδα ή ο ακόρεστος δεσµός. Παραδείγµατα: i. C − C − C = C , ii. C − C − C − ΟΗ ,

46

C−C=C−C C−C−C | C

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Ισοµέρεια οµόλογης σειράς Οφείλεται: Στη διαφορετική χαρακτηριστική οµάδα ή στο διαφορετικό είδος του ακόρεστου δεσµού. ∆ιακρίνουµε τις περιπτώσεις: Ισοµερή οµόλογης σειράς Παραδείγµατα Γ.Τ. Μ.Τ. Σ.Τ.

CvH2v-2 CvH2v+2O

Αλκίνια

C3H4

αλκαδιένια

C3H4

CH3 − C ≡ CH CH2 = C = CH2

αλκοόλες

C2H6O

CH3 − CH2 − OH

αιθέρες

C2H6O

αλδεΰδες

C3H6O

κετόνες

C3H6O

Οξέα

C2H4O2

CH3 − O − CH3 CH3 − CH2 − CH || O CH3 − C − CH3 || O CH3 − COOH

εστέρες

C2H4O2

HCOO − CH3

CvH2vO

CvH2vO2

Στερεοϊσοµέρεια: είναι το φαινόµενο κατά το οποίο ενώσεις µε ίδιο µοριακό και συντακτικό τύπο έχουν διαφορετικό στερεοχηµικό τύπο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

47

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Ποια διαδικασία ακολουθούµε για να βρούµε το συντακτικό τύπο ισοµερούς ένωσης γνωστού µοριακού τύπου; Απάντηση Για να βρούµε τα συντακτικά ισοµερή µιας ένωσης όταν είναι γνωστός ο µοριακός τύπος της, εξετάζουµε αν αυτός ο τύπος αντιστοιχεί σε περισσότερες από µία οµόλογες σειρές και δουλεύουµε για καθεµία οµόλογη σειρά ξεχωριστά ως εξής: α. Βρίσκουµε τα ισοµερή αλυσίδας. β. Για κάθε ισοµερές αλυσίδας βρίσκουµε τα ισοµερή θέσης, χαρακτηριστικής οµάδας ή ακόρεστου δεσµού. γ. Συµπληρώνουµε τις παύλες που δείχνουν τα µονήρη ηλεκτρόνια του C µε υδρογόνα.

2. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα άκυκλα συντακτικά ισοµερή του C5H12; Απάντηση Ανήκει στην οµόλογη σειρά µε γενικό µοριακό τύπο CvH2v+2. Άρα είναι αλκάνιο. Έχουµε µόνο ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: i. C − C − C − C − C. ii. C − C − C − C. | C C | iii. C − C − C. Συνεπώς τα συντακτικά ισοµερή είναι τρία: | C CH3CH2CH2CH2CH3 πεντάνιο CH3CHCH2CH3 µεθυλο−βουτάνιο | CH3 CH3 | CH3CCH3 | CH3

διµεθυλο−προπάνιο

3. Να βρείτε και να ονοµάσετε τα άκυκλα συντακτικά ισοµερή του C5H10. Απάντηση Ανήκει σε οµόλογη σειρά µε γενικό µοριακό τύπο: Cv H2v. Άρα είναι αλκένιο. Βρίσκουµε τα ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα:

48

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

i.

C − C − C − C − C.

Βρίσκουµε τα ισοµερή θέσης για το i.: 1. C = C − C − C − C

ii. C − C − C − C. | C

2. C − C = C − C − C

Ισοµερή θέσης για το ii.: 1. C = C − C − C | C

2.

C−C=C−C | C

3. C − C − C = C | C C | iii. C − C − C. | C

Ισοµερή θέσης για το iii. (∆εν µπορούµε να βάλουµε διπλό δεσµό σε αυτήν την διάταξη γιατί το κεντρικό άτοµο C θα σχηµάτιζε 5 οµοιοπολικούς δεσµούς.)

Άρα τα αλκένια C5H10 είναι: CH2 = CHCH2CH2CH3

1−πεντένιο

CH3CH = CHCH2CH3 CH2 = CCH2CH3 | CH3 CH3C = CHCH3 | CH3 CH3CHCH = CH2 | CH3

2−πεντένιο 2−µεθυλο−1−βουτένιο 2−µεθυλο−2−βουτένιο 3−µεθυλο−1−βουτένιο

4. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα άκυκλα ισοµερή του C5H8; Απάντηση Ανήκει σε οµόλογη σειρά µε γενικό τύπο CvH2v-2. Άρα µπορεί να είναι αλκίνιο ή αλκαδιένιο.

• Αλκίνιο Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C − C − C − C − C β. C − C − C − C γ. C − C − C | | C C Ισοµερή θέσης για το α: i. C ≡ C − C − C − C, ii. C − C ≡ C − C − C. (Οι άλλες θέσεις που µπορεί να µπει ο τριπλός δεσµός είναι ισότιµες µε τις i, ii.)

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

49

Ισοµερές θέσης για το β: C ≡ C − C − C | C (Σε άλλη θέση δεν µπορεί να µπει ο τριπλός δεσµός γιατί θα είχαµε άτοµο C µε 5 οµοιοπολικούς δεσµούς.) Ισοµερή θέσης για το γ: ΚΑΝΕΝΑ. (∆εν υπάρχει ισοµερές αλκίνιο µε αυτή τη διάταξη των ατόµων C γιατί, αν βάλουµε τριπλό δεσµό σε αυτή τη διάταξη, το κεντρικό άτοµο θα σχηµάτιζε 6 οµοιοπολικούς δεσµούς.) Άρα τα ισοµερή αλκίνια C5H8 είναι: CH ≡ CCH2CH2CH3

1−πεντίνιο

2−πεντίνιο CH3C ≡ CCH2CH3 CH ≡ CCHCH3 µεθυλο−βουτίνιο | CH3 (∆εν χρειάζονται αριθµοί−δείκτες γιατί είναι το µοναδικό µεθυλο−βουτίνιο.)

• Αλκαδιένιο Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C – C – C – C – C β. C – C – C – C γ. C – C – C | | C C Ισοµερή θέσης για το α: i. C = C = C – C – C, ii. C = C – C = C – C, iii. C = C – C – C = C, iv. C – C = C = C – C. (Το ισοµερές C – C = C – C = C συµπίπτει µε το ii και το C – C – C = C = C συµπίπτει µε το i.) Ισοµερή θέσης για το β: i. C = C = C – C, ii. C = C – C = C . | | C C (Το ισοµερές C = C – C – C συµπίπτει µε το ii.) || C Ισοµερή θέσης για το γ: κανένα. (∆εν υπάρχει ισοµερές αλκαδιένιο µε αυτή τη διάταξη των ατόµων άνθρακα γιατί τότε το κεντρικό άτοµο θα σχηµάτιζε 6 οµοιοπολικούς δεσµούς.) Άρα τα ισοµερή αλκαδιένια C5H8 είναι: CH2 = C = CH CH2 CH3 CH2 = CH CH = CH CH3 CH2 = CH CH2 CH = CH2 CH3 CH = C = CH CH3

50

1,2 – πενταδιένιο 1,3 – πενταδιένιο 1,4 – πενταδιένιο 2,3 – πενταδιένιο

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

CH2 = C = CCH3 | CH3 CH2 = CH – C = CH2 | CH3

µέθυλο - 1,2 – βουταδιένιο µέθυλο - 1,3 – βουταδιένιο

5. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα ισοµερή της κορεσµένης ένωσης C5H10O; Απάντηση Ο γενικός τύπος της ένωσης είναι CνH2νO και, επειδή είναι κορεσµένη, θα είναι κορεσµένη µονοσθενής αλδεΰδη ή κορεσµένη µονοσθενής κετόνη.

• Κορεσµένη µονοσθενής αλδεΰδη. Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C – C – C – C – C β. C – C – C – C γ. C – C – C | | C C Ο || Στην αλδεϋδοµάδα, – C – Η, το καρβονύλιο θα βρίσκεται πάντα στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας. Ο || Ισοµερή θέσης για το α: C – C – C – C – C – Η. (Οι δύο άκρες είναι ισότιµες, άρα δεν υπάρχει άλλο ισοµερές.) Ισοµερή θέσης για το β: i. C – C – C – C – Η, ii. Η – C – C – C – C . | || || | C Ο Ο C (Το ισοµερές C – C – C – C συµπίπτει µε το i.) | Η–C=Ο C | Ισοµερή θέσης για το γ: C – C – C – Η | || C Ο (Και τα τέσσερα άτοµα C που µπορούν να περιέχουν την αλδεϋδοµάδα είναι ισότιµα.) Άρα οι ισοµερείς αλδεΰδες C5H10O είναι: CH3 CH2 CH2 CH2 CH || O CH3 CH2 CH – CH | || CH3 O HCCH2 CHCH3 || | Ο CH3

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

Πεντανάλη 2 – µέθυλο – βουτανάλη 3 – µέθυλο – βουτανάλη

51

CH3 | CH3 – C – CH | || CH3 O

διµέθυλο – προπανάλη

• Κορεσµένη µονοσθενής κετόνη. Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C – C – C – C – C β. C – C – C – C γ. C – C – C | | C C | | Στην κετονοµάδα, – C – C – C – , το καρβονύλιο θα βρίσκεται πάντα σε µεσαίο | || | Ο άτοµο άνθρακα της ανθρακικής αλυσίδας. Ισοµερή θέσης για το α: i. C – C – C – C – C,ii. C – C – C – C – C. || || Ο Ο (Οι θέσεις 2 και 4 στην ανθρακική αλυσίδα είναι ισότιµες). Ισοµερές θέσης για το β: C – C – C – C || || Ο C Ισοµερή θέσης για το γ: κανένα. (∆εν υπάρχει κετόνη µε αυτη τη διάταξη των 5 ατόµων άνθρακα.) Άρα οι ισοµερείς κετόνες C5H10O είναι: CH3CCH2CH2CH3 2 – πενταντόνη || Ο CH3CH2CCH2CH3 || Ο

3 – πεντανόνη

CH3 – C – CΗ - CH3 || | Ο CH3

µέθυλο – βουτανόνη

6. Ποια διαδικασία ακολουθούµε για να βρούµε τα συντακτικά ισοµερή αιθέρων; Απάντηση Ειδικά για τους αιθέρες δουλεύουµε ως εξής: 1| 2| α. Γράφουµε τη χαρακτηριστική οµάδα – C – Ο – C – και όλα τα υπόλοιπα άτοµα | | άνθρακα ενωµένα µε τον άνθρακα 2 µε όλους τους δυνατούς τρόπους. β. Ένα άτοµα άνθρακα ενωµένο µε τον άνθρακα 1 και τα υπόλοιπα άτοµα άνθρακα ενωµένα µε τον άνθρακα 2 µε όλους τους δυνατούς τρόπους.

52

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. ∆ύο άτοµα άνθρακα ενωµένα µε τον άνθρακα 1 µε όλους τους δυνατούς τρόπους και τα υπόλοιπα άτοµα άνθρακα ενωµένα µε τον άνθρακα 2 µε όλους τους δυνατούς τρόπους. δ. Συνεχίζουµε παρόµοια, αυξάνοντας τον αριθµό των ατόµων άνθρακα που ενώνονται µε τον άνθρακα 1 και ελλατώνοντας τον αριθµό ατόµων άνθρακα που ενώνονται µε τον άνθρακα 2. ε. i. Αν έχουµε αιθέρα µε άρτιο αριθµό ατόµων άνθρακα, θα σταµατήσουµε όταν όσα άτοµα άνθρακα ενώνονται µε τον άνθρακα 1 ενώνονται και µε τον άνθρακα 2. ii. Αν έχουµε αιθέρα µε περιττό αριθµό ατόµων άνθρακα, θα σταµατησουµε όταν τα άτοµα άνθρακα που ενώνονται µε τον άθνρακα 1 είναι κατά ένα λιγότερα από εκείνα που ενώνονται µε τον άνθρακα 2.

7. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα συντακτικά ισοµερή της ένωσης C5H12O; Απάντηση Ο γενικός τύπος της ένωσης είναι CνH2ν+2O. Άρα θα είναι κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη ή κορεσµένος µονοσθενής αιθέρας.

• Κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη. Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C – C – C – C – C, β. C – C – C – C, γ. C – C – C | | C C Ισοµερή θέσης για το α: i. C – C – C – C – C – ΟΗ, ii. C – C – C – C – C, iii. C – C – C – C – C. | | ΟΗ ΟΗ Ισοµερή θέσης για το β: ΟΗ ΟΗ | | i. C – C – C – C – ΟΗ, ii. C – C – C – C ,iii. C – C – C – C , iv. ΗΟ – C – C – C – C | | | | C C C C (Οι δύο άκρες δεν είναι ισότιµες, γι΄ αυτό το i. είναι διαφορετικό από το iv.)

C | Ισοµερές θέσης για το γ: C – C – C – ΟΗ. | C Άρα οι ισοµερείς αλκοόλες C5Η12Ο είναι: CH3CH2CH2CH2CH2OH

1 – πεντανόλη

CH3CH2CH2CHCH3 | ΟΗ

2 – πεντανόλη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

53

CH3CH2CHCH2CH3 | ΟΗ

3 – πεντανόλη

CH3CH2CHCH2ΟH | CH3 ΟΗ | CH3CH2CCH3 | CH3 ΟΗ | CH3CHCHCH3 | CH3

2 – µέθυλο - βουτανόλη

2 – µέθυλο – 2 - βουτανόλη

3 – µέθυλο – 2 - βουτανόλη

HΟCH2CH2CHCH3 | CH3 CH3 | CH3CCH2ΟH | CH3 •

3 – µέθυλο – 1 - βουτανόλη

διµεθυλο - προπανόλη

Κορεσµένος µονοσθενής αιθέρας.

α1. C – O – C – C – C – C

β1. C – C – Ο – C – C

α2. C – O – C – C – C | C

β2. C – C – Ο – C – C | C

α3. C – O – C – C – C (Το C – C – C – Ο – C – C είναι ίδιο µε το β1.) | C C | α4. C – Ο – C – C | C Άρα οι ισοµερείς αιθέρες C5H12O είναι: CH3OCH2CH2CH2CH3

1 – µεθοξυ – βουτάνιο ή µεθυλ – βουτυλ – αιθέρας

CH3ΟCH CH2CH3 | CH3

2 – µεθοξυ – βουτάνιο ή µεθυλ – 1 – µεθυλοπροπυλαιθέρας

CH3ΟCH2CHCH3 | CH3

54

1–µεθοξυ–2–µεθυλο–προπάνιο ή µεθυλ–2–µεθυλοπροπυλαιθέρας

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

CH3 | CH3ΟCCH3 | CH3 CH3CH2ΟCH2CH2CH3 CH3CH2ΟCHCH3 | CH3

1–µεθοξυ–1,1–διµεθυλο-αιθάνιο ή µεθυλ–διµεθυλοαιθυλαιθέρας

1–αιθοξυ–προπάνιο ή αιθυλο – προπυλαιθέρας 2–αιθοξυ–προπάνιο ή αιθυλ–µεθυλοαιθυλαιθέρας ή αιθυλ–ισοπροπυλ–αιθέρας

8. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα συντακτικά ισοµερή του καρβοξυλικού οξέος C5H10O2; Απάντηση Ο γενικός τύπος της ένωσης είναι CνH2νO2 και, επειδή είναι κορεσµένη µονοσθενής, θα ανήκει στην οµόλογη σειρά των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων.

• Κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ. Ισοµερή αλυσίδας για 5 άτοµα άνθρακα: C | α. C – C – C – C – C, β. C – C – C – C, γ. C – C – C | | C C Ισοµερές θέσης για το α: C – C – C – C – C – ΟΗ. || Ο (∆εν υπάρχει άλλο ισοµερές γιατί το - CΟΟΗ µπορεί να βρίσκεται µόνο στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας και τα δύο άκρα είναι ισότιµα.) Ισοµερή θέσης για το β: i. C – C – C – C – ΟΗ, ii. HO – C – C – C – C. | || || | C Ο O C Άρα τα ισοµερή οξέα C5Η10Ο2 είναι: CH3CH2CH2CH2CΟΗ πεντανικό οξύ || Ο CH3 CH2 CH – CΟΗ | || CH3 Ο

2-µεθυλο-βουτανικο οξύ

CH3CHCH2CΟΗ | || CH3 Ο

3-µεθυλο-βουτανικό οξύ

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

55

CH3 | CH3 – C – CΟΗ | || CH3 Ο

διµεθυλο – προπανικό οξύ

9. Ποια είναι και πώς ονοµάζονται τα συντακτικά ισοµερή του C5H11Cl; Απάντηση Ανήκει στην οµόλογη σειρά µε γενικό µοριακό τύπο: CνH2ν+1Cl. Άρα είναι αλκυλαλογονίδιο µε 5 άτοµα C. Εργαζόµαστε όπως στις αλκοόλες, συνεπώς τα συντακτικά ισοµερή είναι: CH2CH2CH2CH2CH3 | Cl CH3CHCH2CH2CH3 | Cl CH3CH2CHCH2CH3 | Cl CH2CHCH2CH3 | | Cl CH3 Cl | CH3CCH2CH3 | CH3 CH3CH – CHCH3 | | CH3 Cl CH3CHCH2CH2 – Cl | CH3 CH3 | CH3 C CH2 – Cl | CH3

56

1-χλωρο-πεντάνιο 2-χλωρο-πεντάνιο 3-χλωροπεντάνιο 1-χλωρο-2-µεθυλο-πεντάνιο 2-χλωρο-2-µεθυλο-βουτάνιο

2-χλωρο-3-µεθυλο-πεντάνιο 1-χλωρο-3-µεθυλο-πεντάνιο χλωρο-διµεθυλο-προπάνιο

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ - ΛΑΘΟΥΣ Να εξηγήσετε εάν ισχύουν οι προτάσεις που ακολουθούν.

1. Το τρίτος µέλος της οµόλογης σειράς των αλκενίων αντιστοιχεί σε τρία συντακτικά ισοµερή. Απάντηση Η οµόλογη σειρά των αλκενίων έχει γενικό µοριακό τύπο CνH2ν , ν≥2. Άρα το τρίτο µέλος της σειράς (ν=4) έχει Μ.Τ.: C4H8. Ισοµερή αλυσίδας: C – C – C – C (i) C – C – C (ii) | C Ισοµερή θέσης: (1-βουτένιο) Για το (i): CH2 = CHCH2CH3 CH3CH=CHCH3 (2-βουτένιο) (µεθυλο-προπένιο) Για το (ii): CH2 = CCH3 | CH3 ∆ηλαδή η πρόταση ισχύει γιατί υπάρχουν τρία συντακτικά ισοµερή.

2. Οι συντακτικοί τύποι: CH3CHCH2CH3 και CH3CH2CHCH3 αντιστοιχούν σε | | CH3 CH3 ισοµερείς ενώσεις. Απάντηση Αριθµούµε και ονοµάζουµε τους δύο συντακτικούς τύπους.

1

2

3

4

CH3CHCH2CH3 | CH3 4

3

2

2−µεθυλο−βουτάνιο

1

CH3CH2CHCH3 | CH3

2−µεθυλο−βουτάνιο

Όπως φαίνεται οι δύο συντακτικοί τύποι είναι ίδιοι και παριστάνουν την ίδια ένωση, γαιτί το µεθύλιο (-CH3) είναι ενωµένο µε τον άνθρακα 2 και στις δύο περιπτώσεις. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

57

3. Οι συντακτικοί τύποι: CH3 – C – CH2CH3 και CH2 = C – CH2CH3 αντιστοιχούν σε || | CH3 CH2 ισοµερείς ενώσεις. Απάντηση Επιλέγουµε τη κύρια ανθρακική αλυσίδα, αριθµούµε και ονοµάζουµε τους δύο συντακτικούς τύπους.

2

3

4

1

2

3

4

CH3 – C – CH2CH3 || 1 CH2

CH2 = C – CH2CH3 | CH3

2 – µεθυλο – 1 – βουτένιο

2 – µεθυλο – 1 – βουτένιο

Όπως φαίνεται οι δύο συντακτικοί τύποι είναι ίδιοι και παριστάνουν την ίδια ένωση. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

4. Οι συντακτικοί τύποι: CH3 – CH - CH3 και CH3CHCH2ΟΗ αντιστοιχούν σε | | CH2ΟΗ CH3 ισοµερείς ενώσεις. Απάντηση Επιλέγουµε τη κύρια ανθρακική αλυσίδα, αριθµούµε και ονοµάζουµε τους δύο συντακτικούς τύπους.

2

3

CH3 – CH – CH3 | 1 CH2ΟΗ

CH3CHCH2ΟΗ | CH3

2 – µεθυλο – 1 – προπανόλη

2 – µεθυλο – 1 – προπανόλη

Οι δύο συντακτικοί τύποι είναι ίδιοι και η πρόταση δεν ισχύει.

5. Οι δύο συντακτικοί τύποι: CH3 – Ο – CH2CH3 και CH3CH2 –Ο -CH3 αντιστοιχούν σε ισοµερείς ενώσεις. Απάντηση Οι δύο συντακτικοί τύποι παριστάνουν τον ίδιο αιθέρα, τον αιθυλοµεθυλαιθέρα. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

58

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Ισοµέρεια ονοµάζεται το φαιµόµενο κατά το οποίο δύο ή περισσότερες ενώσεις έχουν: α. Τον ίδιο µοριακό τύπο και διαφορετικό συντακτικό τύπο, β. Τον ίδιο µοριακό τύπο και διαφορετικό στερεοχηµικό τύπο, γ. Τον ίδιο µοριακό τύπο και διαφορετικές ιδιότητες, δ. ∆ιαφορετικό µοριακό τύπο και τον ίδιο συντακτικό τύπο.

2. Συντακτική ισοµέρεια ονοµάζουµε το φαινόµενο κατά το οποίο δύο ή περισσότερες ενώσεις έχουν: α. Τον ίδιο µοριακό τύπο και τον ίδιο συντακτικό τύπο, β. Τον ίδιο µοριακό τύπο και διαφορετικό συντακτικό τύπο γ. ∆ιαφορετικό µοριακό τύπο και διαφορετικό συντακτικό τύπο δ. ∆ιαφορετικό συντακτικό τύπο και τον ίδιο στερεοχηµικό τύπο.

3. Οι ενώσεις CH2=CHCH2CH3 και CH3CH=CHCH3: α. Εµφανίζουν ισοµέρεια θέσης ακόρεστου δεσµού, β. Εµφανίζουν ισοµέρεια αλυσίδας, γ. Εµφανίζουν ισοµέρεια θέσης ακόρεστου δεσµού και αλυσίδας, δ. ∆εν είναι ισοµερείς.

4. Ο αριθµός των άκυκλων συντακτικών ισοµερών που αντιστοιχούν στο µοριακό τύπο C5H12 είναι: α. ∆ύο β. Τρία γ. Τέσσερα δ. Ένα 5. Το 2,3-διµέθυλο-1-πεντένιο είναι ισοµερές µε το: α. 2,4-διµέθυλο-2-πεντένιο, β. 2,3-διµέθυλο-1-πεντίνιο, γ. 2,3-διµέθυλο-πεντάνιο, δ. 3-µέθυλο εξάνιο 6. Ο αριθµός των κορεσµένων άκυκλων συντακτικών αντιστοιχούν στο µοριακό τύπο C4H8O είναι: α. ∆ύο β. Τέσσερα γ. Τρία δ. Πέντε

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

ισοµερών

που

59

7. Η ένωση C4H10O έχει: α. 4 άκυκλα συντακτικά ισοµερή. β. 7 άκυκλα συντακτικά ισοµερή. γ. 6 άκυκλα συντακτικά ισοµερή. δ. 5 άκυκλα συντακτικά ισοµερή.

8. Το πλήθος των άκυκλων συντακτικών ισοµερών που αντιστοιχούν στο µοριακό τύπο C5H10 είναι: α. Επτά β. Έξι γ. Πέντε δ. Τρία 9. Το 3-µεθυλο-1-πεντένιο είναι ισοµερές µε το: α. 1-πεντένιο β. 3-µέθυλο-πεντάνιο γ. 3-µεθυλο-1-πεντίνιο δ. 3,3-διµεθυλο-βουτένιο 10. Οι ενώσεις CH3CH = CHCH2CH3 και CH ≡ CCHCH3 | CH3 α. Εµφανίζουν ισοµέρεια αλυσίδας β. Εµφανίζουν ισοµέρειας θέσης γ. Εµφανίζουν ισοµέρεια αλυσίδας και ισοµέρεια θέσης δ. ∆εν είναι ισοµερείς 11. Μια χηµική ένωση Ε έχει µοριακό τύπο C6H12. ∆εν είναι ισοµερής µε την Ε η ένωση: α. 3,3-διµεθυλο-1-βουτενιο β. 4-µεθυλο-1-πεντένιο γ. 2,2-διµεθυλο-βουτάνιο δ. 3-µεθυλο-1-πεντένιο

60

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α) Στο µοριακό τύπο C3H4 αντιστοιχούν δύο ενώσεις: i) Η ένωση µε συντακτικό τύπο ............................, που ονοµάζεται ............................ και ii) Η ένωση µε συντακτικό τύπο ............................, που ονοµάζεται ............................ . Το παραπάνω φαινόµενο εµφανίζεται πολύ συχνά στην ............................ χηµεία και ονοµάζεται ............................ . | | β) Όταν µια οργανική ένωση που περιέχει τη χαρακτηριστική οµάδα – C – C – C – | || | Ο ανήκει στην οµόλογη σειρά των ............................ , που είναι ενώσεις ισοµερείς µε τις ............................ . Η κατάληξη του ονόµατοςτων παραπάνω ενώσεων είναι αντίστοιχα............................ και ............................ . γ) Η ένωση µε µοριακό τύπο C4H10O ανήκει στην οµόλογη σειρά των ............................ και των ............................ . Το είδος αυτό της ισοµέρειας ονοµάζεται ............................ .

2. Στερεοϊσοµέρεια ονοµάζουµε το φαινόµενο κατά το περισσότερες χηµικές ενώσεις έχουν: α. Ίδιο µοριακό και διαφορετικό συντακτικό τύπο. β. Ίδιο στερεοχηµικό, αλλά διαφορετικό συντακτικό τύπο. γ. Τον ίδιο στερεοχηµικό τύπο. δ. Ίδιο συντακτικό τύπο και διαφορετικό στερεοχηµικό τύπο.

οποίο

δύο

ή

3. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασµένες σηµειώνοντας στο κάθε τετράγωνο το γράµµα Σ ή Λ αντίστοιχα, αιτιολογώντας τις επιλογές σας: i. Η ισοµέρεια θέσης οφείλεται µόνο στη διαφορετική θέση της χαρακτηριστικής οµάδας µέσα στην ανθρακική αλυσίδα. ii. Τα αλκίνια και τα αλκαδιένια εµφανίζουν ισοµέρεια οµόλογης σειράς. iii. Στο γενικό τύπο CνH2νO2 ανήκουν οι ενώσεις των κορεσµένων

µονοκαρβονικών οξέων µε ν≥1 και οι κορεσµένοι µονοσθενείς αιθέρες µε

ν≥2. iv. Τα συντακτικά ισοµερή της ένωσης C5H8 είναι 9 σε αριθµό.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

61

VΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Τι ονοµάζουµε ισοµέρεια; Ποια είδη συντακτικής ισοµέρειας γνωρίζετε; Να αναφέρετε τον ορισµό και ένα παράδειγµα σε κάθε περίπτωση.

2. Ποια η συντακτική διαφορά: α) αλκοόλης και αιθέρα και β) αλδεΰδης και κετόνης; 3. Να βρείτε και να ονοµάσετε τα άκυκλα συντακτικά ισοµερή που αντιστοιχούν στους τύπους: α. C5H12 β. C5H10 γ. C5H11ΟΗ δ. C5H11 Cl ε. C5H10Ο 4. Να γραφούν και να ονοµαστούν τα άκυκλα συντακτικά ισοµερή που αντιστοιχούν στους Μ.Τ.: C4H9Br, C4H8O, C4H10O, C5H9Br, C4H7COOH, C4H8(COOH)2, C4H8Cl2, C4H5I, C3H6(OH)COOH, C4H8(OH)2, C3H4(COOH)2, CH2O, H2CO2, CH4O.

62

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

1.4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Ποιοτική στοιχειακή ανάλυση Είναι: Οι µέθοδοι που ακολουθούµε για να προσδιορίσουµε τα στοιχεία που περιέχονται σε µία ένωση. Εφαρµόζεται: Για την ανίχνευση του άνθρακα και του υδρογόνου. Η ένωση καίγεται σε κλειστή συσκευή. Η ένωση καίγεται ή µε Ο2 ή µε CuO. Εάν η ένωση περιέχει άνθρακα και υδρογόνο τότε, ο άνθρακας της οργανικής ένωσης καίγεται προς CO2 και το υδρογόνο προς H2O. (υδρατµοί) C + O2 → CO2 H2 +

1 O2 → H2O 2

Το CO2 διαβιβάζεται σε διαυγές διάλυµα Ca(OH)2 το οποίο θολώνει, επιειδή σχηµατίζεται λευκό ίζηµα CaCO3.

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O λευκό Οι υδρατµοί υγροποιούνται στα ψυχρά µέρη της συσκευής οπότε σχηµατίζονται σταγονίδια νερού. Εάν δεν θολώσει το διαυγές διάλυµα Ca(OH)2 ή δεν σχηµατιστούν σταγονίδια νερού τότε η ένωση δεν περιέχει άνθρακα ή υδρογόνο αντίστοιχα.

Ποσοτική στοιχειακή ανάλυση Είναι: οι µέθοδοι που ακολουθούµε για να προσδιορίσουµε τη µάζα των στοιχείων που βρήκαµε, µε ποιοτική ανάλυση, τα οποία περιέχονται σε µια ένωση. Εφαρµόζεται: Για τον ποσοτικό προσδιορισµό του άνθρακα και του υδρογόνου. Η ένωση ζυγίζεται και καίγεται σε κλειστή συσκευή οπότε όλη η ποσότητα του C και του Η2, που περιέχονται στην ένωση, καίγεται σε CO2 και υδρατµούς (Η2Ο), όπως και στην ποιοτική ανάλυση. Για να βρούµε τη µάζα του C και του Η2, που περιέχονται στην οργανική ένωση, αρκεί να βρούµε την µάζα του C και του Η2 που περιέχονται στο CO2 και στο Η2Ο αντίστοιχα. Τα αέρια CO2 και υδρατµοί, διοχετεύονται καταρχήν σε δοχείο που περιέχει υγροσκοπική ουσία (π. H2SO4), που συγκρατεί τους υδρατµούς. Η αύξηση της µάζας του δοχείου είναι ίση µε τη µάζα των υδρατµών που δεσµεύτηκαν. Υπολογίζουµε τη µάζα του Η2 που περιέχεται στη γνωστήµάζα των υδρατµών (Η2Ο) που δεσµεύτηκαν. Στη συνέχεια το CO2 δεσµεύεται από διάλυµα βάσης (NaOH, KOH, κ.ά.). Η αύξηση της µάζας του διαλύµατος της βάσης είναι ίση µε τη µάζα του CO2 που δεσµεύτηκε. Υπολογίζουµε τη µάζα του C που περιέχεται στη γνωστή µάζα του CO2 που δεσµεύτηκε.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

63

Προσέξτε: ∆εν υπάρχει µέθοδος ποσοτικού προσδιορισµού του οξυγόνου. Η µάζα του οξυγόνου που υπάρχει σε µια ένωση υπολογίζεται έµµεσα. Έστω m η µάζα της ένωσης. Υπολογίζουµε τις µάζες όλων των στοιχείων που περιέχονται στην ένωση, έστω m2 το άθροισµα των µαζών όλων των στοιχείων της ένωσης. Τότε η µάζα του οξυγονου είναι m0 = m1 – m2.

Εµπειρικός τύπος ∆είχνει: Το είδος και την µικρότερη αναλογία των ατόµων που βρίσκονται στο µόριο της ένωσης. Παράδειγµα: Έστω ότι ο εµπειρικός τύπος µιας ένωσης είναι (CH2)ν. Ο εµπειρικός τύπος της ένωσης δείχνει ότι τα άτοµα του Η είναι διπλάσια από τα άτοµα του C. Προσέξτε: i. Για να βρούµε τον εµπειρικό τύπο µιας ένωσης πρέπει να γνωρίζουµε τη κατά βάρος σύσταση της ένωσης. ii. Εάν γνωρίζουµε τον εµπειρικό τύπο και τη σχετική µοριακή µάζα µιας ένωσης µπορούµε να βρούµε το µοριακό της τύπο.

64

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙI. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ – ΛΑΘΟΥΣ Να εξηγήσετε αν ισχύουν οι προτάσεις που ακολουθούν: 1. Κατά το ποιοτικό προσδιορισµό του C, το CO2 που προέρχεται από τη καύση της ένωσης, διαβιβάζεται σε οποιοδήποτε διάλυµα βάσης. Απάντηση Το CO2 διαβιβάζεται σε διαυγές διάλυµα Ca(OH)2 το οποίο θολώνει, γιατί σχηµατίζεται λευκό ίζηµα CaCO3. Εάν το CO2 διαβιβασθεί σε ένα οποιοδήποτε διάλυµα βάσης, για παράδειγµα διάλυµα NaOH, τότε το ανθρακικό άλας που σχηµατίζεται (Na2CO3) είναι ευδιάλυτο, οπότε το ανθρώπινο µάτι δεν µπορεί να διακρίνει το σχηµατισµό του άλατος. Έτσι δεν µπορούµε να διαπιστώσουµε την ύπαρξη CO2. Άρα η πρόταση δεν ισχύει.

2. Για να προσδιορίσουµε ποσοτικά το οξυγόνο που υπάρχει σε µια ένωση, προσδιορίζουµε το οξυγόνο που υπάρχει στο CO2 και στο H2O, που προέρχονται από τη καύση της ένωσης. Απάντηση Η καύση της ένωσης προς CO2 και H2O γίνεται µε το οξυγόνο της ατµόσφαιρας. ∆ηλαδή το οξυγόνο που περιέχεται στο CO2 και το H2O προέρχεται από την ατµόσφαιρα και όχι από την ένωση. Άρα η πρόταση δεν ισχύει.

3. Εάν τα καυσαέρια, CO2 και υδρατµοί, που προέρχονται από τη καύση µιας ένωσης διαβιβασθούν σε διάλυµα βάσης, τότε η αύξηση της µάζας του διαλύµατος της βάσης είναι ίση µε τη µάζα του CO2. Απάντηση Το διάλυµα της βάσης βρίσκεται σε θερµοκρασία δωµατίου (25ο C). Όταν οι υδρατµοί διαβιβασθούν σε διάλυµα βάσης, ψύχονται υγροποιούνται και συγκεντρώνονται στο διάλυµα. Έτσι η αύξηση της µάζας του διαλύµατος είναι ίση µε τη µάζα των υδρατµών που υγροποιήθηκαν και τη µάζα του CO2 που συγκρατήθηκε από το διάλυµα. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

65

ΙII. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Κατά την πλήρη καύση οργανικής ένωσης, ο άνθρακας µετατρέπεται σε CO2, το οποίο δίνει ίζηµα όταν αντιδράσει µε: α. H2SO4 β. P2O5 γ. NaOH δ. KOH ε. Ca(OH)2 2. Κατά το ποσοτικό προσδιορισµό C και H, το CO2 και οι υδρατµοί διοχετεύονται: α. Καταρχάς σε δοχείο µε υγροσκοπική ουσία και κατόπιν σε διάλυµα βάσης. β. Πρώτα σε διάλυµα βάσης και κατόπιν σε δοχείο µε υγροσκοπική ουσία. γ. Σε δοχείο µε υγροσκοπική ουσία και σε διάλυµα βάσης χωρίς να παίζει ρόλο η σειρά στην οποία θα τοποθετηθούν το διάλυµα και η υγροσκοπική ουσία. δ. Σε διαυγές διάλυµα Ca(OH)2 3. Για να βρούµε τη µάζα του οξυγόνου που περιέχεται σε µια οργανική ένωση: α. Τη καίµε και προσδιορίζουµε τη µάζα του Ο που περιέχεται στο CO2. β. Τη καίµε και προσδιορίζουµε τη µάζα του Ο που περιέχεται στο H2O. γ. Τη καίµε και προσδιορίζουµε τη µάζα του Ο που περιέχεται στο CO2 και στο H2O. δ. Πρέπει πρώτα να βρούµε τις µάζες όλων των στοιχείων που περιέχονται στην ένωση.

4. Αν ορισµένη ποσότητα ενός υδρογονάνθρακα αποτελείται από 1,5 mol ατόµων C και 3 mol ατόµων H, τότε αυτός θα έχει Ε.Τ.: α. (CH)X β. (CH2)X γ. (C1,5H3)X δ. (C3H6)X 5. Για να βρούµε τον Εµπειρικό Τύπο µιας ένωσης πρέπει να γνωρίζουµε: α. Την κατά βάρος σύσταση της ένωσης. β. Την % κάτα βάρος σύσταση της ένωσης. γ. Την ποιοτική σύσταση της ένωσης. δ. Το Μοριακό Τύπο της ένωσης.

66

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙV. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Εύρεση της επί % κατά βάρος (% w/w) περιεκτικότητας των στοιχείων σε µια ένωση της οποίας γνωρίζουµε τον Εµπειρικό ή Μοριακό τύπο. Λυµένη Άσκηση 1. Να βρείτε την επί % κατά βάρος περιεκτικότητα σε C των ενώσεων µε τους παρακάτω χηµικούς τύπους: α) CνH2ν , β) C3H8. ∆ίνονται τα ατοµικά βάρη των C:12 και H:1. Λύση α) Το µοριακό βάρος της ένωσης Cν H2ν είναι: Μr = 12ν + 2ν = 14ν. Άρα: Στα 14ν g ένωσης περιέχονται 12ν g C Στα 100 g ένωσης περιέχονται ; 85,7 gC Άρα η επί % περιεκτικότητα σε C της CνH2ν είναι: 85,7% gC. β) Το µοριακό βάρος της ένωσης C3H8 είναι: Μr = 3⋅12 + 8⋅1 = 44 Άρα: Στα 44 g ένωσης περιέχονται 36 g C Στα 100 g ένωσης περιέχονται ; 81,8 gC Συνεπώς έχουµε: 81,8% C. Άσκηση για εξάσκηση 1. Να βρείτε της επί % w/w περιεκτικότητα σε C της ένωσης C2H2. Απ: 92,3 %

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

67

Β. Εύρεση Εµπειρικού Τύπου και Μοριακού Τύπου όταν είναι γνωστή η κατά βάρος (κ.β.) σύσταση της ένωσης.

1. Από τη γνωστή κατά βάρος σύσταση της ένωσης µπορούµε να υπολογίσουµε τον εµπειρικό τύπο (Ε.Τ.). α. Την κατά βάρος σύσταση της ένωσης, ανεξάρτητα από το αν είναι εκφρασµένη επί τοις εκατό (επί % κ.β.) ή µε οποιαδήποτε άλλη αναλογία, τη µετατατρέπουµε σε αναλογία mol ατόµων διαιρώντας τα σχετικά βάρη των στοιχείων µε τις αντίστοιχες ατοµικές µάζες. β. ∆ιαιρούµε τους αριθµούς mol ατόµων που βρήκαµε µε το µικρότερο από αυτούς ώστε να προκύψει η µικρότερη αναλογία mol ατόµων. γ. Αν η αναλογία mol ατόµων δεν είναι ακέραια, τη µετατρέπουµε σε ακέραια πολλαπλασιάζοντας µε τον ίδιο, όσο το δυνατό µικρότερο, ακέραιο όλους τους όρους της αναλογίας. δ. Η µικρότερη ακέραια αναλογία mol ατόµων είναι και αναλογία ατόµων στο µόριο της ένωσης. Με τον τρόπο αυτό, βρίσκουµε τον εµπειρικό τύπο της ένωσης.

2. Για να βρούµε το µοριακό τύπο αρκεί να βρούµε πόσα άτοµα από κάθε στοιχείο περιέχονται στο µόριό της.∆ηλαδή πρέπει να γνωρίζουµε τον εµπειρικό τύπο και τη σχετική µοριακή µάζα (Μr) της ένωσης. α. Η σχετική µοριακή µάζα είτε δίνεται άµεσα είτε µπροεί να υπολογιστεί: i) Από την καταστατική εξίσωση όταν δίνεται η µάζα, η πίεση, ο όγκος και η θερµοκρασία της αέριας ένωσης.

P⋅V = n⋅R⋅T ⇒ P⋅V =

m Mr

R ⋅ T ⇒ Mr =

ή όταν δίνεται η πυκνότητα p =

m⋅R⋅T V ⋅P

m , η πίεση και η θερµοκρασία της αέριας ένωσης V

m ⋅R ⋅ T p ⋅R ⋅ T ⇒ Mr = V ⋅P P ii) Όταν είναι γνωστή η µάζα (m) ορισµένου όγκου (V) της αέριας ένωσης σε πρότυπες συνθήκες.

Mr =

n=

m V m V m ⋅ 22,4 = ⇒ = ⇒ Mr = Mr 22,4 Mr 22,4 V

β. Υπολογίζουµε το άθροισµα των σχετικών ατοµικών µαζών όλων των ατόµων που περιλαµβάνει ο εµπειρικός τύπος και το άθροισµα εξισώνεται µε τη σχετική µοριακή µάζα. Από την εξίσωση που προκύπτει, µπορεί να προσδιοριστεί ο άγνωστος ν του εµπειρικού τύπου, δηλαδή ο ακριβής αριθµός των ατόµων στο µόριο της ένωσης.

68

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Λυµένη Άσκηση 1. Με ποσοτική ανάλυση µιας οργανικής ένωσης βρέθηκε ότι περιέχει 64,86% C, 13,51% Η και 21,63% Ο. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος της ένωσης αν η σχετική µοριακή µάζα της είναι 74; ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες C:12, H:1, O:16 Λύση α. Μετατρέπουµε την επί % w/w σύσταση της ένωσης σε αναλογία mol ατόµων διαιρώντας τα σχετικά βάρη των στοιχείων µε τις αντίστοιχες σχετικές ατοµικές µάζες:

64,86 = 5,405 12 13,51 mol H = = 13,51 1 21,63 mol C = = 1,352 16 β. ∆ιαιρούµε τους αριθµούς mol ατόµων που βρήκαµε µε το µικρότερο ώστε να προκύψει η µικρότερη αναλογία mol ατόµων:

mol C =

mol C =

5,405 ≈4 1,352

mol Η =

13,51 ≈ 10 1,352

mol Ο =

1,352 ≈1 1,352

γ. Η µικρότερη αναλογία mol ατόµων που προλέκυψε είναι ακέραια. Η µικρότερη αναλογία mol ατόµων είναι και αναλογία ατόµων στο µόριο της ένωσης. Εποµένως ο εµπειρικός τύπος της ένωσης είναι: (C4H10O)ν. δ. Η σχετική µοριακή µάζα από τον εµπειρικό τύπο, συναρτήσει του ν, υπλογίζεται: Mr = (12⋅4+1⋅10+16⋅1)⋅ν=74⋅ν

Η σχετική µοριακή µάζα δίνεται ίση µε 74. Εποµένως ισχύει: 74ν = 74 ⇒ ν = 1. Άρα ο Μ.Τ. της ένωσης είναι C4H10O. Ασκήσεις για εξάσκηση 1. Η ποσοτική ανάλυση οργανικής ένωσης έδειξε ότι η ένωση περιέχει 48,63% άνθρακα και 8,11% υδρογόνο. Να βρείτε τον εµπειρικό τύπο της οργανικής ένωσης. Απ: (C3H6O2)ν 2. Να βρεθεί ο µοριακός τύπος οργανικής ένωσης της οποίας η σύσταση είναι: 2,1% Η, 12,8% C και 85,1% Br. Από το πείραµα βρέθηκε ότι 1 g των ατµών της ένωσης αυτής σε πίεση 765 mm Hg και θερµοκρασία 140ο C καταλαµβάνει όγκο 179 cm3. Απ: C2H4Br2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

69

3. Υδρογονάνθρακας περιέχει 85,7% C και 17,34% Η. Η πυκνότητα των ατµών του είναι 2,308 g/L στους 30ο C και 750 mm Hg. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του; Απ:C4H10 4. Ένας αέριος υδρογονάνθρακας περιέχει 85,7% C και ένα λίτρο του, σε πρότυπες συνθήκες, έχει µάζα 1,87 g. Να βρεθεί ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα. Απ: Λυµένο πρόβληµα 1. Η ποιοτική ανάλυση µιας οργανικής ένωσης έδειξε ότι περιέχει C και Η. 15 g ατµών της ένωσης αυτής, µε πλήρη καύση, δίνουν 33 g CO2 και 18 g Η2Ο. i. Ποιος είναι ο εµπειρικός τύπος της ένωσης; ii. Αν οι ατµοί αυτής της ένωσης, στους 77ο C και σε πίεση 0,574 atm, έχουν πυκνότητα 1,2 g/L, ποιος είναι ο µοριακός τύπος της ένωσης; ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες C: 12, H:1, O:16. Λύση i. Κατά την πλήρη καύση 15 g ατµών της ένωσης, όλη η ποσότητα του C και του Η µετατρέπεται σε CO2 και H2O αντίστοιχα. Από τις µάζες του CO2 και του Η2Ο υπολογίζοµε τις ποσότητες C και H που υπάρχουν στα 15 g της ένωσης. Σε 44 g CO2 περιέχονται 12 g H Σε 33 g CO2 περιέχονται x1; g C

Η µάζα του οξυγόνου που περιέχεται στην οργανική ένωση προσδιορίζεται εάν αφαιρέσουµε τις µάζες όλων των υπόλοιπων στοιχείων της οργανικής ένωσης από τη µάζα της ένωσης.

33 = 9 g.

44 Σε 18 g H2O περιέχονται 2 g H. Εποµένως, στα 15 g της ένωσης περιέχονται 9 g C και 2 g H. Τα υπόλοιπα (15– 9–2) = 4 g είναι η µάζα του Ο. Από τη γνωστή κατά βάρος σύσταση της ένωσης προσδιορίζουµε τον εµπειρικό τύπο: 9 mol C = = 0,75 12 2 mol H = = 2 1 4 mol Ο = = 0,25 16 Η µικρότερη αναλογία mol είναι:

x1 = 12 ⋅

mol C =

0,75 =3 0,25

mol H =

2 =8 0,25

70

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

mol Ο =

0,25 = 1 0,25

Η µικρότερη αναλογία mol ατόµων προκύπτει ακέραια. Επειδή η µικρότερη ακέραια αναλογία mol ατόµων είναι και αναλογία ατόµων στο µόριο της ένωσης, ο εµπειρικός τύπος είναι: Εµπειρικός τύπος: (C3H8O)v. ii. Από την καταστατική εξίσωση προσδιορίζουµε το Μr της ένωσης: P⋅V = n⋅R⋅T ⇒ P⋅V =

m m R ⋅ T ⇒ P ⋅ Mr = ⋅ R ⋅ T ⇒ Mr V

⇒ P ⋅ Mr = ρ ⋅ R ⋅ T ⇒ Mr =

ρ ⋅ R ⋅ T 1,2 ⋅ 0,0082 ⋅ (273 + 77) = ⇒ P 0,574

⇒ Μr = 60. Η σχετική µοριακή µάζα από τον εµπειρικό τύπο, συναρτήσει του v, υπολογίζεται:

Μr = (12⋅3 + 1⋅8 + 16⋅1)v = 60v. Εποµένως, ισχύει: 60v = 60 ⇒ v = 1. Άρα ο µοριακός τύπος της ένωσης είναι C3H8O. Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Όταν καούν 8 g οργανικής ένωσης µε περίσσεια οξυγόνου, παράγονται 22 g CO2 και 18 g υδρατµών. Βρέθηκε ακόµη ότι ίδια ποσότητα ατµών της οργανικής ένωσης, σε πρότυπες συνθήκες, κατέχουν όγκο 11,2 L. Να βρείτε το µοριακό τύπο της ένωσης. Απ: CH4 2. 0,61 g οργανικής ένωσης, που η ποιοτική ανάλυση έδειξε ότι περιέχει C, H και Ν, µετά από ποσοτική ανάλυση έδωσε τα παρακάτω αποτελέσµατα: 0,44 g CO2, 0,27 g υδρατµών. Βρέθηκε ακόµη ότι σε 1,22 g της οργανικής ένωσης περιέχονται 0,28 g N2. Επίσης, 1 g ατµών της ένωσης, σε πίεση 623,2 mmHg και θερµοκρασία 337oC, καταλαµβάνει όγκο 1.000 mL. Να βρείτε το µοριακό τύπο της ένωσης. Απ: CH3NO2 3. Μετά από ανάλυση που έγινε σε 6 g οργανικής ένωσης, βρέθηκε ότι περιέχει 1,2 g C και 0,4 g H. Το άζωτο ου υπήρχε στα 6 g της ένωσης µετατράπηκε όλο σε ΝΗ3, για την εξουδετέρωση της οποίας απαιτήθηκαν 200 mL διαλύµατος HCl 1 M. Αν 1 mol της ένωσης περιέχει 28 g αζώτου, να βρείτε το σωστό µοριακό της τύπο. Απ: CH4N2O

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

71

4. Από τη χηµική ανάλυση µιας οργανικής ένωσης προέκυψαν τα εξής αποτελέσµατα: i. Αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. ii. Από την πλήρη καύση 2,3 g αυτής, σχηµατίστηκαν 3,3 g CO2. iii. Σε 0,92 g της ένωσης, περιέχονται 0,08 g υδρογόνου. α) Να βρείτε τον εµπειρικό τύπο της ένωσης. β) Βρέθηκε ότι η πυκνότητα των ατµών της ένωσης, σε θερµοκρασία 197οC και πίεση 0,41 atm, είναι περίπου ίση µε 10-3 g/mL. Να βρείτε το µοριακό τύπο της ένωσης και από το µοριακό της τύπο να προσδιορίσετε την ακριβή σχετική µοριακή µάζα της ένωσης. ∆ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες των στοιχείων C:12, H:1, O:16. Απ: α) (C3H8O3)v, β) C3H8O3 - 92 5. Οργανική ένωση περιέχει C, Η και Ο. 5,8 g ατµών αυτής της οργανικής ένωσης ασκούν πίεση 2,05 atm σε κλειστό δοχείο όγκου 1,4 L και σε θερµοκρασία 77οC. Άλλη οργανική ένωση, που αποτελείται µόνο από C και Η,περιέχει 85,7% C και έχει Μr = 42. Αυτή η δεύτερη οργανική ένωση έχει ίδιο αριθµό ατόµων C και ίδιο αριθµό ατόµων Η µε την πρώτη ένωση. Με βάση αυτά τα στοιχεία, να βρεθούν οι µοριακοί τύποι των δύο οργανικών ενώσεων. Απ: C3H6O – C3H6

72

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο 2.1. ΤΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Πετρέλαιο Είναι: Μίγµα κυκλικών και άκυκλων, υγρών, στερεών και αερίων υδρογονανθράκων µαζί µε µικρές ποσότητες ενώσεων του θείου, του αζώτου και του οξυγόνου. Σχηµατίστηκε: Από το πλαγκτόν µε την επίδραση υψηλών θερµοκρασιών και πιέσεων πριν πολλά εκατοµµύρια χρόνια. Βρίσκεται: Σε υπέδαφος και αντλείται µε γεωτρήσεις. ∆ιϋλίζεται: ∆ηλαδή πρώτα αποµακρύνεται το θείο και κατόπιν µε κλασµατική απόσταξη διαχωρίζεται σε κλάσµατα (ντήζελ, βενζίνη, µαζούτ, άσφαλτος, κ.ά.) που είναι µείγµατα υδρογονανθράκων µε παραπλήσια σηµεία βρασµού. Τα κλάσµατα του πετρελαίου χρησιµοποιούνται κυρίως σαν καύσιµα και σαν πρώτη ύλη για την παραγωγή πετροχηµικών προϊόντων, δηλαδή πλαστικών, χρωµάτων, απορρυπαντικών κ.ά.

Βενζίνη Είναι: Μίγµα υδρογονανθράκων µε 5 έως 12 άτοµα άνθρακα. Χρησιµοποιείται: σαν καύσιµο. Προκύπτει: α) Από το πετρέλαιο µε κλασµατική απόσταση. β) Με πυρόλυση, θέρµανση χωρίς αέρα, ανωτέρων κλασµάτων του πετρελαίου, δηλαδή υδρογονανθράκων που περιέχουν περισσότερα άτοµα άνθρακα από αυτά που περιέχουν οι υδρογονάνθρακες της βενζίνης. πυρόλυση

Π.χ. C13H28 C8H18 + C5H10 ανώτερο βενζίνη κλάσµα Τη διακρίνουµε: σε ποιότητες µε βάση τον αριθµό οκτανίου. Όσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµίος οκτανίου µιας βενζίνης τόσο καλύτερα συµπεριφέρεται η βενζίνη κατά την καύση της. Βενζίνες που περιέχουν υδρογονάνθρακες ευθύγραµµης αλυσίδας έχουν µικρό αριθµό οκτανίων. Μπορούµε να βελτιώσουµε την ποιότητα µιας βενζίνης µε αναµόρφωση, οπότε η βενζίνη που προκύπτει περιέχει υδρογονάνθρακες µε πολλές διακλαδώσεις.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

73

πυρόλυση

Π.χ.

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 βενζίνη µικρού αριθµού οκτανίων

CH3 | CH3 − C − CH2 − CHCH3 | | CH3 CH3 βενζίνη µεγάλου αριθµού οκτανίων

Νάφθα Ονοµάζεται: Η ακατέργαστη βενζίνη. Χρησιµοποιείται: Σαν πρώτη ύλη στη βιοµηχανία των πετροχηµικών. Πυρολύεται: Οπότε παράγεται βενζίνη, Η2 και CH4, C2H4, C3H6, C4H8, C6H6 (βενζόλιο). Οι τελευταίοι πέντε υδρογονάνθρακες είναι πολύ σηµαντικοί γιατί χρησιµοποιούνται σαν πρώτη ύλη στη βιοµηχανία των πετροχηµικών.

74

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Πώς γίνεται η κλασµατική απόσταξη του επιτυγχάνεται ο διαχωρισµός του σε κλάσµατα;

αργού

πετρελαίου;

Πώς

Απάντηση Το αργό πετρέλαιο διαβιβάζεται στη βάση ενός κυλινδρικού πύργου και θερµαίνεται περίπου στους 400οC. Το µεγαλύτερο µέρος του εξαερώνεται και οι ατµοί ανεβαίνουν προς τα επάνω και έτσι η θερµοκρασία τους συνεχώς µειώνεται. Κάποια στιγµή,οι ατµοί υγροποιούνται, οπότε και συλλέγονται σε ειδικά «πιάτα», που βρίσκονται στο εσωτερικό του πύργου, σε διαφορετικά επίπεδα. Πρέπει να σηµειώσουµε ότι όσο λιγότερα άτοµα C έχει ένας υδρογονάνθρακας τόσο πιο χαµηλό σηµείο βρασµού διαθέτει και έτσι οι ατµοί του υγροποιούνται σε χαµηλή θερµοκρασία. Προς την κορυφή του πύργου, συλλέγονται οι υδρογονάνθρακες που έχουν χαµηλά σηµεία βρασµού, δηλαδή αυτοί οι οποίοι υγροποιούνται σε χαµηλές θερµοκρασίες και άρα περιέχουν λίγα άτοµα άνθρακα στοµόριό τους (πτητικά συστατικά). Οι υδρογονάνθρακες που έχουν υψηλά σηµεία ζέσης (περιέχουν πολλά άτοµα στο µόριό τους) υγροποιούνται σε υψηλότερες θερµοκρασίες και συλλέγονται στα χαµηλότερα επίπεδα του πύργου. Άρα, η κλασµατική απόσταξη του αργού πετρελαίου στηρίζεται στο γεγονός ότι τα συστατικά του έχουν διαφορετικά σηµεία ζέσης. Το αποτέλεσµα είναι να διαχωριστεί το πετρέλαιο σε κλάσµατα. Τα κλάσµατα αυτά είναι πάλι µίγµατα υδρογονανθράκων, µε παραπλήσιο όµως αριθµό ατόµων άνθρακα (άρα και παραπλήσια σηµεία βρασµού).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

75

IIΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Το πετρέλαιο αποτελείται από: α. Υδρογονάνθρακες. β. Υγρούς υδρογονάνθρακες και µικρές ποσότητες ενώσεων του θείου, του οξυγόνου και του αζώτου. γ. Υδρογονάνθρακες και µικρές ποσότητες ενώσεων του θείου, του οξυγόνου και του αζώτου. δ. Υγρούς και αέριους υδρογονάνθρακες.

2. Η εξαγωγή του πετρελαίου πραγµατοποιείται: α. Με γεωτρήσεις. β. Με κλασµατική απόσταξη. γ. Με πυρόλυση. δ. Με αναµόρφωση.

3. Η διΰλιση του πετρελαίου έχει σκοπό να: α. Εξάγει πετρέλαιο. β. Παράγει βενζίνη. γ. ∆ιαχωρίσει το αργό πετρέλαιο, αρχικά, σε κλάσµατα. δ. Παράγει πετροχηµικά προϊόντα.

4. Πετροχηµικά είναι: α. Χηµικές ενώσεις που προέρχονται από τα πετρώµατα. β. Προϊόντα που παράγονται συνθετικά, µε πρώτες ύλες που προέρχονται κυρίως από το πετρέλαιο. γ. Συστατικά του πλαγκτόν, που µετατρέπονται τελικά σε πετρέλαιο. δ. Ενδιάµεσα ακατέργαστα προϊόντα που λαµβάνονται κατά τη διΰλιση του πετρελαίου.

5. Η βενζίνη είναι µίγµα: α. Υδρογονανθράκων µε 5 έως 8 άτοµα άνθρακα στο µόριό τους. β. Αερίων και υγρών υδρογονανθράκων. γ. Υδρογόνου και υδρογονανθράκων. δ. Υδρογονανθράκων µε 5 έως 12 άτοµα άνθρακα στο µόριό τους.

76

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

6. Κατά την πυρόλυση: α. Ανώτερα κλάσµατα του πετρελαίου διασπώνται µε θέρµανση, παρουσία αέρα. β. Ανώτερα κλάσµατα του πετρελαίου διασπώνται µε θέρµανση, απουσία αέρα. γ. Κατώτερα κλάσµατα του πετρελαίου ενώνονται µε θέρµανση, απουσία αέρα. δ. Μετατρέπονται ορισµένοι υδρογονάνθρακες σε ισοµερείς τους, παρουσία Ο2.

7. Ο σκοπός της πυρόλυσης είναι: α. Να αυξήσει την απόδοση του πετρελαίου σε βενζίνη ή να βελτιώσει την ποιότητα της βενζίνης. β. Να αποµακρύνει το θείο από το πετρέλαιο. γ. Να διαχωρίσει τους αέριους και τους υγρούς υδρογονάνθρακες από τους οποίους αποτελείται η βενζίνη. δ. Να µειώσει την κατανάλωση της βενζίνης.

8. Κατά την αναµόρφωση της βενζίνης: α. Μετατρέπονται οι κυκλικοί υδρογονάνθρακες σε άκυκλους. β. Μετατρέπονται οι κορεσµένοι υδρογονάνθρακες σε ακόρεστους. γ. Αυξάνεται η απόδοση του πετρελαίου σε βενζίνη. δ. Μετατρέπονται ορισµένοι υδρογονάνθρακες σε ισοµερείς τους µε διακλαδισµένη αλυσίδα.

9. Η νάφθα δε χρησιµοποιείται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή: α. Βενζίνης. β. Αρωµατικών υδρογονανθράκων. γ. Φωτιστικού πετρελαίου. δ. Πετροχηµικών προϊόντων.

10. Ανανεώσιµο καύσιµο είναι: α. Η βενζίνη. β. Η νάφθα. γ. Η αιθανόλη. δ. Το πετρέλαιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

77

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να αντιστοιχίσετε τα κλάσµατα του πετρελαίου της στήλης 1 µε τις χρήσεις της στήλης 2, φτιάχνοντας ζεύγη γραµµάτων και αριθµών: στήλη 1 στήλη 2 Όνοµα κλάσµατος Χρήσεις αργού πετρελαίου α) Υγραέριο i) καύσιµο αεροπλάνων β) Βενζίνη ii) καύσιµο για αυτοκίνητα γ) Κηροζίνη iii) οικιακό και βιοµηχανικό καύσιµο δ) Ντίζελ iv) καύσιµο για φορτηγά ε) Μαζούτ v) οδοποιία στ) Ορυκτέλαιο vi) κεριά ζ) Παραφίνη vii) λιπαντικά η) Άσφαλτος viii) καύσιµο 2. Να συµπληρώσετε τα κενά. Η διαδικασία της διΰλισης περιλαµβάνει δύο στάδια: Πρώτα, το πετρέλαιο υφίσταται ειδική κατεργασία για την αποµάκρυνση των προσµείξεων του ...................... , που ονοµάζεται ................................ . Κατόπιν, οδηγείται στην αποστακτική στήλη, υποβάλλεται σε .................... . Έτσι το πετρέλαιο διαχωρίζεται σε .................... , τα οποία είναι µείγµατα ενώσεων που εµφανίζουν παραπλήσια ........................... .

3. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασµένες; i. Το πετρέλαιο είναι ορυκτό υγρό που εξάγεται µε γεωτρήσεις και διατίθεται έτσι στο εµπόριο. ii. Η διΰλιση του πετρελαίου αποσκοπεί στο να διαχωρίσει το αργό πετρέλαιο σε κλάσµατα µε βάση τα διαφορετικά σηµεία ζέσης των υδρογονανθράκων. iii. Ένα από τα κλάσµατα του πετρελαίου που διαχωρίζεται σε χαµηλές θερµοκρασίες είναι τα διάφορα αέρια του πετρελαίου. iv. Η βενζίνη είναι µίγµα υδρογονανθράκων µε 10 έως 14 άτοµα άνθρακα στο µόριό τους. v. Μεγάλος αριθµός οκτανίου σηµαίνει καλύτερη ποιοτικά βενζίνη. vi. Η νάφθα είναι κατεργασµένη βενζίνη. vii. Η αύξηση της απόδοσης πετρελαίου σε βενζίνη γίνεται µε τη µέθοδο της πυρόλυσης (Cracking Process). viii. Το βενζόλιο είναι αέριο µε χαρακτηριστική οσµή.

78

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4. Να αντιστοιχήσετε τα στοιχεία της στήλης Α µε τα στοιχεία της στήλης Β φτιάχνοντας ζεύγη γραµµάτων – αριθµών: Στήλη 1 α) Βουτάνιο β) Προπάνιο γ) Εξάνιο δ) Πεντάνιο ε) Αιθάνιο στ) Μεθάνιο ζ) δεκάνιο

Στήλη 2 ο

i) −161 C ii) 69οC iii) −88οC iv) −0,5οC v) −42οC vi) −30οC vii) −192οC

5. Να συµπληρώσετε τα κενά από τη λίστα των προϊόντων του πετρελαίου, αρχίζοντας απ΄ αυτό µε το υψηλότερο σηµείο βρασµού και καταλήγοντας σ΄ αυτό µε το χαµηλότερο σηµείο βρασµού: i. ………………………………….. ii. ………………………………….. iii. ………………………………….. iv. ………………………………….. v. ………………………………….. vi. ………………………………….. vii. …………………………………..

i. Μαζούτ v. Κηροζίνη

ii. Βενζίνη iii. Ντήζελ iv. Άσφαλτος vi. Αέρια πετρελαίου vii. Λιπαντικά

6. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις. α) Το πετρέλαιο αποτελείται από ......................................................... . Εξάγεται µε ............................ και µεταφέρεται για επεξεργασία σε ειδικές εγκαταστάσεις, που ονοµάζονται .................................. . β) µε θέρµανση της βενζίνης, απουσία ......................., βελτιώνουµε την ποιότητά της, αυξάνοντας έτσι τον ........................... . Η διαδικασία αυτή ονοµάζεται ........................................... . Με αυτήν, υδρογονάνθρακες µε .................................. αλυσίδα µετατρέπονται σε ισοµερείς τους µε .................................... .

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

79

V. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Τι είναι το πετρέλαιο, πώς σχηµατίστηκε, πώς γίνεται η επεξεργασία του αργού πετρελαίου και ποια τα προϊόντα αυτής; 2. Τι είναι η βενζίνη, πού χρησιµεύει και πώς προκύπτει; 3. Τι είναι πυρόλυση; 4. Τι είναι ο αριθµός οκτανίου και τι η αναµόρφωση της βενζίνης; 5. Τι είναι η νάφθα και τι προκύπτει από την επεξεργασία της; 6. Ποιοι είναι οι πέντε κυριότεροι πετροχηµικών προϊόντων;

80

µικροί

υδρογονάνθρακες

στη

βιοµηχανία

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2.2. ΚΑΥΣΗ - ΚΑΥΣΙΜΑ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Καύση Είναι: Η αντίδραση µιας ουσίας µε το οξυγόνο, όταν συνοδεύεται από παραγωγή θερµότητας και φωτός.

Καύσιµα Είναι: Υλικά που καίγονται και παράγονται σηµαντικά και εκµεταλλεύσιµα ποσά θερµότητας Χρησιµοποιούνται: σε πολύ µεγάλη έκταση είτε για παραγωγή ενέργειας (ηλεκτρικής κ.ά.), είτε στις µετακινήσεις (βενζίνη, diesel κ.ά.) ∆ιακρίνονται: σε στερεά (άνθρακας), υγρά (βενζίνη) και αέρια (φυσικό αέριο) καθώς και σε φυσικά και τεχνητά. Θερµαντική αξία: καυσίµου είναι το ποσό της θερµότητας που παράγεται από τη καύση ορισµένης ποσότητας του καυσίµου. Για παράδειγµα η θερµαντική αξία του ανθρακίτη είναι 31 MJ/Kg. Αυτό σηµαίνει ότι κατά τη καύση 1 Kg ανθρακίτη παράγεται θερµότητα ίση µε 31 MJ.

Καυσαέρια είναι τα προϊόντα της καύσης Καύση του άνθρακα ∆ιακρίνεται: α) σε τέλεια, όταν ο άνθρακας καίγεται προς CO2 (διοξείδιο του άνθρακα).

C + O2 → CO2 β) σε ατελή όταν ο άνθρακας καίγεται προς CO (µονοξείδιο του άνθρακα) 1 C+ O2 → CO 2

Καύση υδρογονανθράκων (H/C) α) Τέλεια καύση: Ο άνθρακας και το υδρογόνο, που περιέχει ο υδρογονάνθρκας, καίγονται αντίστοιχα προς CO2 και H2O.

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O β) Ατελής καύση: Ο άνθρακας καίγεται προς CO ή δε καίγεται καθόλου, οπότε ελευθερώνεται στοιχειακός C (αιθάλη). Το Η2 καίγεται πάντα προς Η2Ο.

C2H4 + 2O2 → 2CO + 2H2O ή C2H4 + O2 → 2C + 2H2O αιθάλη

Προσέξτε: Εάν υπάρχει περίσσεια οξυγόνου τότε γίνεται τέλεια καύση ενώ αν υπάρχει έλλειµµα οξυγόνου τότε γίνεται ατελής καύση.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

81

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις τέλειας καύσης των παρακάτω ενώσεων: α) βουτανίου β) αιθανόλης Απάντηση α) Το βουτάνιο έχει 4 άτοµα άνθρακα και γενικό µοριακό τύπο CνH2ν+2. Άρα ο µοριακός του τύπος είναι: C4H2⋅4+2 ή C4H10 (για ν=4) Τα προϊόντα της τέλειας καύσης του C4H10 είναι CO2 και H2O

C4H10 + O2 → CO2 + H2O Πρώτα φτιάχνουµε τους συντελεστές του άνθρακα και του υδρογόνου στο β΄ µέλος. Έχουµε 4 άτοµα C στο C4H10, βάζουµε συντελεστή 4 στο CO2 Έχουµε 10 άτοµα C στο C4H10, βάζουµε συντελεστή 5 στο Η2O C4H10 + O2 → 4CO2 + 5H2O Υπολογίζουµε τα άτοµα του Ο στο β΄ µέλος της αντίδρασης: 4⋅2 + 5 = 13 άτοµα Ο. Βάζουµε συντελεστή

13 στο Ο2 στο α΄ µέλος 2 13 C4H10 + O2 → 4CO2 + 5H2O 2

β) Η αιθανόλη έχει γενικό µοριακό τύπο CνH2ν+2O. Άρα ο µοριακός της τύπος είναι:

C2H2⋅2+2O ή C2H6O (ν=2) Γράφουµε τα προϊόντα τέλειας καύσης της C2H6O (CO2 και H2O) και φτιάχνουµε τους συντελεστές του άνθρακα και του υδρογόνου στο β΄ µέλος.

C2H6O + O2 → 2CO2 + 3H2O Ο αριθµός των ατόµων του Ο στο β΄ µέλος είναι: 2⋅2 + 3 =7 Αφαιρούµε από τα 7 άτοµα Ο του β΄ µέλους, 1 άτοµο Ο που υπάρχει στο µόριο της C2H6O, οπότε στο α΄ µέλος πρέπει να υπάρχουν άλλα 6 άτοµα Ο. Γι΄ αυτό βάζουµε συντελεστή 3 στο Ο2 στο α΄ µέλος.

C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O 2. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις τέλειας καύσης ενός: α) αλκανίου β) υδρογονάνθρακα Απάντηση α) Ο γενικός µοριακός τύπος των αλκανίων είναι Cν H2ν+2. Τα προϊόντα της τέλειας καύσης του αλκανίου είναι CO2 και H2O

CνH2ν+2 + O2 → CO2 + H2O Έχουµε ν άτοµα C στο α΄ µέλος, βάζουµε συντελεστή ν στο CO2.

82

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Έχουµε 2ν + 2 άτοµα Η στο α΄ µέλος, βάζουµε συντελεστή

2ν + 2 2(ν + 1) =(ν+1) στο = 2 2

Η2Ο.

CνH2ν+2 + O2 → νCO2 + (ν+1)Η2Ο Στο β΄ µέλος της αντίδρασης υπάρχουν 2ν+ν+1 = 3ν+1 άτοµα Ο οπότε βάζουµε 3ν + 1 στο Ο2 στο α΄ µέλος.

2 3ν + 1 O2 → νCO2 + (ν+1)H2O CνH2ν+2 + 2 β) Ο γενικός µοριακός τύπος των υδρογονανθράκων είναι CXHY. Γράφουµε τα προϊόντα της τέλειας καύσης (CO2 και Η2Ο)

συντελεστή

CXHY + O2 → CO2 + H2O Έχουµε x άτοµα C στο α΄ µέλος, βάζουµε συντελεστή x στο CO2

Έχουµε y άτοµα Η στο α΄ µέλος, βάζουµε συντελεστή CXHY + O2 → XCO2 +

Στο β΄ µέλος της αντίδρασης 2x +

y στο Η2Ο 2

y H2O 2

y 4x + y = άτοµα Ο οπότε βάζουµε συντελεστή 2 2

4x + y 4x + y 2 στο Ο2 στο α΄ µέλος. = 2 4 4x + y y CXHY + →XCO2 + H2O 4 2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

83

IIΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Καύση είναι η αντίδραση: α. Μιας οργανικής ουσίας µε το οξυγόνο που συνοδεύεται από παραγωγή φωτός. β. Μιας ανόργανης ουσίας µε το οξυγόνο που συνοδεύεται από παραγωγή θερµότητας και φωτός γ. Μιας ουσίας µε το οξυγόνο που συνοδεύεται από παραγωγή φωτός δ. Μιας ουσίας µε το οξυγόνο που συνοδεύεται από παραγωγή θερµότητας και φωτός.

2. Καύσιµα είναι ουσίες που, όταν αντιδρούν µε το οξυγόνο, µετασχηµατίζουν: α. Μέρος της χηµικής τους ενέργειας σε θερµική β. Όλη τη θερµική τους ενέργεια σε χηµική γ. Μέρος της θερµικής τους ενέργειας σε χηµική δ. όλη τη χηµική τους ενέργεια σε θερµική 3. Από τα παρακάτω, αέριο καύσιµο είναι: α. αιθανόλη β. υδρογόνο γ. ανθρακίτης δ. βενζίνη 4. Καυσαέρια ονοµάζονται: α. Τα αέρια καύσιµα β. Τα αέρια προϊόντα των καύσεων, γ. Τα αέρια προϊόντα της τέλειας καύσης που δεν είναι τοξικά δ. τα αέρια προϊόντα της ατελούς καύσης που δεν είναι τοξικά 5. Η θερµαντική αξία του λιγνίτη είναι 21 MJ/Kg. Αυτό σηµαίνει ότι: α. 1 Kg Λιγνίτη περιέχει ενέργεια ίση µε 21 MJ β. Κατά τη καύση 1 Kg λιγνίτη παράγονται 21⋅103 J γ. Κατά τη καύση 1 Kg λιγνίτη παράγονται 21⋅106 J δ. Ο λιγνίτης έχει µεγάλη αξία (είναι ακριβός)

84

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IV. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Απλές ασκήσεις τέλειας άσκησης Οι ασκήσεις καύσης ανήκουν στις ασκήσεις µε στοιχειοµετρικούς υπολογισµούς. Σε κάθε χηµική αντίδραση οι ποσότητες των σωµάτων που αντιδρούν (αντιδρώντων) και των σωµάτων που παράγονται (προϊόντων) βρίσκονται σε µία σταθερή σχέση µεταξύ τους. Η σχέση αυτή καθορίζεται από τους συντελεστές των αντιδρώντων και των προϊόντων στη χηµική εξίσωση. Οι συντελεστές αυτοί καθορίζουν: i. την αναλογία ατόµων και µορίων, άρα και την αναλογία mol των σωµάτων που µετέχουν στην αντίδραση. ii. την αναλογία όγκων, µετρηµένων στις ίδιες συνθήκες, των αέριων σωµάτων που µετέχουν στην αντίδραση. Με άλλα λόγια η αναλογία των συντελεστών των σωµάτων σε µια χηµική εξίσωση είναι ίδια µε την αναλογία mol των σωµάτων ή την αναλογία όγκων των σωµάτων (όταν πρόκειται για αέρια σώµατα) που µετέχουν στην αντίδραση. Με χρήση της αναλογίας αυτής µπορούµε να κάνουµε δίάφορους υπολισµούς των ποσοτήτων των αντιδρώντων και των προϊόντων µιας αντίδρασης. Οι υπολογισµοί αυτοί ονοµάζονται στοιχειοµετρικοί υπολογισµοί. Π.χ. από τη χηµική εξίσωση καύσης του CH4: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

έχουµε ότι: 1mol CH4 αντιδρά µε 2 mol Ο2 και παράγονται 1mol CO2 και 2mol Η2Ο ή 1L CH4 αντιδρά µε 2 L Ο2 και παράγονται 1L CO2 και 2 L Η2Ο (γιατί όλα τα σώµατα που µετέχουν στην αντίδραση είναι αέρια).

Οι ασκήσεις που περιλαµβάνουν µία µόνο αντίδραση καύσης αποτελούν απλά στοιχειοµετρικά προβλήµατα. Η πορεία που ακολουθούµε για να λύσουµε τις ασκήσεις αυτής της κατηγορίας είναι συνήθως η ακόλουθη: i. Αρχικά γράφουµε σωστά, ποιοτικά και ποσοτικά, τη χηµική εξίσωση της καύσης που αναφέρει η εκφώνηση. ii. Συνδέουµε τα mol όλων των σωµάτων που αναφέρονται στην εκφώνηση (τα δεδοµένα) µε τα mol των σωµάτων που ζητούνται (τα ζητούµενα), σύµφωνα µε τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης. iii. Βρίσκουµε τα mol ως εξής: m α) όταν γνωρίζουµε τη µάζα, (m): n = Mr β) όταν γνωρίζουµε τον όγκο (V), ενός αερίου: P⋅V = n⋅R⋅T ⇒ n = ειδικά σε STP

P⋅V R⋅T

1 mol 22,4 L ; n mol VL

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

85

Λυµένες Ασκήσεις 1. Καίγονται 32 g CH4 µε περίσσεια οξυγόνου. Πόσα λίτρα οξυγόνου καταναλώθηκαν, πόσα λίτρα διοξειδίου του άνθρακα CO2 και πόσα γραµµάρια νερού παράχθηκαν; Οι όγκοι µετρήθηκαν σε πρότυπες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. ∆ίνονται: ArC: 12, ArH: 1. Λύση Υπολογίζουµε τα mol του CH4. Για το CH4 το Μr = 12 + 4⋅1 = 16 Άρα n =

m 32 = mol ⇒ n = 2 mol Mr 16

Γράφουµε την αντίδραση της καύσης και υπολογίζουµε τα mol των ζητούµενων του προβλήµατος: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 2 mol α=; β=; γ=; Άρα

α = 4 mol O2 β = 2 mol CO2 γ = 4 mol H2O

Μετατρέπουµε τα mol σε g ή σε L (πρότυπες συνθήκες). Για το Ο2:

V = n⋅22,4 = 4⋅22,4 ⇒ V = 89,6 L

Για το CO2:

V = n⋅22,4 = 2⋅22,4 ⇒ V = 44,8 L

Για το H2O:

m = n⋅MB = 4⋅18

⇒ m = 72 g

2. Πόσα λίτρα αέρα (περιεκτικότητας 20% v/v σε Ο2) απαιτούνται για την πλήρη καύση 10 L αιθανίου; Οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. Λύση Επειδή όλα τα σώµατα που µετέχουν στην αντίδραση είναι αέρια και οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης, η αναλογία των mol είναι και αναλογία όγκων. Γράφουµε την αντίδραση της καύσης για να υπολογίσουµε τον όγκο του Ο2, που απαιτείται για την καύση.

7 C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O 2 1L 3,5 L 10 L x=; άρα x = 35 L O2

86

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Αφού η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο είναι γνωστή, υπολογίζουµε τον απαιτούµενο όγκο του αέρα. Στα 100 L αέρα περιέχονται 20 L O2 V=; αέρα περιέχονται 35 L O2 Άρα V = 175 L αέρα.

3. Θεωρώντας ότι η αµόλυβδη βενζίνη αποτελείται µόνο από ισοµερή του οκτανίου και ότι έχει πυκνότητα 0,741 g/mL: α. Να υπολογίσετε πόσα mol οκτανίου περιέχονται σε ένα λίτρο βενζίνης. β. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση της τέλειας καύσης του οκτανίου στον αέρα. γ. Πόσα λίτρα διοξειδίου του άνθρακα (σε πρότυπες συνθήκες) σχηµατίζονται κατά την καύση ενός λίτρου βενζίνης; δ. Να υπολογίσετε το ποσό της θερµότητας που εκλύεται κατά την καύση ενός λίτρου βενζίνης µε δεδοµένο ότι η θερµαντική αξία της είναι 35 MJ/kg. ∆ίνονται ατοµικά βάρη: C:12, H:1 Λύση α. Θα υπολογίσουµε τη µάζα της βενζίνης µέσω της πυκνότητας: m 0,741 g ⇒ m = ρ⋅V = ⋅ 1000 mL = 741g βενζίνης.

V mL Αφού η βενζίνη θεωρείται ότι αποτελείται µόνο από ισοµερή οκτανίου, έχει Μ.Τ.

ρ=

C8H18 και Mr = 8⋅12 + 18⋅1 = 114. n=

m 741 = = 6,5 mol C8H18 Mr 114

β. C8H18 + γ. 1mol ή 1mol 6,5mol

25 O2 → 8CO2 + 9H2O 2 8 mol 8 ⋅ 22,4 L (πρότυπες συνθήκες) x;

x = 6,5 ⋅ 8 ⋅ 22,4 = 1164,8 L CO2 δ. Από τη θερµαντική αξία της βενζίνης υπολογίζουµε το ποσό της θερµότητας που εκλύεται κατά την καύση ενός λίτρου βενζίνης, δηλαδή 741 g βενζίνης. Άρα: Κατά την καύση: 1kg βενζίνης εκλύνονται 35 MJ Κατά την καύση: 0,741 kg βενζίνης εκλύνονται ψ; MJ

ψ = 0,741 ⋅ 35 = 25,935 MJ

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

87

4. Καίγονται 4,4 g αλκανίου και παράγονται 7,2 g υδρατµών. Να προσδιορισθεί ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα και να δοθεί η ονοµασία του. ∆ίνονται ατοµικά βάρη: C:12, H:1, O:16. Λύση Ο γενικός τύπος του αλκανίου είναι CνH2ν+2 και η σχετική µοριακή του µάζα είναι Mr = 12ν + (2ν+2)⋅1 = 14ν+2. Τα 4,4 g αλκανίου είναι έστω x mol και ισχύει: 4,4 (1) 14ν + 2 3ν + 1 CνH2ν+2 + Ο2 ⇒ νCO2 + (ν+1)Η2Ο 2 1 mol (ν+1) mol x=

x mol

;=(ν+1)⋅x mol

Προκύπτουν (ν+1)⋅x mol Η2Ο που έχουν µάζα 7,2 g. Η σχετική µοριακή µάζα του Η2Ο είναι: Μr = 16+2⋅1 = 18 και ισχύει: nH2 O =

mH2 O Mr

⇒ (ν + 1)x =

7,2 0,4 ⇒ (ν + 1)x = 0,4 ⇒ x = 18 ν +1

( 2)

Τα πρώτα µέλη των εξισώσεων (1) και (2) είναι ίσα, άρα και τα δεύτερα οπότε: 4,4 0,4 = ⇒ν=3 14ν + 2 ν + 1 Άρα ο µοριακός τύπος του αλκανίου είναι C3H8 και ονοµάζεται προπάνιο.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Καίγονται 56 g αιθενίου µε την απαιτούµενη ποσότητα αέρα. Να βρείτε: α. Τον όγκο του αέρα που απαιτείται σε πρότυπες συνθήκες. β. Τη µάζα των υδρατµών που παράχθηκε. Ο αέρας περιέχει 20% v/v Ο2. Απ: α. 672 L, β. 72g 2. Καίγονται 10 L C3H8 τέλεια µε την απαιτούµενη ποσότητα οξυγόνου. Να βρεθεί ο όγκος των καυσαερίων. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας. Απ: 30 L CO2, 40 L H2O 3. Το ρεζερβουάρ ενός αυτοκινήτου έχει χωρητικότητα σε υγρά καύσιµα 71,25 L. Αν θεωρήσουµε ότι η βενζίνη που θα το γεµίσει είναι καθαρό οκτάνιο πυκνότητας ρ=0,8 g/mL και η θερµαντική αξία της βενζίνης είναι 35 MJ/kg, να υπολογίσετε: α. Πόσα kg CO2 θα εκλυθούν από την εξάτµιση του αυτοκινήτου µέχρι να αδειάσει το ρεζερβουάρ. β. Τη θερµική ενέργεια που αποδίδεται από την καύση της βενζίνης για µία διαδροµή 500 km. 1 L βενζίνης καταναλώνεται κάθε 10 km.

88

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. Τη θερµαντική αξία της βενζίνης σε KJ/mol.

4.

5.

6.

7.

8.

Απ: 176kg CO2, 1400MJ, (0,3 ⋅10-3) KJ/mol Καίγονται 4,4 g αλκανίου µε 32 g Ο2 και παράγονται 7,2 g υδρατµών. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκανίου και την ποσότητα του Ο2 που περίσσεψε. Απ: C3H8, 16g 6 g κορεσµένης µονοσθενούς αλδεΰδης, για να καούν τέλεια, χρειάζονται 6,4 g Ο2. Να βρείτε το µοριακό τύπο και το όνοµα της αλδεΰδης. Απ:HCHO Καίγεται ορισµένος όγκος υδρογονάνθρακα CXHY, µε περίσσεια O2 και παράγεται τετραπλάσιος όγκος διοξειδίου του άνθρακα και πενταπλάσιος όγκος υδρατµών. Αν οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας να προσδιοριστούν: α. Ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα β. Οι δυνατοί συντακτικοί τύποι και τα ονόµατά τους. Απ: α. C4Η10 β. Βουτάνιο, µεθυλο-προπάνιο Ποιος αέριος υδρογονάνθρακας, κατά την καύση του, δίνει διπλάσιο όγκο CO2 και διπλάσιο όγκο υδρατµών; Απ: C2H4 Υγρός υδρογονάνθρακας έχει πυκνότητα 0,72 g/mL. Καίγονται 10 mL του υδρογονάνθρακα αυτού µε περίσσεια οξυγόνου, οπότε παράγονται 22 g CO2 και 21,6 g H2O. Να βρείτε το µοριακό τύπο και τα συντακτικά ισοµερή του υδρογονάνθρακα. Απ: C5H12

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

89

B. ∆έσµευση καυσαερίων µετά από τέλεια καύση ένωσης µε αέρα. Τέλεια καύση µε CuO. Για τις ασκήσεις αυτές πρέπει να γνωρίζουµε τα εξής: α. ∆ιοχέτευση των αερίων της καύσης µέσα από αφυδατικό µέσο (πυκνό H2SO4, άνυδρο CaCl2, P2O5) έχει ως αποτέλεσµα τη δέσµευση των υδρατµών. Άρα η αύξηση της µάζας του αφυδατικού είναι ίση µε τη µάζα των υδρατµών (H2O) που παράχθηκε από την καύση της οργανικής ένωσης. Επίσης, η µείωση του όγκου των καυσαερίων, που προκαλείται όταν αυτά διέλθουν µέσα από αφυδατικό µέσο, είναι ίση µε τον όγκο των υδρατµών (Η2Ο). β. ∆ιοχέτευση των αερίων της καύσης, µετάτηναποµάκρυνση των υδρατµών, µέσα από διάλυµα βάσης, έχει ως αποτέλεσµα τη δέσµευση του CO2. Εποµένως η αύξηση της µάζας του διαλύµατος της βάσης είναι ίση µε τη µάζα του CO2 που παράχθηκε από την καύση της οργανικής ένωσης. Επίσης η µείωση του όγκου των καυσαερίων, που προκαλείται όταν αυτά διέλθουν µέσα από διάλυµα βάσης, είναι ίση µε τον όγκο του CO2. Προσέξτε: Αν δεν έχουν αποµακρυνθεί νωρίτερα οι υδρατµοί, διαβιβάζοντας τα καυσαέρια σε διάλυµα βάσης, εκτός από το CO2, δεσµεύονται και οι υδρατµοί γιατί υγροποιούνται από το ψυχρό διάλυµα βάσης. γ. Εάν η αρχική ποσότητα του Ο2 είναι µεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για την τέλεια καύση της ένωσης, τότε στα καυσαέρια υπάρχει και Ο2. ∆ιοχέτευση των καυσαερίων µέσα σε διάλυµα πυρογαλόλης ή σε φώσφορο έχει ως αποτέλεσµα τη συγκράτηση του Ο2. Η αύξηση της µάζας του διαλύµατος πυρογαλόλης ή του φωσφόρου, είναι ίση µε τη µάζα του Ο2 που περίσσεψε από τη καύση της οργανικής ένωσης. Επίσης η µείωση του όγκου των καυσαερίων που προκαλείται όταν αυτά διέλθουν από φώσφορο, είναι ίση µε τον όγκο του Ο2 που περίσσεψε από τη καύση της ένωσης. δ. Ψύξη των προϊόντων της καύσης, ή αναγωγή των καυσαερίων σε θερµοκρασία δωµατίου (συνήθη θερµοκρασία 25ο C) σηµαίνει υγροποίηση των υδρατµών. Εποµένως στο συνολικό όγκο των καυσαερίων δεν υπολογίζουµε το νερό (H2O). Επίσης η µείωση του όγκου των καυσαερίων, που προκαλείται κατά την ψύξη τους, είναι ίση µε τον όγκο των υδρατµών που παράχθηκαν από τη καύση της οργανικής ένωσης και υγροποιήθηκαν. ε. Η καύση οργανικής ένωσης µπορεί να γίνει από ερυθροπυρωµένο CuO που βρίσκεται σε κατάλληλο σωληνα, απουσία Ο2. Για παράδειγµα: CH4 + 4CuO → CO2 + 2H2O + 4Cu Όπως παρατηρείτε, από τη παραπάνω αντίδραση, στο σωλήνα αρχικά υπάρχει CuO, ενώ τελικά στο σωλήνα αποµένει Cu. Έτσι η µάζα του σωλήνα ελαττώνεται κατά

90

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

∆m µε ∆m = mCuO (αντιδρά) – mCu = nCuO ⋅ Mr CuO – nCuAr Cu = nCuO(Ar Cu + Ar O) – nCuO ⋅ Ar Cu = nCuO ⋅ Ar O = nCuO = 16, όπου nCuO τα mol του CuO που αντέδρασαν. στ. Όταν η καύση οργανικής ένωσης γίνεται µε αέρα (αντί µε καθαρό Ο2), τότε το Ν2 του αέρα δε συµµετέχει στην αντίδραση της καύσης, αλλά υπάρχει σε ελεύθερη µορφή στα καυσαέρια. Σχεδόν πάντα, στα προβλήµατα καύσης µε αέρα, η σύσταση του αέρα δίνεται ότι είναι 20% κ.ό. Ο2 (κ.ό.ή v/v). ∆ηλαδή στους 100 όγκους του αέρα, οι 20 όγκοι είναι Ο2 και οι 80 όγκοι είναι Ν2. Οπότε προκύπτουν οι σχέσεις: VN2 = 4 VO 2 ,

Vαέρα = 5 VO 2 , nN2 = 4nO 2 , nαέρα = 5nO 2

Όταν σε άσκηση αναφέρεται ότι ένωση καίγεται µε τον απαιτούµενο όγκο αέρα, σηµαίνει ότι ο αέρας που διατίθεται για την καύση περιέχει τόσο ακριβώς Ο2, όσο χρειάζεται για την τέλεια καύση. Ο όγκος του Ν2 του αέρα στα καυσαέρια είναι τετραπλάσιος του όγκου του Ο2 που απαιτήθηκε για την τέλεια καύση. ζ. Αν σε µία άσκηση αναφέρεται ότι η ποιοτική ανάλυση έδειξε ότι ένωση περιέχει C και Η ή κατά την καύση οργανικής ένωσης σχηµατίζεται CO2 και Η2Ο, θα συµβολίζουµε την ένωση CxHyOz (η ποιοτική ανάλυση δεν δίνει πληροφορίες για την ύπαρξη Ο στην ένωση), ενώ αν αναφέρεται ότι η ποσοτική ανάλυση έδειξε ότι η ένωση περιέχει C και Η ή είναι υδρογονάνθρακας, θα συµβολίζουµε την ένωση CxHy. Όµοια, αν αναφέρεται ότι η ποιοτική ανάλυση οργανικής ένωσης έδειξε ότι περιέχει C, H, N ή µε καύση σχηµατίζεται CO2, H2O και Ν2, θα συµβολίζουµε την ένωση CxHyOzNw, ενώ αν η ποσοτική ανάλυση έδειξε ότι η οργανική ένωση περιέχει C, H, N θα συµβολίζουµε την ένωση CxHyNy. Η γενική αντίδραση της τέλειας καύσης είναι: CxHyOzNw +

y w 4 x + y − 2z O2 xCO2 + H2O + N2.

4 2 2

Λυµένες Ασκήσεις 1. 8 L αλκενίου αναµειγνύονται µε 275 L ατµοσφαιρικού αέρα (20% v/v Ο2, 80% v/v N2) και το µείγµα αναφλέγεται. Στα καυσαέρια βρέθηκαν 7 L οξυγόνου. α. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του αλκενίου; β. Ποια άλλα αέρια και σε ποιες ποσότητες περιέχονται στα καυσαέρια µετά τη διαβίβαση αυτών σε διάλυµα Η2SO4; Ποια είναι η επί % v/v περιεκτικότητα των καυσαερίων; Λύση α. Ο γενικός µοριακός τύπος του αλκενίου είναι CvH2v. Στα καυσαέρια υπάρχουν 7 L οξυγόνου, άρα το αλκένιο καίγεται πλήρως. Η αντίδραση τέλειας (πλήρους) καύσης είναι:

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

91

3v O2 vCO2 + vH2O 2 3v 1L L vL vL 2 3v 8L ; ⋅ 8 L ;v⋅ 8L ;v⋅ 8L 2 Από τη σύσταση του αέρα, υπολογίζουµε τον όγκο του Ο2 και του Ν2 στην αρχική ποσότητα του ατµοσφαιρικού αέρα. Στα 100 L αέρα περιέχονται 20 L O2 και 80 L N2 Στα 275 L αέρα περιέχονται x1 ; L O2 και x2 ; L N2 CvH2v +

275 = 55 L. 100 275 x2 = 80 ⋅ = 220 L. 100 Τελικά, στα καυσαέρια υπάρχουν 7 L οξυγόνου, δηλαδή καταναλώθηκαν στην καύση (55-7) L = 48 L οξυγόνου. Εποµένως ισχύει: 3v ⋅ 8 = 48 ⇒ v = 4.

2 Άρα ο µοριακός τύπος του αλκενίου είναι C4H8.

x1 = 20 ⋅

β. Κατά τη διαβίβαση των καυσαερίων σε διάλυµα H2SO4 δεσµεύονται οι υδρατµοί. Τα καυσαέρια που αποµένουν περιέχουν CO2, O2 που περίσσεψε και όλη την ποσότητα του Ν2. Οι ποσότητες των σωµάτων στα καυσαέρια είναι: VCO 2 = v⋅ 8 = 4⋅ 8 L = 32 L VO 2 ( περίσσεια ) = 7 L VΝ 2 ( αέρα ) = 220 L

Η % v/v περιεκτικότητα των καυσαερίων είναι: Vκαυσαερίων = VCO 2 + VO 2 ( περίσσεια ) + VN2 ( αέρα ) = (32 + 7 + 220 ) L = 259 L .

Σε 259 L καυσαερίων περιέχονται 32 L CO2, 7 L O2 και 220 L N2 Σε 100 L καυσαερίων περιέχονται x3 ; L CO2, x4 ; L O2 και x5 ; L N2 100 = 12,36 L CO2.

259 100 x4 = 7 ⋅ = 2,70 L O2.

259 100 x5 = 220 ⋅ = 84,94 L N2.

259 Άρα τα καυσαέρια είναι 12,36% v/v CO2, 2,70% v/v O2 και 84,94% v/v N2.

x3 = 32 ⋅

92

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2. 6 g ατµών οργανικής ένωσης θερµαίνονται µέσα σε σωλήνα που περιέχει CuO. Μετά την πλήρη καύση της ένωσης, τα αέρια που σχηµατίζονται ψύχονται και στη συνέχεια διαβιβάζονται σε διάλυµα ΚΟΗ, του οποίου αυξάνεται το βάρος κατά 8,8 g. Ο σωλήνας που περιέχει το CuO παρουσιάζει τελικά µείωση του βάρους του κατά 6,4 g. Ίδια ποσότητα ατµών της οργανικής ένωσης (6 g) που βρίσκονται σε δοχείο V = 8,2 L σε θερµοκρασία 127οC ασκούν πίεση 0,4 atm. Να βρείτε το µοριακό τύπο της ένωσης. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Λύση Ο γενικός µοριακός τύπος της ένωσης είναι CxHyOz. Θεωρούµε ότι η ένωση περιέχει και οξυγόνο γιατί από τα προϊόντα της καύσηε δεν είναι δυνατό να εκτιµήσουµε ανα πραγµατικά έχει. Έστω ότι τα 6 g ένωσης είναι α mol. Η αντίδραση πλήρους καύσης είναι: 4 x + y − 2z y 4 x + y − 2z CuO xCO2 + H2O + Cu CxHyOz + 2 2 2 4 x + y − 2z y 4 x + y − 2z mol x mol mol 1 mol mol 2 2 2 4 x + y − 2z y 4 x + y − 2z α mol ; ⋅α ;x⋅ α ; ⋅α ; ⋅α 2 2 2 Η σχετική µοριακή µάζα της ένωσης είναι: Μr = 12x + y + 16z. Οπότε είναι: α=

m 6 ⇒α= Mr 12x + y + 16z

(1).

Κατά την ψύξη των αερίων της καύσης, πραγµατοποιείται υγροποίηση των υδρατµών. Κατά τη διαβίβασή τους στη συνέχεια σε διάλυµα ΚΟΗ, δεσµεύεται το CO2. Η αύξηση του βάρους του διαλύµατος ΚΟΗ είναι ίση µε την αύξηση της µάζας του CO2. Εποµένως: mCO 2 = 8,8 ⇒ nCO 2 ⋅ Mr ⋅CO 2 = 8,8 ⇒ x ⋅ α ⋅ 44 = 8,8 ⇒ x ⋅ α = 0,2 (2) Η µείωση του βάρους του σωλήνα που περιέχει το CuO οφείλεται στο βάρος του οξυγόνου που αντέδρασε: mCuO – mCu = 6,4 ⇒ nCuO ⋅Mr⋅CuO - nCu⋅ Ar Cu = 6,4 ⇒ 4 x + y − 2z 4 x + y − 2z ⋅ α(Ar Cu + Ar O) ⋅ α ⋅ Αr Cu = 6,4 ⇒ 2 2 4 x + y − 2z 4 x + y − 2z ⇒ ⋅ α⋅ Ar O = 6,4 ⇒ ⋅ α⋅ 16 = 6,4 ⇒ 2 2

⇒

⇒ (4x + y – 2z) ⋅ α = 0,8 (3) Μπορούµε να προσδιορίσουµε τη σχετική µοριακή µάζα της οργανικής ένωσης εφαρµόζοντας τη καταστατική εξίωση. m m⋅R ⋅T P⋅V = n⋅R⋅T ⇒ P⋅V= ⋅ R ⋅ T ⇒ Mr = ⇒ Mr P⋅V

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

93

L ⋅ atm ⋅ (273 + 127) K mol ⋅ K ⇒ Mr = 60 g/mol .

0,4 atm ⋅ 8,2 L

6 g ⋅ 0,082 ⇒ Mr =

Άρα 12x + y + 16z = 60 (4) Από (1), (2), (3) και (4) είναι: α = 0,1 mol z=2 x=2 y=4 Ο µοριακός τύπος της ένωσης είναι: C2H4O2.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Αναµειγνύουµε 10 L C2H4 µε 200 L αέρα και το µείγµα αναφλέγεται. Να βρεθεί η σύσταση των καυσαερίων που προκύπτουν από την παραπάνω καύση µετά την αποµάκρυνση των υδρατµών µε ψύξη των καυσαερίων. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. Απ: 160 L N2, 10 L O2, 20 L CO2 2. 1,12 L αερίου υδρογονάνθρακα, µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες, καίγονται τέλεια. Τα αέρια της καύσης, όταν διέρχονται µέσα από σωλήνα που περιέχει H2SO4, αυξάνουν το βάρος του σωλήνα κατά 2,7 g. Στη συνέχεια, όταν διαβιβάζονται µέσα από διάλυµα βάσης, αυξάνεται το βάρος του διαλύµατος κατά 4,4 g. Να βρείτε το µοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα. Απ: C2H6 3 3. Αέριος υδρογονάνθρακας όγκου 10 cm αναµειγνύεται µε 50 cm Ο2 και το µείγµα που δηµιουργείται αναφλέγεται. Ο όγκος των προϊόντων της καύσης, µετά την ψύξη τους στη συνήθη θερµοκρασία, βρέθηκε ίσος προς 40 cm3, από τα οποία τα 20 cm3 απορροφώνται κατά την κατεργασία τους µε διάλυµα NaOH, ενώ τα υπόλοιπα δεσµεύονται από φώσφορο. Να βρείτε το µοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας. Απ: C2H4 4. 5,4 g αλκινίου καίγονται τέλεια µε CuO. Η µάζα του σωλήνα που περιέχει το CuO ελαττώνεται µετά την καύση κατά 17,6 g. α. Πού οφείλεται η µείωση της µάζας του σωλήνα που περιέχει το CuO; Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκινίου και τα συντακτικά του ισοµερή. β. Τα αέρια της καύσης διοχετεύονται σε ψυχρό διάλυµα NaOH. Πόσο θα αυξηθεί το βάρος του διαλύµατος του NaOH; Απ: α. C4H6, β. 23 g 5. 2,24 L αλκενίου, µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες, καίγονται τέλεια και τα καυσαέρια διαβιβάστηκαν σε κορεσµένο διάλυµα Ca(OH)2. Παραλάβαµε, µε διήθηση, το ίζηµα που σχηµατίστηκε, το ξηράναµε και υπολογίσαµε τη µάζα του ίση µε 20 g. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Απ: C2H4

94

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

6. Αλκένιο καίγεται µε την απαιτούµενη ποσότητα αέρα. Τα σώµατα που προκύπτουν µετά την καύση, χωρίς να ψυχθούν, έχουν όγκο 16 φορές µεγαλύτερο από τον όγκο του αλκενίου. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Σύσταση ατµοσφαιρικού αέρα: 20% v/v O2, 80% v/v N2. Απ: C2H4 7. Ορισµένη ποσότητα παραφίνης καίγεται µε ποσότητα αέρα (20% v/v O2, 80% v/v N2) διπλάσια απ΄ αυτήν που απαιτείται για την τέλεια καύση της. Ο όγκος των σωµάτων µετά την καύση και την ψύξη είναι 48 φορές µεγαλύτερος από τον όγκο της παραφίνης. Αν όλοι οι όγκοι είναι µετρηµένοι στις ίδιες συνθήκες, να βρείτε το µοριακό τύπο της παραφίνης. (Παραφίνες ονοµάζονται τα αλκάνια). Απ: C3H8

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

95

B. Καύση µείγµατος. Όταν έχουµε καύση µείγµατος γράφουµε την αντίδραση καύσης καθενός συστατικού του µείγµατος ξεχωριστά και θεωρούµε x mol από το ένα συστατικό του µείγµατος και y mol από το άλλο. Αν έχουµε όγκους αερίων σωµάτων µετρηµένους σε ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας, θεωρούµε x όγκους (L ή mL) από το ένα συστατικό του µείγµατος, y όγκους από το άλλο και από τη σχέση συντελεστών της αντίδρασης βγάζουµε σχέση όγκων.

Λυµένες Ασκήσεις 1. 30 mL µείγµατος αιθανίου και αιθινίου καίγονται πλήρως από 95 mL οξυγόνου, που µετρήθηκαν στην ίδια θερµοκρασία και πίεση. α. Ποια είναι η επί % v/v σύσταση του αρχικού µείγµατος των υδρογονανθράκων; β. Ποιος είναι ο όγκος των καυσαερίων µετά την ψύξη τους; Λύση α. Έστω ότι το µείγµα αποτελείται από x mL αιθανίου (C2H6) και y mL αιθινίου (C2H2). Τα δύο συστατικά του µείγµατος καίγονται πλήρως. Οι αντιδράσεις καύσης είναι: 7 C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O 2 7 x 2x 3x 2 5 C2H2 + O2 2CO2 + H2O 2 5 mL: y y 2y y 2 Vµείγµατος = VC 2H6 + VC 2H2 ⇒ 30 = x + y

mL: x

7 5 x + y = 95 ⇒ 7 x + 5 y = 190 2 2 Από (1) και (2) είναι x = 20 mL y = 10 mL Άρα το αρχικό µείγµα αποτελείται από 20 mL µείγµατος είναι (20+10) mL = 30 mL. Εποµένως: Σε 30 mL µείγµατος περιέχονται 20 mL C2H6 Σε 100 mL µείγµατος περιέχονται x1 ; mL C2H6 VO 2 = 95 mL ⇒

x1 = 20 ⋅

96

(1) (2)

C2H6 και 10 mL C2H2. Ο όγκος του

και και

10 mL C2H2 x2 ; mL C2H2

100 = 66,67 mL. 30

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

100 = 33,33 mL. 30 Άρα, η επί % v/v σύσταση του αρχικού µείγµατος είναι 66,67% v/v C2H6 και 33,33% v/v C2H2.

x2 = 10 ⋅

β. Κατά την ψύξη των καυσαερίων, οι υδρατµοί υγροποιούνται. Το µοναδικό αέριο που αποµένει είναι το διοξείδιο του άνθρακα. Ο όγκος του αερίου είναι: VCO 2 = 2x + 2y = (2 ⋅ 20 + 2 ⋅ 10 ) mL = 60 mL

2. Πόσα L οξυγόνου, µετρηµένα στις ίδιες συνθήκες, απαιτούνται για τέλεια καύση 8 L µείγµατος 48% w/w C2H6 και 52% C2H2; Λύση Στα 100 g µείγµατος υπάρχουν 48 g C2H6 και 52 g C2H2 Βρίσκουµε τα mol κάθε σώµατος: 48 = 1,6 mol 30 52 nC 2 H 2 = = 2 mol 3026 Η αναλογία mol C2H6 και C2H2 είναι 1,6:2. Η αναλογία mol για αέρια σώµατα, στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας, είναι και αναλογία όγκων: nC 2 H 6 =

VC 2H6 VC 2H6 + VC 2H2

=

VC 2H6 1,6 1,6 1,6 ⇒ = ⇒ VC 2H6 = 8 ⋅ = 3,56 L 1,6 + 2 Vολ.

3,6 3,6

VC 2H2 = Vολ. − VC 2H6 = 8L − 3,56L = 4,44L

Οι αντιδράσεις καύσης είναι: 7 O2 2CO2 + 3H2O 2 7 3,56 L .3,56 L 2 5 C2H2 + O2 2CO2 + H2O 2 5 4,44 L .4,44 L 2 Άρα ο όγκος του οξυγόνου είναι: C2Η6 +

5 7  VO 2 =  ⋅ 3,56 + ⋅ 4,44  = 23,56 L 2 2  

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

97

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Ισοµοριακό µείγµα µεθανίου και προπανίου έχει µάζα 12 g. α. Να βρείτε τη µάζα και τον όγκο, σε κανονικές συνθήκες, του κάθε συστατικού του αερίου µείγµατος. β. Αν κάψουµε το παραπάνω µείγµα και διαβιβάσουµε τα θερµά καυσαέρια σε ψυχρό διάλυµα καυστικού νατρίου, κατά πόσο θα αυξηθεί η µάζα αυτού του διαλύµατος; (Υπόδειξη: Ισοµοριακό λέγεται το µείγµα που περιέχει ίσα mol από κάθε συστατικό).

Απ: α. 3,2 g, 8,8 g, 4,48 L β. 56,8 g 2. ∆ιαπιστώθηκε ότι σε κάθε 100 L βιοαερίου περιέχονται 60 L CH4 και 40 L CO2. Να υπολογίσετε: α. Τον όγκο του ατµοσφαιρικού αέρα που καταναλώνεται όταν καίγονται πλήρως 56 L αυτού του βιοαερίου, καθώς και τον όγκο του CO2 που περιέχεται στα καυσαέρια. β. Το ποσό της θερµότητας που ελευθερώνονται από την παραπάνω καύση αν γνωρίζουµε ότι, εάν καεί 1 kg του συγκεκριµένου βιοαερίου, εκλύεται θερµότητα ίση µε 20 ΜJ. Οι όγκοι όλων των αερίων δίνονται και ζητούνται σε κανονικές συνθήκες. Απ: α. 336 L αέρα, 56 L CO2 β. 1,36 MJ 3. Μια θερµάστρα λειτουργεί µε υγραέριο περιεκτικότητας 27,5% w/w σε προπάνιο και 72,5% w/w σε βουτάνιο. Η ωριαία κατανάλωση της συσκευής αυτής είναι 320 g υγραερίου. α. Να υπολογίσετε τον όγκο του οξυγόνου που καταναλώνεται, καθώς και τον όγκο του CO2 που παράγεται σε πέντε ώρες λειτουργίας αυτής της συσκευής. β. Αν υποτεθεί ότι η θερµάστρα αυτή λειτουργεί σε ένα ερµητικά κλειστό δωµάτιο όγκου 56 m3, πόσο τοις εκατό θα µειωθεί η ποσότητα του οξυγόνου στο δωµάτιο; Να θεωρήσετε ότι ο ατµοσφαιρικός αέρας περιέχει 20 % v/v Ο2. Ο γραµµοµοριακός όγκος είναι 24 L. Απ: α. 4.320 L O2, 2.640 L CO2 β. 38,6% 4. Όπως είναι γνωστό, το βιοαέριο αποτελείται από µεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Για την τέλεια καύση 10 L βιοαερίου, καταναλώθηκαν 12,8 L οξυγόνου. α. Να βρείτε την επί % v/v σύσταση του βιοαερίου. β. Αν αναµείξουµε άλλα 10 L από το βιοαέριο µε 100 L αέρα και αναφλέξουµε το µείγµα, ποιοι θα είναι οι όγκοι των καυσαερίων µετά την ψύξη τους; Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Η σύσταση του αέρα: 20% v/v O2 και 80% v/v N2. Απ: α. 64% v/v CH4 β. 7,2 L O2, 80 L N2, 10 L CO2 5. Κάψαµε 5 g οινοπνεύµατος. Το οινόπνευµα είναι µείγµα αιθανόλης και νερού. ∆ιαβιβάσαµε τα καυσαέρια αρχικά σε µία φιάλη µε πυκνό H2SO4 και στη συνέχεια σε ένα ποτήρι που περιείχε πυκνό διάλυµα NaOH. Η µάζα του ποτηριού µε το NaOH ήταν αρχικά 304,2 g, ενώ µετά τη διαβίβαση των καυσαερίων έγινε 313 g. Να υπολογίσετε: α. Την επί % w/w περιεκτικότητα του οινοπνεύµατος σε νερό.

98

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

β. Την αύξηση της µάζας της φιάλης. Απ: α. 8% w/w β. 5,8 g 6. Βενζίνη αποτελείται από επτάνιο και οκτάνιο µε αναλογία mol 1:2. Πόσος όγκος αέρα (20% v/v O2), σε πρότυπες συνθήκες, θα χρειαστεί για την καύση 656 g της βενζίνης. Απ: 8064 L 7. 400 L µείγµατος CH4 και C2H2, µε κατά όγκο αναλογία 1:3 αντίστοιχα, καίγονται τέλεια µε αέρα (20% v/v O2). α. Ποιος ο όγκος του αέρα που απαιτήθηκε για την καύση; Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. β. Ποια η επί % w/w σύσταση του µείγµατος. Απ: α. 4.750 L β. 83% w/w C2H2 8. Μείγµα CH4 και C2H4 αναµειγνύεται µε περίσσεια Ο2 και καίγεται. Μετά την καύση και την ψύξη, έχουµε ελάττωση του όγκου κατά 20 cm3. Αν ο όγκος του CO2 που παράγεται είναι 16,5 cm3, ποιος ο όγκος κάθε συστατικού του µείγµατος; Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Απ: 3,5 cm3 CH4 - 6,5 cm3 C2H4 9. Μείγµα CH4, C2H4 και C2H6 καίγεται τέλεια µε την αναγκαία ποσότητα αέρα (20% v/v O2). Οι όγκοι του C2H4 και του C2H6 είναι ίσοι. Μετά την καύση, η αναλογία mol Ν2 και CO2 είναι 20:3. Να βρεθεί η επί % v/v αναλογία του µείγµατος. Απ: 20% - 40% - 40% 3 10. Μείγµα αλκινίου και αλκενίου έχει όγκο 448 cm σε πρότυπες συνθήκες και ζυγίζει 0,68 g. Μετά την τέλεια καύση του µείγµατος, τα προϊόντα της καύσης διέρχονται πρώτα από διάλυµα που περιέχει πυκνό H2SO4 και κατόπιν από διάλυµα βάσης, οπότε παρατηρείται αύξηση της µάζας των διαλυµάτων κατά 0,72 g και 2,2 g αντίστοιχα. Να βρείτε τους µοριακούς τύπους των δύο υδρογονανθράκων. Απ: C3H4 – C2H4 ή C2H2 – C3H6 11. Μείγµα προπανίου και βουτανίου έχει πυκνότητα 2,277 g/L σε πρότυπες συνθήκες. Τα αέρια που προκύπτουν από την πλήρη καύση του µείγµατος προκαλούν αύξηση βάρους 32,4 g σ΄ ένα πυκνό διάλυµα H2SO4. Ποια αύξση βάρους θα προκαλέσουν στη συνέχεια τα προϊόντα της καύσης σ΄ ένα διάλυµα NaOH; Απ: 61,6 g 3 12. Ένα υγρό µείγµα πεντενίου και δεκενίου έχει πυκνότητα 0,7 g/cm . Η πυκνότητα του καθαρού πεντενίου είναι 0,6 g/cm3 και του καθαρού δεκενίου 0,8 g/cm3. α. Να υπολογιστεί ο όγκος του Ο2, µετρηµένος σε πρότυπες συνθήκες, που απαιτείται για την πλήρη καύση 1 L υγρού µείγµατος. β. Αν το υγρό µείγµα εξατµιστεί, να υπολογιστεί ο όγκος του Ο2 που απαιτείται για την πλήρη καύση 1 L ατµού. Απ: α. 1.680 β. 10,5 L

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

99

2.3. ΜΕΘΑΝΙΟ - ΑΛΚΑΝΙΑ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Μεθάνιο Βρίσκεται: στο φυσικό αέριο, το οποίο σχηµατίστηκε όπως το πετρέλαιο, που είναι µείγµα αερίων υδρογονανθράκων. Παράγεται: α. Με βακτηριακή ζύµωση, των φυτικών τροφών στο πεπτικό σύστηµα των ζώων. β. Με τη σήψη της βιοµάζας, δηλαδή από άχυρα και κοπριά. Το βιοαέριο που παράγεται περιέχει 60% µεθάνιο και 40% διοξείδιο του άνθρακα. γ. Με πυρόλυση του πετρελαίου. Αποµονώνεται: µε κλασµατική απόσταξη, από το φυσικό αέριο σε βιοµηχανική κλίµακα. Χρησιµοποιείται: ως καύσιµο και ως πρώτη ύλη στη βιοµηχανία των πετροχηµικών.

Αλκάνια • Φυσικές Ιδιότητες: τα κατώτερα µέλη των αλκανίων (µε 1-4 άτοµα C) είναι αέρια, άχρωµα και άοσµα, τα µεσαία µέλη (µε 5-16 άτοµα C) είναι υγρά µε οσµή βενζίνης και τα ανώτερα (µε 17 άτοµα C και άνω) είναι άχρωµα στερεά. Τα αλκάνια είναι αδιάλυτα στο νερό.

• Χηµικές Ιδιότητες 1. Καύση α) Τέλεια καύση: τα προϊόντα της είναι CO2 και Η2Ο.

3v + 1 O2 vCO2 + (v+1)H2O 2 Π.χ. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O β) Ατελής καύση: Τα προϊόντα της είναι CO ή C και Η2Ο.

CvH2v+2 +

2v + 1 O2 vCO + (v+1)H2O 2 v +1 O2 vC + (v+1)H2O ή CvH2v+2 + 2 3 Π.χ. CH4 + O2 CO + 2H2O 2 ή CH4 + O2 C + 2H2O

CvH2v+2 +

2. Αλογόνωση: αντικαθίστανται διαδοχικά τα άτοµα του Η του αλκανίου από άτοµα αλογόνου (Χ2: Cl2, Br2).

100

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

διάχυτο CvH2v+2 + X2  → CvH2v+1X + HX φως

Π.χ.

διάχυτο CH4 + Cl2  → CH3Cl + HCl φως

χλωροµεθάνιο διάχυτο CH3Cl + Cl2  → CH2Cl2 + HCl φως

διχλωροµεθάνιο

διάχυτο CH2Cl2 + Cl2  → CHCl3 + HCl φως

τριχλωροµεθάνιο ή χλωροφόρµιο

διάχυτο CHCl3 + Cl2  → CCl4 + HCl φως

τετραχλωράνθρακας

Παρασκευές i) Με πύρωση αλάτων RCOONa (ή RCOOK) µε NaOH (ή ΚΟΗ), οπότε προκύπτει αλκάνιο µε ένα άτοµο C λιγότερο από το άλας. θ

R COONa + NaO H → RH + Na2CO3

Π.χ. για να παρασκευάσουµε CH4, που έχει 1 άτοµο C, πρέπει να διαθέτουµε άλας µε 2 άτοµα C. θ

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Προσέξτε: Τα άλατα των οργανικών οξέων, RCOONa ή RCOOK, παρασκευάζονται µε εξουδετέρωση των οργανικών οξέων (RCOOH) από τις βάσεις NaOH και ΚΟΗ αντίστοιχα. Για παράδειγµα: RCOOH + NaOH RCOONa + H2O ή RCOOH + KOH RCOOK + H2O ii)

Με καταλυτική υδρογόνωση των αλκενίων.

Pt

CvH2v + H2 →  Cv H2v+2 Pt

Π.χ. CH2 = CH2 + H − H →  CH3 − CH3 Παρατήρηση: ∆εν µπορούµε να παρασκευάσουµε µε την παραπάνω µέθοδο CH4 γιατί δεν υπάρχει αλκένιο µε 1 άτοµο C. iii)

Με αντικατάσταση του αλογόνου (Χ) των αλκυλαλογονιδίων (RX) από υδρογόνο.

Pt

RX + H2 →  RH + HX

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

101

Pt Π.χ. CH3Cl + H2 →  CH4 + HCl Η παραπάνω αντίδραση µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε ατοµικό υδρογόνο |Η| χωρίς καταλύτη (Pt), δηλαδή: RX + 2|H| RH + HX

iv)

Με επίδραση Na (ή Κ) σε αλκυλαλογονίδιο, µέσα σε άνυδρο αιθέρα (µέθοδος Wurtz). Το συµµετρικό αλκάνιο που σχηµατίζεται έχει διπλάσια άτοµα C από το αλκυλαλογονίδιο.

2RX + 2Na R − R + 2NaX

Παρατήρηση: ∆εν µπορούµε να παρασκευάσουµε CH4 µε τη µέθοδο Wurtz, ακόµα και αν διαθέτουµε το µικρότερο αλκυλαλογονίδιο, το µεθυλοχλωρίδιο.

2CH3Cl + 2Na CH3 − CH3 + 2NaCl αιθάνιο

Χρήσεις Το φυσικό αέριο χρησιµοποιείται ευρέως ως οικιακό και βιοµηχανικό καύσιµο. Το βιοαέριο είναι ένα εναλλακτικό καύσιµο µε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τις αγροτικές περιοχές. Τα υγραέρια είναι κυρίως προπάνιο και βουτάνιο. Είναι συνήθως άχρωµα και άοσµα. Στα υγραέρια του εµπορίου προσθέτουν, σε πολύ µικρή αναλογία, µερκαπτάνες (θειούχες οργανικές ενώσεις µε δυσάρεστη οσµή), για να γίνονται αντιληπτές τυχόν διαρροές. Η παραφίνη των κεριών είναι κατά προσέγγιση C20H42.

102

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Να γραφούν τα ισοµερή του C4H9I. ∆ίνουν όλα τα ισοµερή, µε καταλυτική επίδραση υδρογόνου, βουτάνιο; Απάντηση Τα ισοµερή του C4H9Ι είναι: α. CH3CH2CH2CH2Ι

β. CH3CH2CHCH3 | Ι

γ. CH3CHCH2Ι | CH3 CH3 | δ. CH3CCH3 | Ι

Με καταλυτική υδρογόνωση των παραπάνω αλκυλαλογονιδίων, θα πάρουµε: Pt α. CH3CH2CH2CH2Ι + H2 →  CH3CH2CH2CH3 + HΙ

Pt β. CH3CH2CHCH3 + H2 →  CH3CH2CH2CH3 + HΙ | Ι Pt  CH3CH − CH3 + HΙ γ. CH3CHCH2Ι + H2 → | | CH3 CH3

Ι | Pt δ. CH3CCH3 + H2 →  CH3CH − CH3 + HΙ | | CH3 CH3

Άρα βουτάνιο δίνουν µόνο τα α και β.

2. Να παρασκευαστούν βουτάνιο και αιθάνιο από αιθυλοϊωδίδιο. Απάντηση i. Από αιθυλοϊωδίδιο που διαθέτει 2 άτοµα C, µε επίδραση Na (ή Κ), µέσα σε άνυδρο αιθέρα (µέθοδος Wurtz), παρασκευάζεται βουτάνιο που διαθέτει 4 άτοµα C. άνυδρος

2CH3CH2Ι + 2Na    → CH3CH2CH2CH3 + 2NaΙ αιθέρας

ii. Από αιθυλοϊωδίδιο, µε καταλυτική επίδραση Η2, παρασκευάζεται αιθάνιο: Pt

CH3CH2Ι + H2 →  CH3CH3 + HΙ

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

103

3. Να συµπληρωθούν οι παρακάτω χηµικές εξισώσεις: Απάντηση i.

Pt

......................

CH3CH2CH2Cl + H2   → CH3CH2CH3 + HCl

άνυδρος

.............................. ii. 2CH3X + 2Na   → CH3CH3 + 2NaX

αιθέρας

CaO

................... iii. CH3CH2COONa + NaOH  → CH3 − CH3 + Na2CO3

Θ

13 O2 4CO2 + 5H2O iv. C4H10 + 2 διάχυτο v. CH4 + Cl2  → CΗ3Cl + HCl φως

διάχυτο → CΗ2Cl2 + HCl vi. CH3Cl + Cl2  φως

4. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις παρασκευής αιθανίου µε πρώτη ύλη: α. άλας κορεσµένου µονοκαρβονικού οξέος β. ένα αλκυλαλογονίδιο. Απάντηση α. Με θέρµανση αλάτων RCOONa (ή RCOOK) µε NaOH (ή ΚΟΗ), προκύπτει αλκάνιο µε ένα άτοµο C λιγότερο από το άλας. Συγκεκριµένα, για να παρασκευάσουµε αιθάνιο, θα θερµάνουµε CH3CH2COONa µε NaOH, δηλαδή: Θ

CH3CH2COONa + NaOH → CΗ3CΗ3 + Νa2CΟ3

β. i) Με αντικατάσταση του αλογόνου (Χ) των αλκυλαλογονιδίων RX από υδρογόνο καταλυτικά (ή υδρογόνο στη γέννησή του), παίρνουµε αλκάνιο. Οπότε: Pt,Pd  → CΗ3CΗ3 + HX CH3CH2X + H2  ii) Με επίδραση Na (ή Κ) σε αλκυλαλογονίδιο, µέσα σε άνυδρο αιθέρα (µέθοδος Wurtz), παίρνουµε αλκάνιο µε διπλάσιο αριθµό ατόµων C, οπότε: άνυδρος 2CH3X + 2Na   → CH3 − CH3 + 2NaX αιθέρας

104

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ – ΛΑΘΟΥΣ Να εξηγήσετε αν ισχύουν οι παρακάτω προτάσεις.

1. ∆εν µπορούµε να παρασκευάσουµε προπάνιο µε τη µέθοδο Wurtz µε πρώτη ύλη ένα αλκυλαλογονίδιο. Απάντηση Με τη µέθοδο Wurtz παρασκευάζουµε συµµετρικά αλκάνια (R−R). Το προπάνιο, CH3−CH2−CH3, δεν είναι συµµετρικό. ∆ηλαδή η πρόταση ισχύει.

2. Από το 2−βρωµοπροπάνιο, µε µέθοδο Wurtz, παρασκευάζουµε εξάνιο. Απάντηση Το 2−βρωµοπροπάνιο, CH3−CH−CH3, είναι ένα αλκυλοβρωµίδιο (R−Br),του οποίου | Br το αλκύλιο R είναι το ισοπροπύλιο: CH3−CH−. | CH3 Η αντίδραση είναι: αιθέρα 2CH3−CH−CH3 + 2Na  → CH3−CH−CH−CH3 + 2NaBr

| Br

| | CH3 CH3 2,2−διµέθυλο βουτάνιο

∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

3. Με θέρµανση µυρµηκικού νατρίου (µεθανικού νατρίου) και καυστικού νατρίου παράγεται µεθάνιο. Απάντηση Κατά την παρασκευή αλκανίων από τη θέρµανση αλάτων RCOONa µε NaOH (ή ΚΟΗ), προκύπτει αλκάνιο µε ένα άτοµο άνθρακα λιγότερο από το άλας. Θ

RCOONa + NaOH → RH + Na2CO3

Συνεπώς, δεν γίνεται να παραχθεί µεθάνιο (1 άτοµο C) από το µεθανικό νάτριο (1 άτοµο C). Κατά τη θέρµανση µεθανικού νατρίου µε καυστικό νάτριο, παράγεται αέριο Η2: Θ H COONa + NaO H → H2↑ + Na2CO3

∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

105

4. Εάν διαθέτουµε βουτανικό οξύ και NaOΗ δεν µπορούµε να παρασκευάσουµε προπάνιο. Απάντηση Εάν διαθέτουµε βουτανικό νάτριο θα µπορούσαµε να παρασκευάσουµε προπάνιο σύµφωνα µε την αντίδραση: Θ CΗ3CH2CH2COONa + NaOH → CH3CH2CH3 + Na2CO3

Το βουτανικό νάτριο (άλας) µπορεί να παρασκευαστεί από το βουτανικό οξύ και τη βάση NaOH µε εξουδετέρωση.

CΗ3CH2CH2COO Η + Na OH CH3CH2CH2COONa + H2O Μπορούµε λοιπόν να παρασκευάσουµε προπάνιο, εάν το βουτανικό οξύ εξουδετερωθεί αρχικά από NaOH και στο βουτανικό νάτριο που θα προκύψει επιδράσουµε ξανά µε NaOH. ∆ηλαδή η πρόταση δεν ισχύει.

106

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Το φυσικό αέριο είναι: α. καύσιµο µείγµα αερίων υδρογονανθράκων που βρίσκεται σε φυσικές κοιλότητες στο εσωτερικό της γης, β. καύσιµο µείγµα CH4 και CO, γ. καύσιµο µείγµα CO και Η2, δ. καύσιµο µείγµα αερίων υδρογονανθράκων και CO. 2. Για το βιοαέριο γνωρίζουµε ότι: α. είναι αέριο µείγµα CH4 και CO, β. προκύπτει από τη βακτηριακή ζύµωση φυτικών τροφών, γ. προκύπτει από τη σήψη οργανικών υλικών που παράγονται από φυτικούς και ζωικούς οργανισµούς, απουσία αέρα, δ. εξάγεται από φυσικές κοιλότητες, υπόγειες και υποθαλάσσιες.

3. Το CH4 δεν υπάρχει: α. στο φυσικό αέριο, β. στη βιοµάζα, γ. στο βιοαέριο, δ. στα προϊόντα της βακτηριακής ζύµωσης φυτικών τροφών.

4. Το µεθάνιο είναι: α. αέριο, άχρωµο, άοσµο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό και ελαφρύτερο από τον αέρα, β. αέριο, άχρωµο, δύσοσµο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό και ελαφρύτερο από τον αέρα, γ. υγρό, άχρωµο, άοσµο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, δ. πτητικό υγρό, άχρωµο, άοσµο, ευδιάλυτο στο νερό.

5. Τα κατώτερα µέλη των αλκανίων: α. περιέχουν από ένα έως τέσσερα άτοµα άνθρακα, β. είναι υγρά, γ. περιέχουν από πέντε έως έξι άτοµα άνθρακα, δ. είναι έγχρωµα.

6. Κατά την ατελή καύση του µεθανίου µε οξυγόνο, τα προϊόντα µπορεί να είναι: α. µονοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο, β. µονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο, γ. διοξείδιο του άνθρακα, µονοξείδιο του άνθρακα και υδρατµοί, δ. µονοξείδιο του άνθρακα, άνθρακας και υδρατµοί.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

107

7. Η αλογόνωση του µεθανίου: α. πραγµατοποιείται σε διάχυτο φως, µε επίδραση χλωρίου ή βρωµίου, και παράγεται αποκλειστικά µονοχλωροπαράγωγο, β. πραγµατοποιείται σε διάχυτο φως µε επίδραση οποιουδήποτε αλογόνου, γ. πραγµατοποιείται σε διάχυτο φως, µε επίδραση χλωρίου ή βρωµίου, και δίνει µείγµα χλωροπαραγώγων ή βρωµοπαραγώγων, δ. είναι αλυσιδωτή αντίδραση που πραγµατοποιείται απουσία φωτός.

8. Το υγραέριο είναι: α. προπάνιο, β. κυρίως προπάνιο και βουτάνιο, γ. βουτάνιο, δ. µείγµα ισοµερών του εξανίου.

9. Οι µερκαπτάνες είναι: α. αζωτούχες οργανικές ενώσεις µε ευχάριστη οσµή, β. θειούχες οργανικές ενώσεις µε ευχάριστη οσµή, γ. θειούχες οργανικές ενώσεις µε δυσάρεστη οσµή, δ. αζωτούχες και θειούχες οργανικές ενώσεις µε δυσάρεστη οσµή.

10. Η παραφίνη των κεριών είναι κατά προσέγγιση: α. C20H42 β. C15H32 γ. C7H16 δ. C3H8 11. Κατά την πύρωση του προπανικού νατρίου µε NaOH, παράγονται: α. προπάνιο και ανθρακικό νάτριο, β. αιθάνιο και ανθρακικό νάτριο, γ. υδρογόνο, αιθάνιο και ανθρακικό νάτριο, δ. διοξείδιο του άνθρακα και ανθρακικό νάτριο.

12. Κατά την καταλυτική υδρογόνωση του 2 µεθυλο πεντενίου, παράγεται: α. 2 µεθυλο πεντάνιο, β. 2 µεθυλο 2 πεντένιο, γ. 3 µεθυλο πεντάνιο, δ. 3 µεθυλο 1 πεντίνιο.

13. Κατά την επίδραση υδρογόνου σε 2−χλωρο−2−µέθυλο−βουτάνιο, παρουσία Pt, παράγεται: α. 2−µεθυλο−1−βουτένιο, β. 2−µεθυλο−βουτάνιο,

108

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. 2−χλωρο−βουτάνιο, δ. βουτάνιο.

14. Κατά την επίδραση Na σε χλωρο−αιθάνιο παράγεται η οργανική ένωση: α. αιθάνιο, β. βουτάνιο, γ. δεν γίνεται αντίδραση Na µε αλκυλαλογονίδια, δ. Μεθάνιο 15. Κατά την επίδραση Κ σε 2−χλωρο−προπάνιο µέσα σε άνυδρο αιθέρα, παράγεται: α. προπάνιο, β. 2,3−διµέθυλο−βουτάνιο, γ. εξάνιο, δ. 2,2−διµέθυλο−βουτάνιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

109

V. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗΣ 1. Να συµπληρώσετε τα κενά στην παρακάτω πρόταση: Βιοµάζα είναι ………………………………………… . Από τη σήψη της βιοµάζας παράγεται το …………………………………, που αποτελείται από ……% ……………………, ……% ……………… ………………… και χρησιµοποιείται …………………………………… ……………………………… .

2. Να συµπληρώσετε τα κενά που αφορούν τις φυσικές ιδιότητες του µεθανίου. α. Φυσική κατάσταση: ……………………………………… β. Οσµή: …………………………………………………….. γ. Χρώµα: …………………………………………………… δ. ∆ιαλυτότητα στο νερό: …………………………………..

3. Να συµπληρώσετε τις παρακάτω χηµικές εξισώσεις: α. CH4 + O2 ……… + ……………… β. CH4 + O2 CO + ………………

C + ……………… γ. CH4 + O2 4. Να συµπληρώσετε τις παρακάτω χηµικές εξισώσεις: α. RCOONa + ……………… RH + ………………… β. RX + Na ……………………… + …………………. γ. CHCl3 + ………………… CCl4 + ………………..

110

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

VI. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ Να συµπληρωθούν οι παρακάτω αντιδράσεις: .................

i. CH3CH2CH2Br + …………   → …………… + HBr .................

ii. CH2 = CH2 + …………   → CH3 − CH3 ................. iii. ……………… + H2   → CH3 − CH3 + HX ................. iv. 2CH3CHCH3 + 2Na   → ………………… + ……………… | Br Θ v. ……………… + NaOH → H2 + Na2CO3

Θ vi. CH3CHCH2COONa + ………… → …………… + Na2CO3 | CH3 ................. vii. CH4 + 4Cl2   → ………………… + 4HCl ΠΛΗΡΗΣ ΚΑΥΣΗ viii. C3H8 + O2     → ………………… + ………………… .................

ix. 2CH3 − X + ……………   → CH3 − CH3 + ………………… ................. x. CH3CH2CH = CH2 + H2   → …………………

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

111

VII. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Τι ονοµάζονται αλκάνια και πώς συµβολίζονται; Να αναφέρετε τα πέντε πρώτα µέλη τους και να γραφούν τα συντακτικά ισοµερή τους.

2. Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες των αλκανίων; 3. Ποιος είναι οι γενικές εργαστηριακές παρασκευές των αλκανίων; 4. Ποιες είναι οι χηµικές ιδιότητες των αλκανίων; 5. Ποια είναι η προέλευση του µεθανίου; Ποιες είναι οι χηµικές ιδιότητές του; 6. Ποια είναι η βιοµηχανική παραγωγή του µεθανίου; 7. Ποιες είναι οι χρήσεις του µεθανίου και των αλκανίων;

112

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

VIIΙ. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Απλές στοιχειοµετρικές Λυµένη Άσκηση 1. 4,2 g αλκενίου προσλαµβάνουν µε καταλυτική υδρογόνωση 2,24 L Η2 µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. ∆ίνονται: ArC:12, ArH: 1. Λύση Υπολογίζουµε τα mol του H2 που αντέδρασαν: n=

V 2,24 ⇒n= mol ⇒ n = 0,1 mol H2 22,4 22,4

Γράφουµε την αντίδραση υδρογόνωσης και υπολογίζουµε τα mol του αλκενίου που αντέδρασαν. Ο γενικός τύπος του αλκενίου είναι CvH2v.

CvΗ2v + Η2 Cv H2v+2 1 mol 1 mol ; 0,1 mol 0,1 mol Άρα τα 0,1 mol αλκενίου έχουν µάζα 4,2 g και η σχετική µοριακή µάζα του είναι Mr c nH2 v = 12v+2v = 14v.

Ισχύει ότι n =

m 4,2 ⇒ 0,1 = ⇒ v = 3.

Mr 14v

Άρα ο µοριακός τύπος του αλκενίου είναι C3H6.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Σε δοχείο εισάγονται 21,8 g αιθυλοβρωµιδίου (CH3CH2Br) µε περίσσεια υδρογόνου παρουσία λευκόχρυσου, οπότε το αιθυλοβρωµίδιο αντιδρά πλήρως. Πόσα g οργανικού προϊόντος παράγονται και πόσα L υδρογόνου αντιδρούν σε πρότυπες συνθήκες; Απ: 6 g − 4,48 L 2. Σε ένα ποτήρι µε αιθέρα διαλύουµε 5,48 g αιθυλοβρωµιδίου (βρωµοαιθανίου) και στο αιθερικό διάλυµα προσθέτουµε νάτριο, οπότε παράγεται αέρια οργανική ένωση Α. Να γράψετε το συντακτικό τύπο και να υπολογίσετε τη µάζα της ένωσης Α. Απ: 1,45 g 3. Θερµάναµε µε καυστικό νάτριο ορισµένη ποσότητα αιθανικού νατρίου (CH3COONa). Μετρήσαµε στη συνέχεια τον όγκο του αερίου που ελευθερώθηκε και το βρήκαµε

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

113

11,2 L σε πρότυπες συνθήκες. Να υπολογίσετε, αφού γράψετε τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης, την ποσότητα του αιθανικού νατρίου που αντέδρασε. Απ: 41 g 4. 20 L µεθανίου εισάγονται σε δοχείο µε 40 L χλωρίου. Τα δύο σώµατα αντιδρούν πλήρως στο διάχυτο φως, οπότε σχηµατίζεται ένα µόνο χλωροπαράγωγο του µεθανίου. Να βρείτε το Μ.Τ. του χλωροπαραγώγου. Οι όγκοι των αντιδρώντων µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας. Απ: CH2Cl2 Υπόδειξη: Κατά την αντίδραση του CH4 µε το Cl2, γίνεται αντικατάσταση έστω x ατόµων Η από x άτοµα Cl, οπότε ο µοριακός τύπος του οργανικού προϊόντος είναι CH4-xClx. Η αντίδραση παριστάνεται: CH4 + xCl2 CH4-xClx + xHCl

5. 2,74 g αλκυλοβρωµιδίου (CvH2v+1Br) αντιδρούν πλήρως µε Η2, παρουσία Pt, και παράγονται 0,448 L αέριας οργανικής ένωσης Α µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκυλοβρωµιδίου και της ένωσης Α. Απ: C4H9Br, C4H10 6. 1,4 g αλκενίου προσλαµβάνουν µε καταλυτική υδρογόνωση 0,5 L Η2, µετρηµένα σε πίεση 2,46 atm και θερµοκρασία 27οC. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Απ: C2Η4 7. 1,32 g αλανίου παράγονται από την πλήρη αντίδραση 3,3 g άλατος κορεσµένου µονοκαρβοξυλικού οξέος µε νάτριο (CvH2v+1COONa) µε NaOH. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκανίου. Απ: C3H8

114

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

B. Το προϊόν της µιας αντίδρασης είναι αντιδρών στην επόµενη. Η κατηγορία αυτή περιλαµβάνει ασκήσεις που αναφέρονται σε περισσότερες από µία διαδοχικές αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις αυτές συνδέονται συνήθως µέσω ενός σώµατος, το οποίο εµφανίζεται στη µία αντίδραση ως προϊόν και στην άλλη αντίδραση ως αντιδρών. Σε µία τέτοια άσκηση, το δεδοµένο είναι η ποσότητα ενός σώµατος και το ζητούµενο η ποσότητα ενός ή περισσοτέρων σωµάτων που εµφανίζεται ή που εµφανίζονται στις διαδοχικές αντιδράσεις. Για τη λύση των ασκήσεων αυτής της κατηγορίας, εργαζόµαστε ως εξής: 1. Γράφουµε τις χηµικές εξισώσεις όλων των χηµικών αντιδράσεων που αναφέρονται στην εκφώνηση.

2. Η ποσότητα ενός σώµατος της πρώτης αντίδρασης θα αποτελεί δεδοµένο ή ζητούµενο. Την ποσότητα αυτού του σώµατος θα την εκφράζουµε σε mol. Αν η ποσότητα του σώµατος αποτελεί ζητούµενο, τότε ο αριθµός των mol του σώµατος θα είναι άγνωστος και θα γράφουµε x mol κάτω ακριβώς από το µοριακό τύπο του σώµατος.

3. Χρησιµοποιώντας αυτό τον αριθµό mol του σώµατος και µε τη βοήθεια των συντελεστών των σωµάτων σε καθεµία χηµική εξίσωση, θα συµπληρώνουµε στις υπόλοιπες χηµικές εξισώσεις τις ποσότητες των υπολοίπων σωµάτων σε mol, µέχρι να καταλήξουµε σε εκείνα τα σώµατα των οποίων οι ποσότητες ζητούνται ή δίνονται. Προσέξτε: Κατά την παραπάνω διαδικασία, δεν θα πρέπει να ξεχνάµε ότι όσα mol ενός σώµατος παράγονται σε µία χηµική αντίδραση της σειράς, τόσα mol του ίδιου σώµατος λαµβάνουν µέρος στα αντιδρώντα της επόµενης αντίδρασης, ανεξάρτητα από τους συντελεστές του σώµατος στις δύο χηµικές εξισώσεις των δύο διαδοχικών αντιδράσεων. Λυµένη Άσκηση 1. 3 g αιθανίου µε επίδραση Cl2, παρουσία φωτός, δίνουν ένα µοναδικό προϊόν, το αλκυλοχλωρίδιο Α. Το προϊόν Α διαβιβάζεται σε αιθέρα που περιέχει περίσσεια νατρίου. Να βρείτε τον όγκο του αερίου που παράγεται, σε πρότυπες συνθήκες. ∆ίνονται: ΑrC: 12, ArH: 1. Λύση Υπολογίζουµε τη σχετική µοριακή µάζα του αιθανίου Mr C 2H6 = 2⋅12 + 6⋅1 = 30 και τον αριθµό των mol του αιθανίου n =

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

m 3 mol = 0,1 mol. = Mr 30

115

Γράφουµε την αντίδραση χλωρίωσης του αιθανίου και υπολογίζουµε τα mol του αιθυλοχλωριδίου που παράγονται.

C2H6 + Cl2 1 mol 0,1 mol

φως  → C2H5Cl + HCl 1 mol x=; 0,1 mol

Άρα παράχθηκαν 0,1 mol C2H5Cl, τα οποία στη συνέχεια αντιδρούν µε νάτριο (µέθοδος Wurtz). Ο αιθέρας είναι ο διαλύτης της αντίδρασης.

2C2H5Cl + 2Na 2 mol 0,1 mol

C2H5 − C2H5 + 2NaCl 1 mol ; 0,05 mol

Το µοναδικό αέριο που παράγεται είναι το C2H5 − C2H5 (βουτάνιο C4H10), γιατί το NaCl (αλάτι) είναι στερεό. Γνωρίζουµε ότι παράχθηκαν 0,05 mol C4H10, οπότε βρίσκουµε τον όγκο σε πρότυπες συνθήκες.

V n= ⇒ V = n ⋅ 22,4L ⇒ V = 0,05 ⋅ 22,4L ⇒ V = 1,12L 22,4L Άρα παράχθηκαν 1,12 L αερίου βουτανίου.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Σε διάλυµα που περιέχει 6 g CH3COOH προσθέτουµε περίσσεια NaOH. To νέο διάλυµα που σχηµατίζεται εξατµίζεται και το άλας του οξέος που αποµένει πυρώνεται µετά την προσθήκη νέας ποσότητας NaOH. Να βρείτε τον όγκο του αερίου που εκλύεται σε πρότυπες συνθήκες. Απ: 2,24 L 2. 4 g αερίου αλκανίου Α αντιδρούν, παρουσία φωτός, µε Cl2, οπότε το µοναδικό προϊόν που προκύπτει είναι το αλκυλοχλωρίδιο Β. Το Β διαλύεται σε αιθέρα που περιέχει περίσσεια νατρίου, οπότε παράγονται 2,8 L αερίου µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκανίου. Απ: CH4 3. 2,8 g αλκενίου υφίστανται καταλυτική υδρογόνωση και µετατρέπεται πλήρως σε αλκάνιο. Το αλκάνιο καίγεται τέλεια. Τα προϊόντα της καύσης ψύχονται και κατόπιν διοχετεύονται σε διάλυµα βάσης, του οποίου αυξάνουν το βάρος κατά 8,8 gr. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Απ: C2H4

116

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2.4. ΑΛΚΕΝΙΑ - ΑΙΘΕΝΙΟ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Αιθένιο Παρασκευάζεται: α. Στο εργαστήριο, µε αφυδάτωση της αιθανόλης µε πυκνό H2SO4 στους 140οC ή µε διέλευση ατµών αιθανόλης από θερµαινόµενο Al2O3. Η Η Η Η | | | | π.H2 SO 4 Η − C − C − H    → C = C + H2O 170OC | | | | H OH H H αιθανόλη

αιθένιο

β. Στη βιοµηχανία, µε πυρόλυση του πετρελαίου. Φυσικές ιδιότητες: Το αιθένιο είναι άχρωµο αέριο, µε ασθενή χαρακτηριστική οσµή, είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό και διαλύεται στους οργανικούς διαλύτες.

•

Χρησιµοποιείται: α. Για τη βιοµηχανική παρασκευή πολυαιθενίου, πολυστυρενίου (πολυµερή), αιθανόλης και διαφόρων άλλων οργανικών ενώσεων. β. Στη γεωργία για την ωρίµανση και τον αποπρασινισµό των µπανανών, λεµονιών και µανταρινιών µετά τη συγκοµιδή τους. Επειδή το αιθένιο παράγεται από πολλά φυτικά υλικά και κυρίως από σαρκώδη φρούτα (π.χ. µήλα) και προκαλεί µάρανση ορισµένων τύπων λουλουδιών, αποφεύγουµε να τοποθετούµε φρούτα κοντά σε λουλούδια, για να µη µαραθούν.

Αλκένια Φυσικές ιδιότητες: Γενικά, τα κατώτερα µέλη των αλκενίων (µε 2-4 άτοµα C) είναι αέρια, τα µεσαία µέλη (µε 5-14 άτοµα C) είναι υγρά και τα ανώτερα (µε 15 άτοµα C και άνω) στερεά. Τα αλκένια είναι αδιάλυτα στο νερό (εκτός από τα πρώτα µέρη που είναι ελάχιστα διαλυτά) και διαλύονται στους οργανικούς διαλύτες.

•

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

117

•

Χηµικές ιδιότητες:

1) Αντιδράσεις προσθήκης Το αιθένιο και γενικά τα αλκένια δίνουν αντιδράσεις προσθήκης, κατά τις οποίες ο διπλός δεσµός «ανοίγει» και επιτρέπει σε διάφορες ουσίες να προστεθούν στο µόριο, οπότε σχηµατίζονται κορεσµένες ενώσεις.

H H H H | | | | R − C = C − R΄ + AB R − C − C − R΄ | | B A α. Προσθήκη υδρογόνου (υδρογόνωση), παρουσία νικελίου ως καταλύτη.

Ni Cv H2v + H2  → CvH2v+2 αλκένιο αλκάνιο Π.χ. προσθήκη Η2 στο αιθένιο: H H H H | | | | Ni αιθάνιο Η − C = C − Η + Η − Η → Η − C − C − Η | | Η Η

β. Προσθήκη αλογόνου Χ2: Cl2, Br2, I2 που είναι διαλυµένα σε CCl4.

CvH2v + X2 CvH2vX2 Π.χ. προσθήκη Br2 στο αιθένιο: H H H H | | | | Η − C = C − Η + Br−Br Η − C − C − Η 1,2−διβρωµοαιθάνιο | | Br Br καστανέρυθρο άχρωµο Εάν σε καστανέρυθρο διάλυµα βρωµίου σε CCl4 προστεθεί µία ακόρεστη µε διπλό δεσµό ένωση, τότε το διάλυµα του βρωµίου αποχρωµατίζεται, γιατί το καστανέρυθρο Br2 µετατρέπεται σε άχρωµο διβρωµίδιο. Η αντίδραση αυτή χρησιµοποιείται για την ανίχνευση του διπλού δεσµού και για τη διάκριση των αλκενίων από τα αλκάνια, τα οποία δεν αντιδρούν µε το παραπάνω διάλυµα. γ. Προσθήκη υδραλογόνου ΗΧ: ΗCl, ΗBr, ΗI.

118

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

H H H H | | | | R−C=C−Η +H−X R−C−C−Η | | X H Γενικά, κατά την προσθήκη µορίου ΗΧ σε αλκένιο, το Η του µορίου ενώνεται µε τον άνθρακα του διπλού δεσµού που έχει τα περισσότερα υδρογόνα (κανόνας του Markovnikov). Π.χ. προσθήκη HCl στο προπένιο: CH3CH = CH2 + HCl CH3CHCH3, ενώ το CH3CH2CH2 σχηµατίζεται σε πολύ µικρό | | Cl Cl ποσοστό (παραπροϊόν). δ. Προσθήκη νερού Η2Ο παρουσία Η2SO4 ως καταλύτη: H H H H | | | | R − C = C − Η + H−OH R − C − C − Η | | OH H Ισχύει και πάλι ο κανόνας του Markovnikov. Π.χ. προσθήκη Η2Ο στο προπένιο: H H H H | | | | H2 SO 4 CH3 − C = C − Η + H−OH  → CH3 − C − C − Η , ενώ η CH3 − CH2 − CH2 | | | OH H OH (1−προπανόλη) σχηµατίζεται σε πολύ µικρό ποσοστό (παραπροϊόν).

2. Πολυµερισµός Πολυµερισµός είναι η αντίδραση κατά την οποία πολλά µόρια (µονοµερή) συνενώνονται µεταξύ τους και σχηµατίζουν ένα πολύ µεγαλύτερο µόριο, το οποίο ονοµάζεται πολυµερές.

H H H H | | | | Ρ,Θ vC = C −C−C− → | | καταλύτης | | A H A H v µονοµερές πολυµερές Εάν Α: Η Εάν Α: CH3

αιθένιο προπένιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

πολυαιθένιο πολυπροπένιο 119

Εάν Α: Cl Εάν Α: CN

βινυλοχλωρίδιο προπενονιτρίλιο ή ακρυλονιτρίλιο Εάν Α: C6H5 στυρόλιο

πολυβινυλοχλωρίδιο πολυπροπενονιτρίλο ή πολυακρυλονιτρίλιο πολυστυρόλιο

3. Τέλεια καύση C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O + Q Γενικά: CvH2v +

3v O2 vCO2 + vH2O 2

Παρασκευές Εργαστηριακά, τα αλκένια παρασκευάζονται: 1. Με αφυδάτωση (δηλαδή απόσπαση Η2Ο) των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών (ROH), η οποία γίνεται µε θέρµανση της αλκοόλης µε πυκνό H2SO4 (αφυδατικό).

•

π.H SO

2 4   → CvH2v + H2O CvH2v+1OH  

170oC

Π.χ. αφυδάτωση της 1−προπανόλης: π.H SO

2 4   → CH3 − CH = CH2 + H2O CH3 − CH − CH2   o | | 170 C H OH

Το Η που αποσπάται ανήκει σε άτοµο C γειτονικό του ατόµου C που έχει το −ΟΗ.

2. Με αφυδραλογόνωση (δηλαδή απόσπαση υδραλογόνου) των αλκυλαλογονιδίων (RX), η οποία γίνεται µε επίδραση αλκοολικού διαλύµατος ΚΟΗ ή NaOH. CvH2v+1X + KOH CvH2v + KX + H2O Π.χ. αφυδραλογόνωση του 2−χλωρο προπανίου. αλκοόλη CH3 − CH − CH2 + K OH   → CH3 − CH = CH2 + ΚCl + H2O | | Cl H

To H που αποσπάται ανήκει σε άτοµο C γειτονικό του ατόµου C που έχει το

αλογόνο −Χ. Σε βιοµηχανική κλίµακα τα αλκένια παρασκευάζονται µε πυρόλυση των αλκανίων. Προσοχή! Κανόνας Saytzeff Κατά την αφυδραλογόνωση των αλκυλαλογινίδιων και την αφυδάτωση των αλκοολών (αντιδράσεις απόσπασης), όταν µπορούν να σχηµατιστούν περισσότερα από ένα ισοµερή αλκένια, το κύριο προϊόν καθορίζεται από τον κανόνα του Saytzeff, σύµφωνα µε τον οποίο:

120

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Κατά την απόσπαση µορίων της µορφής ΗΑ από µια οργανική ένωση, η ευκολία απόσπασης του ατόµου του Η ακολουθεί τη σειρά: Τριτοταγές (3ο) > δευτεροταγές (2ο) > πρωτοταγές (1ο) άτοµο άνθρακα Αποσπάται ευκολότερα το άτοµο Η από το άτοµο C που έχει τα λιγότερα άτοµα Η (δηλαδή ο φτωχός C, σε άτοµο Η, γίνεται φτωχότερος).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

121

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Οι φεροµόνες είναι ουσίες που εκκρίνονται από τα έντοµα µε σκοπό, µεταξύ των άλλων, την έλξη του ετερόφυλου συντρόφου. Η αντίστοιχη φεροµόνη για την κοινή µύγα έχει τον τύπο: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)12CH3. α. Με ποια χηµική αντίδραση ελέγχεται η ύπαρξη του διπλού δεσµού στη φεροµόνη της µύγας; β. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων προσθήκης υδρογόνου και χλωρίου στην παραπάνω φεροµόνη και να ονοµάσετε τα προϊόντα που θα σχηµατιστούν. Απάντηση α. Εάν καστανέρυθρο διάλυµα βρωµίου σε CCl4 προστεθεί σε µια ακόρεστη µε διπλό δεσµό ένωση, τότε το διάλυµα του βρωµίου αποχρωµατίζεται. Αφού η συγκεκριµένη φεροµόνη έχει στο µόριό της διπλό δεσµό, η ανίχνευση αυτού θα γίνει µε προσθήκη διαλύµατος βρωµίου σε CCl4: CCl

4 CH3(CH2)7CH = CH(CH2)12CH3 + Br2   → CH3(CH2)7CH − CH(CH2)12CH3 Καστανέρυθρο | | Br Br Αποχρωµατισµός δ/τος Br2

Pt β. i) CH3(CH2)7CH = CH(CH2)12CH3 + H2 →  CH3(CH2)7CH2 − CH2(CH2)12CH3

εικοσιτριάνιο 1

8

9

10

22

23

CCl

4 ii) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)12CH3 + Cl2  → CH3(CH2)7CH−CH− (CH2)12CH3 | | Cl Cl 9,10−διχλωρο−εικοσιτριάνιο

2. Να περιγράψετε µια χηµική µέθοδο µε την οποία µπορούµε να διακρίνουµε το αιθάνιο από το αιθένιο. Απάντηση α. Το αιθάνιο από το αιθένιο µπορούµε να το διακρίνουµε εάν τα διοχετεύσουµε σε καστανέρυθρο διάλυµα Br2 σε CCl4, οπότε µόνο το αιθένιο θα αντιδράσει αποχρωµατίζοντας το διάλυµα του Br2. ∆ηλαδή: CCl

4 CH3 − CH3 + Br2  → δεν αντιδρούν

CCl

4 CH2 = CH2 + Br2  → CH2 − CH2

(καστανέρυθρο)

122

| | Br Br (αποχρωµατισµός)

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3. ∆ύο αλκένια (Α) και (Β) έχουν µοριακό τύπο C4H8 και, µε την προσθήκη HCl, δίνουν το ίδιο προϊόν. α. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; β. Τι προκύπτει κατά την προσθήκη Η2Ο στα αλκένια (Α) και (Β); Απάντηση α. Βρίσκουµε τα δυνατά συντακτικά ισοµερή και τα προϊόντα που προκύπτουν απ΄ αυτά µε την προσθήκη HCl. Άρα: (Κανόνας Markovnikov) i. CH2 = CHCH2CH3 + HCl CH3CHCH2CH3 | Cl ii. CH3CH = CHCH3 + HCl CH3CHCH2CH3 | Cl Cl | iii. CH2 = CCH3 + HCl CH3CCH3 (Κανόνας Markovnikov) | | CH3 CH3 Παρατηρούµε ότι τα δύο αλκένια που δίνουν το ίδιο προϊόν µε προσθήκη HCl είναι: A: CH2 = CHCH2CH3

1−βουτένιο

B: CH3CH = CHCH3

2−βουτένιο

β. Με προσθήκη Η2Ο, προκύπτουν: H SO

4 Α: CH2 = CHCH2CH3 + H − OH 2  → CH3CHCH2CH3 (Κανόνας Markovnikov) | OH 2−βουτανόλη

H SO

4 → CH3CHCH2CH3 Β: CH3CH = CHCH3 + H − OH 2  | OH 2−βουτανόλη

4. Κατά την κατεργασία του 2−χλωροβουτανίου µε αλκοολικό διάλυµα ΚΟΗ, σχηµατίζεται µείγµα αλκενίων. Ποια είναι αυτά και ποιο σχηµατίζεται σε µεγαλύτερο ποσοστό; Απάντηση Στην αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων µε επίδραση αλκοολικού διαλύµατος ΚΟΗ αποσπάται πιο εύκολα άτοµο Η από τριτοταγές άτοµο άνθρακα, λιγότερο εύκολα από δευτεροταγές άτοµο άνθρακα C και ακόµη δυσκολότερα από πρωτοταγές άτοµο άνθρακα (Κανόνας Saytzeff).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

123

(Τριτοταγές άτοµο C ονοµάζεται το άτοµο C που είναι ενωµένο µε τρεις άνθρακες, δευτεροταγές ονοµάζεται το άτοµο C όταν είναι ενωµένο µε δύο άτοµα C και πρωτοταγές όταν είναι ενωµένο µε ένα άτοµο C.)

Συνεπώς, για το 2−χλωροβουτάνιο θα προκύψει: αλκοολικό CH2CHCH2CH3 + KOH   → CH2 = CHCH2CH3 + KCl + H2O | | διάλυµα Η Cl 1−βουτένιο

ή αλκοολικό  → CH3CH = CHCH3 + KCl + H2O CH3CHCHCH3 + KOH  | | διάλυµα Cl H 2−βουτένιο (κύριο προϊόν)

5. Κατά την κατεργασία της 3−µεθυλο−2−πεντανόλης µε πυκνό H2SO4 στους 170ΟC σχηµατίζεται µείγµα αλκενίων. Ποια είναι αυτά και ποιο σχηµατίζεται σε µεγαλύτερο ποσοστό; Απάντηση CΗ3 | Κατά την κατεργασία της CH3CHCHCH2CH3 µε πυκνό H2SO4 στους 170ΟC, θα | ΟΗ προκύψει µείγµα αλκενίων, ενώ ισχύει ο κανόνας Saytzeff, (βλ. ερώτηση 4), οπότε: CH3 CH3 | | π.H SO , 170 o C

2 CH3 − CHCHCH2CH3   4  → CH2 = CHCHCH2CH3 + H2O | OH 3−µεθυλο−1−πεντένιο και CH3 CH3 | |

π.H SO , 170 o C

2 CH3CH − CHCH2CH3   4  → CH3CH = C− CH2CH3 + H2O | OH 3−µεθυλο−2−πεντένιο κύριο προϊόν

6. α) Ποια είναι η χηµική εξίσωση πολυµερισµού του αιθενίου; β) Με ποιο τρόπο συνδέονται τα v µόρια των µονοµερών µεταξύ τους και σχηµατίζουν τα πολυµερή; Απάντηση Ρ,Θ

α) vCH2 = CH2 → (− CH2 − CH2 −)v καταλύτης

124

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

β) Ας δούµε πώς συνδέονται µεταξύ τους τα µόρια του αιθενίου. Τα δύο άτοµα του άνθρακα συνδέονται µεταξύ τους µε διπλό δεσµό. Αν ο ένας από τους δύο δεσµούς σπάσει, κάθε άτοµο άνθρακα αποκτά ένα ελεύθερο δεσµό, χάρη στον οποίο µπορεί να ενωθεί µε άλλο άτοµο. Αν έχουµε λοιπόν πολλά µόρια αιθενίου: Η Η | | … C=C | | Η Η

Η Η | | C=C | | Η Η

Η Η | | C=C … | | Η Η

ν µόρια αιθενίου και σπάσουν οι διπλοί δεσµοί µεταξύ των ατόµων του άνθρακα: Η Η | | … C−C | | Η Η

Η Η | | C−C | | Η Η

Η Η | | C−C … | | Η Η

τα µόρια αυτά ενώνονται µεταξύ τους: Η Η Η Η Η Η H H H H | | | | | | | | | | …− C − C − C − C − C − C − C − C − C − C − … | | | | | | | | | | Η Η Η Η Η Η H H H H οπότε σχηµατίζεται ένα µακροµόριο πολυαιθενίου, το οποίο µπορούµε να το παραστήσουµε: Η Η | | −C−C− | | Η Η ν 7. Να γράψετε τις αντιδράσεις πολυµερισµού του: i. τετραφθοροαιθενίου ii. προπενίου iii. 2−βουτενίου και να ονοµάσετε τα πολυµερή.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

125

Απάντηση i.

F F | | v C=C | | F F

F F | | −C−C− | | F F

Τετραφθοροαιθυλένιο

ν Πολυτετραφθοροαιθυλένιο

ii. vCH2 = CH (− CH − CH2 − )v | | CH3 CH3

πολυπροπυλένιο ή πολυπροπένιο

iii. vCH = CH (− CH − CH − )v | | | | CH3 CH3 CH3 CH3

πολυ (2−βουτένιο)

8. Να παρασκευαστούν: i. Από 1−προπανόλη 2−προπανόλη ii. 1−βουτένιο 2−βουτένιο Απάντηση π.H SO , 170 o C

2 i. CH3CH2CH2OH   4  → CH3CH = CH2 + H2O απόσπαση –ΟΗ από θέση 1

H SO

4 CH3CH = CH2 + Η − ΟΗ 2  → CH3CHCH3 (2−προπανόλη σύµφωνα µε τον κανόνα | ΟΗ Markovnikov) ii. CH2 = CHCH2CH3 + H − X CH3CHCH2CH3 (Κανόνας Markovnikov) | Χ X | αλκοόλη CH3CHCH2CH3 + KOH   → CH3CΗ = CHCH3 + KX + H2O

2−βουτένιο (σύµφωνα µε το κανόνα Saytzeff)

9. Να παρασκευάσετε από: i. 2−χλωρο−βουτάνιο 1,2−διρωµο−βουτάνιο ii. 2−χλωρο−βουτάνιο βουτάνιο iii. 1−χλωρο−βουτάνιο 1,2−διβρωµο−βουτάνιο iv. 1−χλωροβουτάνιο 2−βουτανόλη

126

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Απάντηση αλκοόλη

i. CH3CHCH3 + KOH   → CH2 = CHCH3 + KCl + H2O | Cl CH2 = CHCH3 + HBr CH3CHCH3 (Markovnikov) | Br αλκοόλη ii. CH3CHCH2CH3 + KOH   → CH3CH = CHCH3 + KCl + H2O (Saytzeff) | Cl Ni, Pt CH3CH = CHCH3 + H2  → CH3CH2CH2CH3 αλκοόλη iii. CH3CH2CH2CH2Cl + KOH   → CH3CH2CH = CH2 + KCl + H2O CCl

4 CH3CH2CH = CH2 + Br2   → CH3CH2CHCH2 | | Br Br

αλκοόλη iv. CH3CH2CH2CH2Cl + KOH   → CH3CH2CH = CH2 + KCl + H2O H SO

4 CH3CH2CH = CH2 + H − OH 2  → CH3CH2CHCH3 | OH

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

(Markovnikov)

127

III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Το αιθένιο είναι: α. άχρωµο, αέριο µε ασθενή χαρακτηριστική οσµή, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες. β. άχρωµο, υγρό, διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες, αδιάλυτο στο νερό, γ. αέριο, άοσµο, διαλυτό στο νερό και σε οργανικούς διαλύτες, δ. πτητικό υγρό, άχρωµο, άοσµο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες.

2. Τα µεσαία µέλη των αλκενίων: α. περιέχουν από πέντε έως δεκαεπτά άτοµα άνθρακα στο µόριό τους, β. είναι διαλυτά στο νερό, γ. περιέχουν από πέντε έως δεκατέσσερα άτοµα άνθρακα στο µόριό τους, δ. είναι δυσδιάλυτα στους οργανικούς διαλύτες.

3. Κατά την προσθήκη υδροχλωρίου σε 1−βουτένιο, παράγεται: α. 1−χλωρο−βουτάνιο, β. 3−χλωρο−βουτάνιο, γ. βουτάνιο και 1−χλωρο−βουτάνιο δ. 2−χλωρο−βουτάνιο.

4. Ο πολυµερισµός του 2 βουτενίου δίνει: α. (− CH2 − CH − CH2 −)v | CH3 β. (− CH2CH2CH2CH2 −)v γ. (− CH − CH −)v | | CH3 CH3 CH3 | δ. (− CH2 − C − CH2 −)v | CH3 5. ∆ίνονται οι παρακάτω πληοροφορίες που αφορούν την άγνωστη Χ ένωση: i. αποχρωµατίζει διάλυµα βρωµίου, ii. πολυµερίζεται, iii. παρασκευάζεται από το 1−χλωρο−προπάνιο σε ένα στάδιο. Η ένωση είναι: α. προπάνιο, β. προπένιο,

128

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. εξάνιο, δ. προπίνιο.

6. Κατά τη διαβίβαση µείγµατος αιθανίου, αιθενίου κα προπανίου σε περίσσεια διαλύµατος βρωµίου σε τετραχλωράνθρακα, τα αέρια που εξέρχονται από το διάλυµα αυτό είναι: α. αιθάνιο και προπάνιο, β. αιθάνιο, γ. 1,2−διβρωµο−προπάνιο, δ. αιθάνιο, προπάνιο και 1,2−διβρωµο−προπάνιο.

7. Κατά την επίδραση αλκοολικού διαλύµατος NaOH σε 2−χλωρο−προπάνιο, η οργανική ένωση που παράγεται είναι: α. 2,3−διµεθυλο−βουτάνιο, β. προπάνιο, γ. προπένιο, δ. προπίνιο.

8. Το προπένιο παρασκευάζεται εργαστηριακά µε: α. πυρόλυση προπανίου, β. αφυδάτωση 1−προπανόλης, γ. αφυδραλογόνωση 2−χλωροβουτανίου, δ. πυρόλυση βουτανίου.

9. i) Το αλκένιο που θα προκύψει από την αφυδάτωση της 2−βουτανόλης ως κύριο προϊόν είναι: α. 1−βουτένιο, β. 2−βουτένιο γ. βουτάνιο, δ. βουτένιο. ii) Το αλκένιο

που

θα

προκύψει

από

την

αφυδάτωση

της:

3,3−διµεθυλο−2−βουτανόλης είναι: α. 3,3−διµεθυλο−βουτένιο β. 3,3−διµεθυλο−2−βουτένιο γ. 3,3−διµεθυλο−1−βουτένιο δ. 3,3−διµεθυλο−3−βουτένιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

129

10. Για να παρασκευάσουµε την ένωση: CH3CH=C−CH3 µε αφυδραλογόνωση | CH3 χρησιµοποιούµε: α. CH3 − CH − CH − CH3 | | Cl CH3 β. CH2 − CH2 − CH − CH3 | | Cl CH3 γ. CH3 − CH2 − CH − CH3 | CH3 Cl | δ. CH3 − CH2 − C − CH3 | Cl 11. ∆ίνεται ο συντακτικός τύπος του πολυµερούς: … − CH − CH2 − CH − CH2 CH − CH2 − … | | | CH3 CH3 CH3 To µονοµερές είναι: α. CH2 = CH2 β. CH3CH = CH2 γ. CH3CH = CHCH3 δ. CH2 − CH3 | CH3 12. Καταλυτική υδρογόνωση ενός αλκενίου Α δίνει ένα αλκάνιο Β, που µε φωτοχηµική αλογόνωση δίνει ένα και µόνο αλκυλοχλωρίδιο Γ. Το Γ είναι: α. CH3Cl β. CH3CH2Cl CH3 | γ. CH2CCH3 | | Cl CH3 δ. CH3CHCH3 | Cl 13. Αλκένιο Α αντιδρά µε HCl και δίνει ένωση Β, που αντιδρά καταλυτικά µε αέριο Η2 και σχηµατίζει ένωση Γ. Αν η Γ παρασκευάζεται µε επίδραση NaOH στην ένωση CH3CH2COONa, τότε η ένωση Α και Β είναι αντίστοιχα: α. CH2 = CH2 και CH3CH2Cl β. CH3CH = CH2 και CH3Cl

130

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. CH3CH = CH2 και CH3CHCH3 | Cl δ. CH2 = CH2 και CH3CH2CH2Cl

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

131

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να συµπληρωθούν οι παρακάτω αντιδράσεις: i. CH3CH = CH2 + ………… CH3CH − CH3 | Br H2 SO 4 ii. CH3CH − CH = CH2 + HOH  → …………… | CH3 iii. CH3CH − CH3 + KOH ……… + ……… + ………

CH3 | CCl 4 iv. ………… + ……… → CH3 − C − CH2 | | Br Br CH3 | .......... v. CH3C = CH − CH3 + H − OH   → ………………………….. ..........

vi. vCH2 = CH +   → ……………………… | Cl

vii.

CH3 CH3 | | H SO 4 CH3 − C = C − CH3 + H − OH 2  → …………………

.......... viii. CH3CHCH2CH3   → ………………… + H2O | OH

2. Να συµπληρώσετε τα κενά µε τα κατάλληλα αντιδραστήρια και τους καταλύτες ή τους διαλύτες από τη στήλη Α:

i. CH3CHCH3   → CH2 = CHCH3 | OH ii. CH2 = CH2 + ……… CH3 − CH3

α. Ni

.......... iii. CH3CH2Cl + ……   → CH2 = CH2 + NaCl + H2O

γ. Η2SΟ4, 170οC

.......... iv. CH2 = CHCH3 + ……   → CH2CHCH3 | | Br Br

δ. Br2, CCl4

..........

..........

β. NaOH, αλκοολικό διάλυµα

v. 2CH3CH2I + ……   → CH3CH2CH2CH3 + 2NaI ..........

vi. CH4 + ……   → CH3Cl + HCl

132

ε. Cl2, hv (διάχυτο φως) στ. Na, άνυδρος αιθέρας

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3. Το αλκάνιο Α: C6H14 παρασκευάζεται µε τη µέθοδο Wurtz από το Β: C3H7I, το οποίο παρασκευάζεται από το αλκένιο Γ: C3H6 µε προσθήκη ΗΙ. Τα Α, Β, Γ είναι: i. Α: CH3CH2CH2CH2CH2CH3

B: CH3CH2CH2I

Γ: CH3CH = CH2

ii. Α: CH3CHCH2CH2CH3 | CH3

B: CH3CHCH3 | I

Γ: CH3CH = CH2

CH3 | iii. Α: CH3CCH2CH3 | CH3

B: CH3CH2CH2I

Γ: CH2 = CHCH3

iv. Α: CH3CHCHCH3 B: CH3CHCH3 Γ: CH2 = CHCH3 | | | CH3 CH3 I Να επιλέξετε το σωστό και να γράφετε τις σχετικές αντιδράσεις.

4. Υδρογονάνθρακες (Α): α) έχει 4 άτοµα C, β) αποχρωµατίζει διάλυµα βρωµίου σε CCl4, γ) δίνει µε καταλυτική υδρογόνωση αλκάνιο, το οποίο µπορεί να προκύψει µε κατάλληλη εφαρµογή της µεθόδου Wurtz χρησιµοποιώντας ένα µόνο αλκυλαλογονίδιο. Ο υδρογονάνθρακας (Α) είναι: i. CH2 = CHCH2CH3 ή CH3CH = CHCH3 ii. CH3CH2CH2CH3 iii. CH2 = CCH3 | CH3 iv. CH2 = CHCH2CH3 5. Να αντιστοιχήσετε τα µονοµερή της στήλης (Α) µε τα πολυµερή της στήλης (Β) φτιάχνοντας ζεύγη γραµµάτων – λατινικών αριθµών: Α Β i. P.V.C. α. CH2 = CH2 ii. Πολυπροπένιο β. CH2 = CH − Cl γ. CH2 = CH − CN δ. CH2 = CHCH3

iii. Πολυαιθυλένιο iv. Πολυπροπενονιτρίλιο

6. ∆ίνονται οι πιο κάτω πληροφορίες που αφορούν την άγνωστη ένωση Χ: i) Έχει πολλαπλό δεσµό. ii) Μπορεί να πολυµεριστεί. iii) Παρασκευάζεται από το χλωρο-αιθάνιο σε ένα στάδιο. Εποµένως η ένωση είναι: α. το προπένιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

133

β. το αιθένιο γ. το αιθυλο-χλωρίδιο δ. το βουτάνιο Να γράψετε τις σχετικές αντιδράσεις.

134

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

V. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Τι ονοµάζονται αλκένια και πώς συµβολίζονται; Να αναφέρετε τα τρία πρώτα µέλη της σειράς και να γράψετε τα συντακτικά ισοµερή τους.

2. Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του αιθενίου και των αλκενίων; 3. Ποιος είναι οι γενικές µέθοδοι παρασκευής των αλκενίων και του αιθενίου; 4. Ποιες είναι οι χηµικές ιδιότητες των αλκενίων και του αιθενίου; 5. Πώς γίνεται η ανίχνευση του διπλού δεσµού; 6. Τι ονοµάζουµε πολυµερισµό; Ποια είναι τα προϊόντα πολυµερισµού του: i. αιθενίου, ii. χλωροαιθενίου; 7. Ποιες είναι οι χρήσεις του αιθενίου; 8. Κατά την κατεργασία του 2−χλωρο−βουτανίου µε NaOH σχηµατίζεται µείγµα αλκενίων. Ποια είναι τα προϊόντα αυτών µε προσθήκη: α) Η2, β) HCl, γ) Cl2, δ) Η2Ο; 9. Να παρασκευάσετε από: α. 1−προπανόλη 2−προπανόλη β. 1−βρωµο−βουτάνιο 2−βρωµο−βουτάνιο γ. 1−βουτένιο 2−βουτένιο δ. 1−χλωρο−προπάνιο 1,2−διχλωρο−προπάνιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

135

VI. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Απλές στοιχειοµετρικές Για εξάσκηση 1. 2,8 g αλκενίου αποχρωµατίζουν 250 mL διαλύµατος Br2 3,2 % w/v. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. Απ: C4H8 2. 30 g κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης θερµαίνονται µε πυκνό H2SO4 στους 170οC, οπότε µετατρέπεται πλήρως σε αλκένιο. Κατά την αποµόνωση του αλκενίου, χάθηκε το 20% της ποσότητας που είχε σχηµατιστεί από την παραπάνω αντίδραση, οπότε τελικά παραλάβαµε 16,8 g αλκενίου. α) Να βρείτε το µοριακό τύπο της αλκοόλης και του αλκενίου. β) Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων αν είναι γνωστό ότι µε προσθήκη Η2Ο στο αλκένιο προκύπτει η αρχική αλκοόλη. Απ: 2−προπανόλη 3. Αλκένιο Α: α) Αποχρωµατίζει διάλυµα που περιέχει 32 g βρωµίου σε τετραχλωράνθρακα. β) Κατά την επίδραση µεταλλικού νατρίου σε χλωροαιθάνιο που είναι διαλυµένο σε άνυδρο αιθέρα, προκύπτει ο ίδιος υδρογονάνθρακας µ΄ αυτόν που σχηµατίζεται εάν επιδράσουµε µε Η2 στο αλκένιο Α µε καταλύτη Ni. Ζητάµε: i. Τους δυνατούς συντακτικούς τύπους του αλκενίου. ii. Την αρχική ποσότητα του αλκενίου. Απ: i. 1−βουτένιο, 2−βουτένιο, ii. 11,2 g 4. Αλκένιο αντιδρά µε νερό σε κατάλληλες συνθήκες και παρασκευάζεται οξυγονούχος ένωση που περιέχει 21,62% w/w οξυγόνο. α) Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκενίου. β) Εάν γνωρίζουµε ότι το αλκένιο διαθέτει ευθεία ανθρακική αλυσίδα, ποιοι είναι οι δυνατοί συντακτικοί του τύποι; Ποιος είναι, στην περίπτωση αυτή, ο συντακτικός τύπος της οξυγονούχου ένωσης που παρασκευάζεται; Εξηγήστε; Απ: α) C4Η8 β) 2−βουτανόλη

136

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

B. Το προϊόν της µιας αντίδρασης είναι αντιδρών στην επόµενη. Λυµένη Άσκηση 1. Η βιοµηχανική παρασκευή του πολυβινυλοχλωριδίου γίνεται σε διάφορα στάδια: Αιθένιο και χλώριο αντιδρούν και παράγεται ένωση Χ. Από την ένωση αυτή, µε απόσπαση HCl, σχηµατίζεται βινυλοχλωρίδιο. Το βινυλοχλωρίδιο είναι ένα αέριο το οποίο υγροποιείται υπό πίεση. Ο πολυµερισµός γίνεται µε την προσθήκη ενός καταλύτη στο υγροποιηµένο βινυλοχλωρίδιο και ελάττωση της πίεσης, οπότε σχηµατίζεται µια λευκή σκόνη, το πολυµερές. α) Να γράψετε τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης αιθενίου και χλωρίου, καθώς και το συντακτικό τύπο και το όνοµα της ένωσης Χ. β) Πώς ονοµάζεται κατά I.U.P.A.C. το βινυλοχλωρίδιο; γ) Να γράψετε τη χηµική εξίσωση πολυµερισµού του βινυλοχλωριδίου. δ) Ποια µάζα καθενός από τα δύο αρχικά αέρια απαιτείται για την παραγωγή ενός τόνου πολυβινυλοχλωριδίου; ∆ίνονται: ΑrC: 12, ArH: 1, ArCl: 35,5. Λύση CCl

4 α) CH2 = CH2 + Cl2  → CH2 − CH2 1,2−διχλωρο−αιθάνιο | | Cl Cl β) Το βινυλοχλωρίδιο έχει συντακτικό τύπο CH2 = CH2 − Cl και ονοµάζεται κατά

I.U.P.A.C. χλωρο−αιθένιο.

P.

γ) v(CH2 = CH − Cl)   → − CH2 − CH − καταλύτης | Cl µονοµερές: βινυλοχλωρίδιο

v

πολυµερές: πολυβινυλοχλωρίδιο

δ) Έστω ότι απαιτούνται α mol αιθενίου για την παρασκευή ενός τόνου πολυβινυλοχλωριδίου. Οι αντιδράσεις που λαµβάνουν χώρα για την παρασκευή του P.V.C. είναι: CH2 = CH2 + Cl2 CH2 − CH2 | | Cl Cl 1 mol 1mol 1mol α mol ;α mol ; α mol

Άρα, απαιτούνται α mol Cl2 και παράγονται α mol CH2 − CH2, από το οποίο γίνεται | | Cl Cl απόσπαση HCl.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

137

CH2 − CH2  → CH2 = CH − Cl −HCl | | Cl Cl 1 mol α mol

1 mol ;α mol

Παράγονται α mol CH2 = CH − Cl, το οποίο πολυµερίζεται. Ρ, Θ

v(CH2 = CH − Cl)   → (− CH2 − CH −)V καταλύτης v mol

| Cl 1 mol

α mol

;

Παράγονται

α πολυµερούς v

α mol πολυβινυλοχλωριδίων (P.V.C.), τα οποία έχουν µάζα 1 τόνο = v

1.000.000 g. Ισχύει: m α 1.000.000 1.000.000 nP.V.C. = ⇒ = ⇒α= ⇒ α = 16.000 mol.

Mr v v(12 ⋅ 2 + 3 ⋅ 1 + 35,5) 62,5 Άρα χρειαζόµαστε α = 16.000 mol CH2 = CH2 και 16.000 mol Cl2 για την Παρασκευή ενός τόνου P.V.C. Βρίσκουµε τις µάζες του CH2 = CH2 και του Cl2. m nC 2 H 4 = ⇒ m = nC 2H4 ⋅ Mr ⇒ m = 16.000 ⋅ (12 ⋅ 2 + 4 ⋅ 1)g = 448.000 g = 448 Kg C2H4.

Mr nCl 2 =

m ⇒ m = nCl2 ⋅ Mr ⇒ m = 16.000 ⋅ 2 ⋅ 35,5g = 1.136.000 g = 1.136 Kg Cl2.

Mr

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Ποσότητα αιθενίου αντιδρά πλήρως µε ΗΒr και παράγεται προϊόν Α. Το προϊόν Α διαλύεται σε άνυδρο αιθέρα, προστίθεται νάτριο, οπότε αντιδρά πλήρως και προκύπτουν 29 g οργανικού προϊόντος Β. α) Ποιοι είναι οι µοριακοί τύποι των Α, Β; β) Ποια είναι η αρχική ποσότητα του αιθενίου; Απ: β) 28 g 2. 46,25 g αλκυλοχλωριδίου Α κατεργάζονται µε αλκοολικό διάλυµα ΚΟΗ. Το οργανικό προϊόν Β που προέκυψε αντιδρά πλήρως µε ισοµοριακή ποσότητα Η2 και σχηµατίζονται 29 g οργανικής ένωσης Γ. α) Να βρείτε τους µοριακούς τύπους των Α, Β, Γ. β) Η ένωση Γ δεν µπορεί να παρασκευαστεί µε µέθοδο Wurtz από ένα µόνο αλκυλαλογονίδιο. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της ένωσης Γ και ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι του αλκυλοχλωριδίου Α; Απ: α) C4Η9Cl β) 2 ισοµερή

138

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3. 6 g κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης Α αφυδατώνονται παρουσία H2SO4 στους 170oC. Το οργανικό προϊόν Β, που προκύπτει, στη συνέχεια συγκροτεί 1,8 g H2O και µετατρέπεται σε προϊόν Γ. Εάν οι ενώσεις Α και Γ είναι ισοµερείς, να βρεθούν οι συντακτικοί τους τύποι. Απ: 1−προπανόλη, 2−προπανόλη 4. Ποσότητα υγρού αλκενίου χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη. Στο ένα µέρος αντιδρά Η2 παρουσία Ni και το υγρό Α που προκύπτει δεν αποχρωµατίζει διάλυµα Br2. Για την καύση του υγρού Α που σχηµατίστηκε, απαιτήθηκε 6,67% οξυγόνο επιπλέον από αυτό που απαιτήθηκε για την καύση της υπόλοιπης µισής ποσότητας του αλκενίου. Να βρεθεί ο µοριακός τύπος του αλκενίου. Απ: C5H10

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

139

Γ. Έλεγχος περίσσειας. Λυµένη Άσκηση 8,4 g βουτενίου διαβιβάζονται σε 200 mL διαλύµατος Br2 16% w/v. Να υπολογίσετε την επί % w/v περιεκτικότητα του διαλύµατος που προκύπτει. ∆ίνονται: ΑrC: 12, ArH: 1, ArΒr: 80. Λύση Υπολογίζουµε τα mol κάθε σώµατος: Mr

C 4 H8

= 4⋅12+8⋅1 = 56

8,4 = 0,15 mol 56 Σε 100 mL διαλύµατος περιέχονται 16 g Br2 Σε 200 mL διαλύµατος περιέχονται x1; g Br2 200 x1 = 16 ⋅ = 32 g Br2 100 Mr Br2 = 2⋅80 = 160 n C 4 H8 =

32 = 0,2 mol 160 Γράφουµε την αντίδραση και ελέγχουµε ποιο σώµα αντιδρά πλήρως: C4H8 + Br2 C4H8Br2 Αρχικά: 0,15 mol 0,2 mol Αντιδρούν: 0,15 mol 0,15 mol Παράγονται: 0,15 mol Τελικά: 0,05 mol 0,15 mol Το διάλυµα που προκύπτει περιέχει 0,05 mol Br2 και 0,15 mol C4H8Br2. Υπολογίζουµε τη µάζα κάθε συστατικού:

n Br2 =

mBr2 = 0,05⋅160 = 8 g

( Mr

Br2

= 160)

mC 4H8Br2 = 0,15⋅216 = 32,4 g

( Mr

C 4H8Br2

= 216)

Σε 200 mL διαλύµατος περιέχονται 8 g Br2 και 32,4 g C4H8Br2 Σε 100 mL διαλύµατος περιέχονται x3; g Br2 και x4; g C4H8Br2

100 =4g 200 100 x4 = 32,4 ⋅ = 16,2 g 200 Εποµένως, η % w/v περιεκτικότητα του διαλύµατος είναι: Για το Br2: 4% w/v. Για το C4H8Br2: 16,2% w/v. x3 = 8 ⋅

140

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Σε τετραχλωράνθρακα διαλύονται 80 g βρωµίου. Κατόπιν, προσθέτουµε 16,8 g προπενίου. α) Θα αποχρωµατιστεί το διάλυµα του βρωµίου µετά την προσθήκη του προπενίου; β) Ποια είναι η ελάχιστη ποσότητα του προπενίου που πρέπει να προσθέσουµε αρχικά στο διάλυµα του βρωµίου ώστε να αποχρωµατιστεί; Απ: α) όχι β) 21 g 3 2. 560 cm προπενίου, µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες, αντιδρούν µε 2,43 g ΗΒr. α) Ποια είναι η µάζα του προϊόντος; β) Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του προϊόντος; Εξηγήστε τη σχεδόν αποκλειστική παρασκευή του ενός µόνο ισοµερούς. Απ: α) 3,075 g 3. 3 g αιθενίου διαβιβάζονται σε 50 mL διαλύµατος Br2 16% w/v. Να υπολογίσετε την επί % w/v περιεκτικότητα του διαλύµατος που προκύπτει. Απ: 18,8% w/v C2H4Br2, 3,2% w/v C2H4 4. Η πυκνότητα αερίου µείγµατος C2H4 και Η2 είναι 0,863 g/L σε πρότυπες συνθήκες. α) Να βρείτε την αναλογία των mol C2H4 και Η2 στο µείγµα. β) Το µείγµα του C2H4 και του Η2 διέρχεται πάνω από καταλύτη λευκόχρυσο. Να βρείτε την επί % v/v περιεκτικότητα του καινούριου µείγµατος των αερίων που σχηµατίζεται. Απ: α) 2:1 β) 50% v/v

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

141

∆. Πολυµερισµός. Στις ασκήσεις πολυµερισµού θα θυµηθούµε ότι: i) v µόρια µονοµερούς σχηµατίζουν 1 µόριο πολυµερούς:

vCkH2k (− CkH2k − )v M.B.πολυµ. = v⋅M.B.µονοµερ. ii) Μονοµερές και πολυµερές έχουν την ίδια κατά βάρος σύσταση. Λυµένες Ασκήσεις 1. Η σχετική µοριακή µάζα πολυµερούς ενός αλκενίου είναι 63.000. Τα 11,2 L του µονοµερούς, µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας, έχουν µάζα 21 g. α) Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του αλκενίου; β) Πόσα µόρια µονοµερούς συνθέτουν το πολυµερές; γ) Να γραφεί η αντίδραση πολυµερισµού. ∆ίνονται: ΑrC: 12, ArH: 1. Λύση α) Υπολογίζουµε τη Mr του µονοµερούς. Τα 11,2 L µονοµερούς έχουν µάζα 21 g Τα 22,4 L µονοµερούς έχουν µάζα Mr =; g

Mr =

21⋅ 22,4 = 42.

11,2

∆ηλαδή: Μr µονοµερούς = 42. Το µονοµερές έχει γενικό τύπο CkH2k και Μr = 12k+2k = 14k. Εποµένως: 14k = 42 ⇒ k = 3. Άρα, ο µοριακός τύπος του µονοµερούς είναι C3H6 και ο συντακτικός τύπος είναι CH2 = CHCH3. β) Έστω ότι v µόρια του µονοµερούς συνθέτουν το µόριο του πολυµερούς: Ρ,Θ

vCH2 = CHCH3 → (− CH2 − CH − )v | CH3 Mr πολυµερούς = v⋅Mr µονοµερούς ⇒ 63.000 = v⋅42 ⇒ v = 1.500. ∆ηλαδή, 1.500 µόρια του µονοµερούς συνθέτουν το µόριο του πολυµερούς. γ) Η αντίδραση πολυµερισµού είναι: P,Θ 1.500CH2 = CHCH3  → (− CH2 − CH −)1.500 | CH3

142

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2. Ακόρεστος υδρογονάνθρακας περιέχει 85,71% w/w C και έχει Μr ίσο µε 28.

2.000 µόρια του ακόρεστου υδρογονάνθρακα συνθέτουν ένα πολυµερές. α. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα; β. Ποια είναι η σχετική µοριακή µάζα; γ. Να γραφεί η αντίδραση πολυµερισµού. ∆ίνονται: Αr C: 12, Ar H: 1. Λύση α. Από την % w/w περιεκτικότητα του υδρογονάνθρακα και τη Μr του, προσδιορίζουµε το µοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα. Σε 100 g CxHy περιέχονται 85,71 g C και (100-85,71) = 14,29 g H. H Mr του CxHy είναι: Σε 100 g CxHy περιέχονται 85,71 g C και 14,29 g H y gH Σε 28 g CxHy περιέχονται 12x g C και 100 85,71 = ⇒x = 2 28 12x 100 12,29 = ⇒y = 4 28 y Εποµένως, ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα είναι C2H4. β. 2.000 µόρια C2H4 συνθέτουν 1 µόριο πολυµερούς. Η Μr του πολυµερούς είναι: Μr πολυµερούς = 2.000 Μr µονοµερούς ⇒ Μr πολυµερούς = 2.000⋅28 = 56.000. γ. Η αντίδραση πολυµερισµού είναι: P,Θ 2.000 CH2 = CH2  → (− CH2 − CH2 −)2.000

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Πολυµερές έχει Μr 42.000 και περιέχει 1.000 µόρια µονοµερούς. Το µονοµερές έχει γενικό µοριακό τύπο CvH2v. α) Ποια είναι η Mr του µονοµερούς; β) Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του µονοµερούς; γ) Να γράψετε την αντίδραση πολυµερισµού. Απ: α) 42 β) C3H6 2. H Mr πολυµερούς ενός αλκενίου είναι 56.000. Αν τα 5,6 L του µονοµερούς ζυγίζουν 7 g σε πρότυπες συνθήκες: α) Να βρεθεί ο συντακτικός τύπος του αλκενίου. β) Πόσα µόρια µονοµερούς συνθέτουν το πολυµερές; Απ: α) CH2 = CH2 β) 2.000 3. 0,2 mol αλκενίου πολυµερίζονται και το πολυµερές που προκύπτει καίγεται πλήρως µε την απαιτούµενη ποσότητα οξυγόνου. Μετά την ψύξη των καυσαερίων, παραµένουν 17,92 L αερίου µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Να γραφούν οι παραπάνω αντιδράσεις και να βρεθεί ο µοριακός τύπος του αλκενίου. Απ. C4H8

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

143

∆ΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΙΣ ΧΗΜΙΚΕΣ Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ ΑΛΚΑΝΙΩΝ – ΑΛΚΕΝΙΩΝ Αλκάνια 1. Είναι κορεσµένες ενώσεις.

2. Είναι αδρανείς ενώσεις.

3. ∆εν δίνουν αντιδράσεις προσθήκης (π.χ. δεν αποχρωµατίζουν διάλυµα Br2 σε CCl4).

4. ∆ίνουν αντιδράσεις υποκατάστασης (π.χ. µε Cl2 ή Br2) παρουσία φωτός.

5. ∆εν πολυµερίζονται.

144

Αλκένια 1. Είναι ακόρεστες ενώσεις.

2. Είναι δραστικές ενώσεις.

3. ∆ίνουν αντιδράσεις προσθήκης (π.χ. αποχρωµατίζουν διάλυµα Br2 σε CCl4).

4. ∆εν δίνουν αντιδράσεις υποκατάστασης.

5. Πολυµερίζονται, επειδή είναι ακόρεστες ενώσεις.

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2.5. ΑΛΚΙΝΙΑ – ΑΙΘΙΝΙΟ ή ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Αιθίνιο Παρασκευάζεται: α. Στη βιοµηχανία, µε πυρόλυση του µεθανίου στους 1.200οC. o

1.200 C 2CH4   → ΗC ≡ CH + 3Η2

ατµός

β. Εργαστηριακά (παλαιότερα και βιοµηχανικά) µε υδρόλυση του ανθρακασβεστίου.

CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + HC≡CH γ. Με αφυδραλογόνωση 1,2−διχλωροαιθανίου µε αλκοολικό διάλυµα NaOH ή ΚΟΗ. αλκοολικό  → ΗC ≡ CH + 2NaCl + 2H2O CH2 − CH2 + 2NaOH  διάλυµα | | Cl Cl

•

Φυσικές ιδιότητες: Το αιθίνιο είναι αέριο, άχρωµο, άοσµο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό και διαλύεται στους οργανικούς διαλύτες. Χρησιµοποιείται: α. Για τη συγκόλληση των µετάλλων. β. Για την παρασκευή πολλών οργανικών ενώσεων, αν και ο ρόλος του έχει αντικατασταθεί από το φθηνότερο αιθυλένιο. γ. Για την παρασκευή χλωροαιθενίου (CH2=CHCl) και προπενονιτριλίου (CH2=CHCN).

Αλκίνια Παρασκευάζονται: Με αφυδραλογόνωση κατάλληλων διαλογονιδίων (v,v ή v,v+1). αλκοολικό CvH2vX2 + 2NaOH   → CvH2v-2 + 2NaCl + 2H2O διάλυµα

v,v: τα δύο άτοµα Χ στο ίδιο άτοµο C v,v+1: τα δύο άτοµα Χ σε γειτονικά άτοµα C Χ | αλκοολικό RCCH2R΄ + 2NaOH   → RC ≡ CR΄ + 2NaX + 2H2O | διάλυµα X

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

145

αλκοολικό RCHCHR΄ + 2NaOH   → RC ≡ CR΄ + 2NaX + 2H2O | | διάλυµα X X

•

Φυσικές ιδιότητες: Tα κατώτερα µέλη της σειράς είναι αέρια, τα µεσαία είναι υγρά και τα ανώτερα µέλη είναι στερεά.

•

Χηµικές ιδιότητες:

1) Αντιδράσεις προσθήκης Το αιθίνιο και γενικά τα αλκίνια δίνουν αντιδράσεις προσθήκης, κατά τις οποίες γίνεται σταδιακή ανόρθωση του τριπλού δεσµού, πρώτα σε διπλό και στη συνέχεια σε απλό. Α Β | | + A −B R−C ≡ C−R΄ + A−B R − C = C − R΄   → R − C − C − R΄ | | | | A Β Α Β α. Προσθήκη υδρογόνου (υδρογόνωση), παρουσία νικελίου ως καταλύτη. +H

Ni 2 R − C ≡ C − R ΄ + H2  → R − CH = CHR ΄  → R − CH2 − CH2 − R΄ Νi

Π.χ. προσθήκη Η2 στο αιθίνιο: +H

Ni 2 Η − C ≡ C − Η + H2  → CH2 = CH2  → CH3 − CH3 Νi

Υπάρχουν ειδικοί καταλύτες που επιτρέπουν τη διακοπή της αντίδρασης στο πρώτο στάδιο ώστε ένα αλκίνιο να µετατρέπεται σε αλκένιο.

Pt / CaCO

3 Π.χ. H − C ≡ C − H + H2    → CH2 = CH2

β. Προσθήκη αλογόνου Χ2: Cl2, Br2, I2 που είναι διαλυµένα σε CCl4.

R − C ≡ C − R ΄ + X2

X X | | CCl 4 + X2 → R − C = C − R ΄ → R − C − C − R΄ | | CCl4 | | X X X X

Π.χ. προσθήκη Br2 στο αιθένιο:

H − C ≡ C − H + Br2

Br Br | | CCl 4 +Br2   → CH = CH  → CH − CH | | CCl4 | | Br Br Br Br 1,2−διβρωµο−αιθένιο

146

1,1,2,2−τετραβρωµο-αιθάνιο

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Όπως και στα αλκένια πραγµατοποιείται αποχρωµατισµός του καστανέρυθρου Br2 κατά την προσθήκη του στον τριπλό δεσµό. γ. Προσθήκη υδραλογόνου ΗΧ: ΗCl, ΗBr, ΗI. X | +HX R − C ≡ C − R ΄ + HX R − C = C − R ΄ → RCH2 − C − R΄ | | | H X X Π.χ. προσθήκη HCl στο αιθίνιο. +HCl Η − C ≡ C − Η + HCl CH2 = CH  → CH3CHCl | | Cl Cl

χλωροαιθένιο (βινυλοχλωρίδιο)

1,1−δίχλωρο−αιθάνιο

Με πολυµερισµό το βινυλοχλωριδίου παρασκευάζεται το πολυβινυλοχλωρίδιο, πλαστικό γνωστό ως PVC. vCH2 = CH (CH2 − CH −)v | | Cl Cl PVC Κατά την προσθήκη µορίου ΗΑ σε αλκίνιο, το Η του µορίου ενώνεται µε τον άνθρακα του τριπλού δεσµού που έχει τα περισσότερα άτοµα υδρογόνου (κανόνας του Markovnikov). Π.χ. προσθήκη HCl στο προπίνιο: Cl | +HCl CH3 − C ≡ C − H + HCl CH3 − C = CH2  → CH3 − C − CH3 | | Cl Cl δ. Προσθήκη υδροκυανίου ΗCN, υπό πίεση και παρουσία καταλυτών: H − C ≡ C − H + H − CN CH2 = CH − CN ακρυλονιτρίλιο Ο πολυµερισµός του ακρονιτριλίου δίνει προϊόν που χρησιµοποιείται ως τεχνητή υφάνσιµη ύλη (Οrlon). vCH2 = CH − CN (− CH2 − CH −)v | CN Orlon

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

147

ε. Προσθήκη νερού, Η2Ο, παρουσία H2SO4 και HgSO4, οπότε σχηµατίζονται καρβονυλικές ενώσεις.

H SO

4 R − C ≡ C − R ΄ + H−OH 2  → R − C = C − R ΄ R − CH2 − C − R΄ HgSO4 | | || H OH O ασταθής ένωση Π.χ. προσθήκη νερού στο αιθίνιο.

H SO

4 Η − C ≡ C − Η + HOH 2  → CΗ2 = CΗ2 CH3 − CΗ = Ο HgSO4 | OH ασταθής ένωση αιθανάλη

Ισχύει ο κανόνας του Markovnikov αφού το Η2Ο είναι µόριο του τύπου ΗΑ. Γενικά κατά την προσθήκη Η2Ο σε αλκίνιο σχηµατίζεται τελικά κετόνη. Εξαίρεση αποτελεί η περίπτωση του αιθινίου που δίνει τελικά αλδεΰδη, αιθανάλη ή ακεταλδεΰδη. Η ενδιάµεση ένωση που σχηµατίζεται είναι ασταθής, επειδή στο ίδιο άτοµο C υπάρχει και διπλός δεσµό και −ΟΗ.

2. Καύση (τέλεια) 3v − 1 Γενικά: CvH2v-2 + O2 vCO2 + (v-1)H2O 2 Το HC≡CH καίγεται τέλεια και δηµιουργεί γαλάζια φλόγα υψηλής θερµοκρασίας (3.000oC), που ονοµάζεται οξυακετυλενική φλόγα και χρησιµοποιείται στην κοπή ή τη συγκόλληση µετάλλων.

5 C2H2 + O2 2CO2 + H2O 2 3. Πολυµερισµός α. Τριµερισµός, οπότε σχηµατίζεται βενζόλιο. Το αιθίνιο θερµαίνεται στους 500οC παρουσία Fe. 3C2H2 C6H6 βενζόλιο ή

3 ΗC≡CH O βενζόλιο

β) ∆ιµερισµός, οπότε σχηµατίζεται βινυλοακετυλένιο.

CuCl

HC ≡ CH + HC ≡ CH → HC ≡ C − CH = CH2 NH4Cl

βινυλοακετυλένιο

148

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4. Αντιδράσεις όξινου υδρογόνου Τα υδρογόνα που είναι συνδεδεµένα µε τον C του τριπλού δεσµού είναι όξινα, δηλαδή µπορούν να αντικατασταθούν από άτοµα µετάλλου, οπότε προκύπτουν τα ακετυλενίδια.

1 R − C ≡ C − H + Na R − C ≡ CNa + H2 ↑ 2 νατριοακετυλενίδιο

R − C ≡ C − H + CuCl + NH3 R − C ≡ CCu ↓ + NH4Cl χαλκοακετυλενίδιο (καστανέρυθρο ίζηµα)

R − C ≡ C − H + AgNO3 + NH3 RC ≡ CAg↓ + NH4NO3 λευκό ίζηµα

Π.χ. για το αιθίνιο: Η − C ≡ C − H + Na Η − C ≡ CNa +

1 H2 ↑ 2

µονονάτριο ακετυλενίδιο

Η − C ≡ CΝa + Na NaC ≡ CNa +

1 H2 ↑ 2

δινάτριο ακετυλενίδιο

H − C ≡ C − H + 2CuCl + 2NH3 CuC ≡ CCu↓ + 2NH4Cl (καστανέρυθρο)

Οι αντιδράσεις αντικατάστασης του όξινου υδρογόνου ισχύουν µόνο για τα 1−αλκίνια, δηλαδή για τα αλκίνια εκείνα που διαθέτουν στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας τον τριπλό δεσµό. Από αυτά το ακετυλένιο διαθέτει 2 όξινα υδρογόνα.

Οι παραπάνω αντιδράσεις χρησιµοποιούνται για ανίχνευση 1−αλκινίων από άλλες οργανικές ενώσεις.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

149

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ Να γραφούν οι παρασκευές και οι χηµικές ιδιότητες του προπινίου. Απάντηση i. Τα αλκίνια παρασκευάζονται από κορεσµένα διαλογονίδια των υδρογονανθράκων, τα οποία έχουν τα άτοµα του αλογόνου στο ίδιο ή σε γειτονικά άτοµα άνθρακα, µε θέρµανση µε αλκοολικό διάλυµα ΚΟΗ, οπότε αποσπάται ΗΧ (δηλαδή, αφυδραλογόνωση). Συνεπώς για το προπίνιο θα έχουµε: Cl | αλκοολικό CH3C − CH3 + 2KOH   → CΗ3C ≡ CH + 2KCl + 2H2O | διάλυµα Cl Cl | αλκοολικό CH3CH2CH + 2KOH   → CΗ3C ≡ CH + 2KCl + 2H2O | διάλυµα Cl αλκοολικό CH3CH − CH2 + 2KOH   → CΗ3C ≡ CH + 2KCl + 2H2O | | διάλυµα Cl Cl

ii. Οι χηµικές ιδιότητες των αλκινίων είναι: 1. Αντιδράσεις προσθήκης α. Με υδρογόνο: +H

Ni 2 CH3 − C ≡ CH + H2  → CH3CH = CH2  → CH3CH2CH3 Pt

Pt

β. Με αλογόνο (Cl2, Br2): Cl Cl | | + Cl 2 CH3 − C ≡ CH + Cl2 → CH3C = CH → CH3 − C − CH CCl4 | | CCl4 | | Cl Cl Cl Cl

γ. Με υδραλογόνο (HCl, HBr, HI): Cl | +HCl CH3 C ≡ CH + HCl CH3 − C = CH2  → CH3CCH | | Cl Cl (Κανόνας Markovnikov)

150

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

δ. Με υδροκυάνιο (HCN): P

CH3 − C ≡ CH + HCΝ   → CH3C = CH2 Καταλύτης | CN +

-

ε. Με νερό (H−OH): Hg, HgSO 4 CH3 − C ≡ CH + H−OH     → [ CH3C = CH2] CH3 − C − CH3 H2SO4 | || OH O ενόλη ακετόνη (ασταθής ένωση) 2. Αντιδράσεις αντικατάστασης: Τα αλκίνια µε τον τριπλό δεσµό στην άκρη (R−C≡CH) δίνουν προϊόντα αντικατάστασης του υδρογόνου του τριπλού δεσµού από µέταλλο. Άρα το προπίνιο θα αντιδρά: α. Με δραστικά µέταλλα, Na ή Κ: 1 CH3C ≡ CH + Na CH3C ≡ CΝa + H2↑ 2 β. Με αµµωνιακό διάλυµα CuCl: CH3C ≡ CH + CuCl + NH3 CH3C ≡ CCu↓ + NH4Cl καστανέρυθρο

3. Καύση (τέλεια) C3H4 + 4O2 3CO2 + 2H2O 2. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε: i. προπίνιο από προπάνιο ii. προπίνιο από προπένιο Απάντηση Για να διακρίνουµε 1−αλκίνιο από αλκένιο ή αλκάνιο χρησιµοποιούµε τις αντιδράσεις αντικατάστασης του όξινου υδρογόνου του 1−αλκινίου.

CH3C ≡ CH + Na CH3C ≡ CNa +

1 H2↑ 2

όπου εκλύεται αέριο υδρογόνο.

CH3C ≡ CH + CuCl+ NH3 CH3C ≡ CCu↓ + NH4Cl όπου σχηµατίζεται καστανέρυθρο ίζηµα.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

151

3. ∆ίνεται η ακόλουθη σειρά αντιδράσεων: Cl2

NaOH

Ισοµοριακή ποσότητα Νa CH2 = CH2  → Α   → Β   → Γ CCl Αλκοόλη 4

CuCl

NH4Cl

∆ Η ένωση ∆ µπορεί να είναι: i. προπίνιο, ii. αιθίνιο, iii. βινυλοακετυλένιο iv. βενζόλιο Η ένωση Γ µπορεί να είναι: i. 1−βουτίνιο, ii. προπάνιο, iii. µονονάτριο ακετυλενίδιο, iv. δινάτριο ακετυλενίδιο Απάντηση CCl

2 CH2 = CH2+ Cl2  → CH2 − CH2 | | Cl Cl

(A)

Αλκοολικό

CH2 − CH2 + 2NaOH   → CH ≡ CH + 2NaCl + 2H2O | | ∆ιάλυµα (Β) Cl Cl CH ≡ CH + Na CH ≡ CNa +

1 H2↑ 2

(Γ) CuCl

2CH ≡ CH   → HC ≡ C − CH = CH2 NH Cl

(∆)

4

Άρα, η ένωση Γ είναι µονονάτριο ακετυλενίδιο και η ένωση ∆ είναι το βινυλοακετυλένιο.

4. Αν ένα µείγµα CH4, C2H4, C2H2 διαβιβαστεί σε περίσσεια διαλύµατος Br2 σε CCl4, τότε τα αέρια που εξέρχονται από το διάλυµα αυτό είναι: α. CH4, C2H4 β. CH4 γ. C2H4, C2H2 δ. C2H2 ε. C2H4 Απάντηση Μέσα στο διάλυµα Br2 σε CCl4 δεσµεύονται µόνο οι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες, δηλαδή το C2H4 και το C2H2. Εποµένως, το µοναδικό αέριο που εξέρχεται από το διάλυµα θα είναι ο κορεσµένος υδρογονάνθρακας, το CH4. Άρα, σωστή απάντηση είναι το β.

152

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

5. Μια ένωση X έχει τις παρακάτω ιδιότητες: δίνει αντιδράσεις προσθήκης, πολυµερίζεται, καίγεται και δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης. Η ένωση Χ µπορεί να είναι: α. αιθάνιο β. ακετυλένιο γ. πολυβινυλοχλωρίδιο δ. αιθένιο Απάντηση α. Το αιθάνιο σαν κορεσµένος υδρογονάνθρακας δεν δίνει αντιδράσεις προσθήκης και δεν πολυµερίζεται. β. Το ακετυλένιο δίνει αντιδράσεις προσθήκης ως ακόρεστος υδρογονάνθρακας. Πολυµερίζεται και ειδικότερα µε διµερισµό δίνει βινυλοακετυλένιο και µε τριµερισµό δίνει βενζόλιο. Όπως κάθε υδρογονάνθρακας καίγεται. Τέλος, δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης, αφού διαθέτει δύο όξινα υδρογόνα. γ. Το πολυβινυλοχλωρίδιο δε δίνει αντιδράσεις προσθήκης, δεν πολυµερίζεται γιατί δεν διαθέτει ακόρεστο δεσµό. δ. Το αιθένιο δίνει αντιδράσεις προσθήκης, πολυµερίζεται, καίγεται, δε δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης. Άρα η ένωση Χ είναι το ακετυλένιο.

6. Να αντιστοιχίσετε τα στοιχεία της στήλης (Ι) µε τα στοιχεία της στήλης (ΙΙ) φτιάχνοντας ζεύγη αριθµών – γραµµάτων: ΣΤΗΛΗ Ι ΣΤΗΛΗ ΙΙ Χηµικές διεργασίες Προϊόντα α. − CH − CH2 − 1. Προσθήκη Η2Ο σε C2H2. | CH3 v 2. Πολυµερισµός προπενίου. β. CH3CH = O 3. Θέρµανση C2H2 στους 500οC παρουσία Fe. γ. CH2 = CHCH3 4. Προσθήκη HCN σε ακετυλένιο. δ. CH3CH3 5. ∆ιµερισµός ακετυλενίου. ε. CH ≡ CH 6. Υδρόλυση ανθρακασβεστίου. στ. C6H6 7. Θέρµανση µεθυλο-προπανικού νατρίου µε NaOH. ζ. CH2 = CHCN 8. Προσθήκη Η2 (παρουσία Pt) σε 1-πεντένιο. η. CH ≡ CCH = CH2 9. Επίδραση Na µέσα σε άνυδρο αιθέρα σε θ. CH3CH2CH3 µεθυλοχλωρίδιο.

10. Θέρµανση στους 170οC, παρουσία π.H2SO4, της 2ι. CH3CH2CH2CH2CH3 προπανόλης. Να γραφούν οι σχετικές αντιδράσεις.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

153

Απάντηση H ,H SO

4 1 – β: CH ≡ CH + H2O g g  → CH2 = CH H2SO4 | OH

CH3 − CH = O

+

H 2 – α: vCH2 = CH  → − CH2 − CH − | | CH3 CH3 v Fe

3 – στ: 3CH ≡ CH o → C6H6 50 C

4 – ζ: CH ≡ CH + HCN CH2 = CH − CN CuCl

5 – η: 2CH ≡ CH   → CH ≡ C − CH = CH2 NH Cl 4

6 – ε: CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + CH ≡ CH θ 7 – θ: CH3CHCOONa + NaOH → CH3CH2CH3 + Na2CO3 | CH3 Pt 8 – ι: CH2 = CHCH2CH2CH3 + H2 →  CH3CH2CH2CH2CH3 άνυδρος 9 – δ: 2CH3Cl + 2Na   → CH3 − CH3 + 2NaCl αιθέρας

π.H SO

2 4   → CH3CH = CH2 + H2O 10 – γ: CH3CHCH3   o | 170 C OH

7. Να αντιστοιχίσετε τα αντιδρώντα που περιέχονται στη στήλη (Ι) µε όλα τα δυνατά προϊόντα της στήλης (ΙΙ). ΣΤΗΛΗ Ι ΣΤΗΛΗ ΙΙ προπενονιτρίλιο C2H2 + νερό Αιθυλένιο C2H2 + υδρογόνο 1,1,2,2 – τετραχλωροαιθάνιο C2H2 + υδροχλώριο βινυλοχλωρίδιο C2H2 + χλώριο αιθάνιο C2H2 + υδροκυάνιο 1,2 – διχλωροαιθένιο 1,1 – διχλωροαιθάνιο αιθανάλη Απάντηση H ,H SO

4 i. C2H2 + H2O g g  → CH2 = CH H2SO4 | OH

Ni

CH3 − CH = O (αιθανάλη)

+ H2

ii. C2H2 + H2 → C2H4 + → C2H6 (αιθυλένιο) (αιθάνιο)

154

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

iii. C2H2 + HCl CH2 = CHCl (βινυλοχλωρίδιο) C2H2 + 2HCl CH3 − CH − Cl (1,1 – διχλωροαιθάνιο) | Cl Cl Cl +Cl2 | | CCl 4 CH − CH iv. C2H2 + Cl2   → → CH = CH  CCl 4 | | | | Cl Cl Cl Cl 1,2 – διχλωροαιθένιο

1,1,2,2 – τετραχλωροαιθάνιο

v. CH ≡ CH + HCN CH2 = CHCN (προπενονιτρίλιο) Εποµένως, η αντιστοίχηση είναι: ΣΤΗΛΗ Ι C2H2 + νερό C2H2 + υδρογόνο C2H2 + υδροχλώριο C2H2 + χλώριο C2H2 + υδροκυάνιο

ΣΤΗΛΗ ΙΙ προπενονιτρίλιο Αιθυλένιο 1,1,2,2 – τετραχλωροαιθάνιο βινυλοχλωρίδιο αιθάνιο 1,2 – διχλωροαιθένιο 1,1 – διχλωροαιθάνιο αιθανάλη

8. Καθεµιά από τις ενώσεις µε τους παρακάτω συντακτικούς τύπους µπορεί να παρασκευαστεί από ένα αλκένιο ή από ένα αλκίνιο και κάποιο αντιδραστήριο. Να γράψετε το όνοµα και το συντακτικό τύπο του αλκενίου ή του αλκινίου για καθεµιά περίπτωση. Επίσης να γράψετε το όνοµα του άλλου αντιδραστηρίου. α. CH3CH(OH)CH3 β. CH3CBr2CBr2CH3 γ. CH3CH = CHCH3 δ. CH3C(Br) = CH2 Απάντηση α. Η ένωση CH3CH(OH)CH3 µπορεί να παρασκευαστεί από το προπένιο CH3CH = CH2 µε προσθήκη Η2Ο: H SO

4 CH3CH = CH2 + H − OH 2  → CH3CHCH3 | OH

β. Η ένωση CH3CBr2CBr2CH3 µπορεί να παρασκευαστεί από το 2 – βουτίνιο CH3C≡CCH3 µε προσθήκη Br2: Br Br | | CCl 4 CH3 − C ≡ C − CH3 + 2Br2  → CH3 − C − C − CH3 | | Br Br

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

155

γ. Η ένωση CH3CH = CHCH3 µπορεί να κατασκευαστεί από το 2 – βουτίνιο µε καταλυτική προσθήκη Η2: Pt / CaCO

3 CH3C ≡ CCH3 + H2    → CH3CH = CHCH3

δ. Η ένωση CH3C(Br) = CH2 µπορεί να παρασκευαστεί από το προπίνιο (CH3 –C≡CH) µε ΗBr: CH3C ≡ CH + H − Br CH3C(Br) = CH2

156

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Το αιθίνιο παράγεται µε: α. υδρόλυση του οξειδίου του ασβεστίου, β. υδρόλυση του ανθρακασβεστίου, γ. θέρµανση του κοκ, δ. αφυδάτωση αιθανόλης.

2. Κατά την επίδραση Η2 στο αιθίνιο παρουσία Pt και CaCO3 λαµβάνεται: α. αιθάνιο, β. αιθένιο, γ. µείγµα αιθανίου και αιθενίου, δ. µείγµα αιθινίου και αιθανίου.

3. Κατά τη θέρµανση του ακετυλενίου στους 500οC, παρουσία Fe, λαµβάνουµε: α. ακρυλονιτρίλιο, β. βινυλακετυλένιο, γ. βενζόλιο δ. πολυακετυλένιο.

4. Κατά τη διαβίβαση µείγµατος αιθανίου, αιθενίου και αιθινίου σε αµµωνιακό διάλυµα δεν αντιδρούν: α. το αιθάνιο, β. το αιθίνιο, γ. το αιθένιο και το αιθίνιο, δ. το αιθάνιο και το αιθένιο.

5. Μια ένωση Χ έχει τις παρακάτω ιδιότητες: i. δίνει αντιδράσεις προσθήκης, ii. καίγεται τέλεια προς CO2 και Η2Ο iii. αντιδρά µε νερό σε κατάλληλες συνθήκες και παράγει αλδεΰδη. Η ένωση είναι: α. αιθένιο, β. αιθίνιο, γ. χλωρο αιθένιο, δ. προπίνιο.

6. 0,1 mol αλκινίου και 0,2 mol νατρίου αντιδρούν πλήρως. Το αλκίνιο είναι: α. προπίνιο, β. 1 – βουτίνιο γ. 2 – βουτίνιο δ. αιθίνιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

157

7. Κατά την επίδραση αλκοολικού διαλύµατος KΟΗ σε 2,2−δίχλωρο βουτάνιο, η οργανική ένωση που παράγεται είναι: α. 1 – βουτίνιο β. 2 – βουτίνιο, γ. βουτάνιο, δ. 1 – βουτένιο.

8. Αλκίνιο περιέχει 10% Η. Ο συντακτικός του τύπος είναι: α. CH ≡ CH β. CH3C ≡ CH γ. CH3C ≡ CCH3 δ. CH3CH2C ≡ CH 9. Αλκίνιο µάζας 10 g καταλαµβάνει όγκο 5,6 L σε πρότυπες συνθήκες. Ο µοριακός τύπος του αλκινίου είναι: α. C2H2 β. C3H4 γ. C4H8 δ. C4H6 10. Με προσθήκη Η2Ο στο 2 – βουτίνιο µπορεί να προκύψει: α. 2 – βουτανόλη, β. βουτανόνη, γ. 1 – βουτανόλη, δ. βουτανάλη.

11. Με προσθήκη ισοµοριακής ποσότητας HCl στο διµεθυλο – βουτίνιο προκύπτει: α. 2 – χλωρο – διµεθυλο – 1 – βουτένιο. β. 1 – χλωρο – διµεθυλο – 2 – βουτένιο. γ. 1,2 – διχλωρο – διµεθυλο – 1 – βουτένιο. δ. 2 – χλωρο – διµεθυλο – βουτάνιο. ε. ∆εν µπορεί να γίνει η συγκεκριµένη αντίδραση.

12. Υδρογονάνθρακας (Α): i. Αποχρωµατίζει διάλυµα Br2, ii. αντιδρά µε Na και εκλύεται Η2, iii. Έχει 4 άτοµα C στο µόριό του. Ποιος από τους παρακάτω υδρογονάνθρακες είναι ο Α; α. C4H8, β. C4H10, γ. CH ≡ CCH2CH3

158

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

δ. CH2 = CCH3 | CH3 13. Από τις ενώσεις 1 – βουτένιο, 2 – βουτένιο, 1 – βουτίνιο, 2 – βουτίνιο, αιθίνιο και αιθάνιο, αντιδρούν µε νάτριο: α. 1 – βουτένιο, 1 – βουτίνιο και αιθίνιο, β. 1 – βουτίνιο, αιθίνιο και αιθάνιο, γ. 1 – βουτίνιο και αιθίνιο, δ. 2 – βουτένιο, 2 – βουτίνιο και αιθάνιο.

14. Από τις παρακάτω ενώσεις προπένιο, βινυλοχλωρίδιο και αιθάνιο, πολυµερίζονται: α. προπένιο, αιθένιο, βινυλοχλωρίδιο και αιθίνιο, β. προπένιο, προάνιο, αιθένιο και αιθίνιο, γ. όλες δ. βινυλοχλωρίδιο και αιθίνιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

προπάνιο,

αιθίνιο,

αιθένιο,

159

IV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασµένες: α. Το αιθίνιο ονοµάζεται ακετυλένιο (ασετιλίνη). β. Το αιθίνιο παρασκευάζεται µε επίδραση νερού στο καρβίδιο του ασβεστίου (CaC2). γ. Το αιθίνιο είναι υγρό, δύσοσµο και διαυγές. δ. Τα αλκίνια διακρίνονται από τα αλκένια µε προσθήκη Br2 σε CCl4. ε. Το αιθίνιο, όταν αναµειχθεί µε Ο2 σε κατάλληλη συσκευή, καίγεται µε φλόγα, της οποίας η θερµοκρασία φτάνει στους 3.000οC (οξυακετυλενική φλόγα). στ. Το αιθίνιο δεν πολυµερίζεται. Να αιτιολογήσετε τις λανθασµένες προτάσεις.

2. Να αντιστοιχήσετε τα στοιχεία της στήλης Α µε τα στοιχεία της στήλης Β, λαµβάνοντας υπόψη σας ότι οι ενώσεις της στήλης Β χρησιµοποιούνται κατάλληλα, ώστε να παρασκευαστούν οι ενώσεις της στήλης Α: ΣΤΗΛΗ Α ΣΤΗΛΗ Β i. Αιθίνιο 1. 1 – βουτίνιο ii. 2 – πεντανόνη 2. 1,2 – διχλωρο – αιθάνιο iii. Βουτάνιο 3. Αιθίνιο iv. Ακετόνη (προπανόνη) 4. 1 – πεντίνιο v. 1 – βουτένιο 5. 2 – βουτίνιο vi. Προπενονιτρίλιο 6. Προπίνιο Να γραφούν οι σχετικές αντιδράσεις.

3. Να συµπληρωθούν οι παρακάτω αντιδράσεις: .......... i. ……………… + ……………   → CH3C ≡ CH + 2KCl + 2H2O

ii. ……………… + Na CH3C ≡ CNa + …………… .......... iii. CH3CHCHCH3 + …………   → …………+ 2NaCl + 2H2O | | Cl Cl ..........  → CH3CCH3 iv. CH3CH ≡ CH + …………  … || …

O .......... v. ……………   → C6H6 .......... vi. …………… + Cl2   → CH3CH2C = CCH3 | | Cl Cl vii. CH ≡ CH + CuCl + …………… …………… + NH4Cl

viii. CH ≡ CH + 2Na …………… + …………… .......... ix. CH ≡ CH + ……………   → CH3 − CH3

x. CH3CH2C ≡ CH + HCl ……………… ...

xi. CH3C ≡ CH + 2Br2 → ………………

160

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

..........

xii. CH ≡ CH + CH ≡ CH   → ……………

4. Να γραφούν οι χηµικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α. Υδρογόνωση του προπινίου. β. Αφυδραλογόνωση του 2 – χλωρο – βουτανίου. γ. Επίδραση HCl στο 1 – βουτίνιο και στη συνέχεια προσθήκη Η2Ο. δ. Πολυµερισµός του αιθινίου. ε. Προσθήκη Η2Ο στο 1 – βουτίνιο.

5. Να συµπληρωθούν τα κενά στις παρακάτω αντιδράσεις: Ni +HCl A i. C3H4 + H2  → …………….  → …………. Άνυδρος A + Na   → ………… + …………. αιθέρας

ii. CH ≡ CCH3 + Na ………………

6. Ποιες από τις ενώσεις: α. C2H4, β. C2H6, γ. C2H2, δ. C3H6, i. Αποχρωµατίζουν διάλυµα Br2. ii. Αντιδρούν µε Na. iii. ∆ίνουν προϊόντα προσθήκης. iv. Πολυµερίζονται. v. ∆ίνουν προϊόντα αντικατάστασης. vi. Αντιδρούν µε CuCl δίνοντας καστανέρυθρο ίζηµα.

7. Το Α: CvH2vCl2 αντιδρά µε αλκοολικό διάλυµα NaOΗ, οπότε σχηµατίζεται προϊόν που αντιδρά µε Fe στους 500οC, οπότε παράγεται C6H6. Το Α είναι: i. C2H4Cl2 ii. CH2lCl2 iii. C3H6Cl2 iv. C4H8Cl2 8. Να γράψετε τις χηµικές αντιδράσεις για τις παρακάτω συνθέσεις: i. Από το αιθένιο να παρασκευαστεί αιθίνιο. ii. Από το προπίνιο να παρασκευαστεί 2 – προπανόλη. iii. Από το προπένιο να παρασκευαστεί 2,2 – διβρωµο – προπάνιο. iv. Από το CaC2 να παρασκευαστεί προπενονιτρίλιο. v. Από το CH ≡ CH να παρασκευαστεί βουτάνιο. vi. Από το CaC2 να παρασκευαστεί 1,3 – βουταδιένιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

161

9. ∆ίνεται το παρακάτω διάγραµµα: Α +Η2

Β

+HCl

Γ +Na Αιθέρας

CH3CHCHCH3 | | CH3 CH3

Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των Α , Β , Γ .

10. 1 mol CH ≡ CH και 1,5 mol Η2 διαβιβάζονται πάνω από θερµαινόµενο Ni. Το τελικό προϊόν είναι: i. CH2 = CH2 ii. CH3 − CH3 iii. CH ≡ CH και CH2 = CH2 iv. CH2 = CH2 και CH3CH3 v. CH3CH3 και Η2 11. Οι ενώσεις της οµάδας Α δίνουν ενώσεις της οµάδας Β. Να φτιάξετε ζεύγη γραµµάτων – αριθµών από το στοιχείο της Α και της Β αντίστοιχα. Α Β α. Αιθίνιο i. 1,3 – βουταδιένιο β. Αιθανόλη ii. Αιθανάλη γ. Βινυλακετυλένιο iii. 2,3 – διχλωρο – 2 – βουτένιο δ. 1 – πεντίνιο iv. Αιθένιο ε. 2 - βουτίνιο v. 1,1,2,2 – τετραχλωρο - πεντάνιο 12. Να αντιστοιχίσετε κάθε ένωση της στήλης Ι µε τις ιδιότητες που δίνει η στήλη ΙΙ. Ι ΙΙ α. CH3 – CH2 – CH3 i. αποχρωµατίζει διάλυµα Br2 σε CCl4 β. CH3CH = CH2 ii. δε δίνει αντιδράσεις προσθήκης γ. CH3CH2CH2OH iii. δίνει προπένιο µε αφυδάτωση δ. CH3 – CH – CH3 iv. δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης | ατόµων υδρογόνου από άτοµα αλογόνου OH v. πολυµερίζεται ε. CH ≡ CH

162

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

13. Εξηγήστε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασµένες: α. Η διάκριση προπινίου και 1 – βουτινίου µπορεί να γίνει µε Na. β. Όλα τα αλκίνια µε προσθήκη H2O παράγουν κετόνες. γ. Με επίδραση περίσσειας HCl στο αιθίνιο σχηµατίζεται διχλωροπαράγωγο. δ. Η διάκριση προπενίου και προπινίου γίνεται µε διάλυµα Br2 σε CCl4. ε. Το δεύτερο µέλος των αλκινίων είναι το απλούστερο αλκίνιο που εµφανίζει συντακτικά ισοµερή.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

163

V. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1.

2.

3.

4.

Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του αιθινίου και των αλκινίων; Ποιες είναι οι µέθοδοι παρασκευής του ακετυλενίου και γενικά των αλκινίων; Ποιες είναι οι χηµικές ιδιότητες του αιθινίου και γενικά των αλκινίων; Πώς γίνεται η ανίχνευση και η διάκριση του HC ≡ CH και γενικά των αλκινίων µε τον τριπλό δεσµό στην άκρη από τα αλκάνια και τα αλκένια; 5. Ποιες είναι οι χρήσεις του αιθινίου; 6. Πώς µπορούµε να ταυτοποιήσουµε τις παρακάτω ενώσεις: i. Αιθάνιο, ii. Αιθένιο, iii. Αιθίνιο; 7. Πώς µπορούµε να παρασκευάσουµε ακετυλένιο από ανόργανα υλικά; 8. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε το 1 – βουτένιο από το 2 – βουτένιο; 9. Με ποιες χηµικές αντιδράσεις µπορούµε να παρασκευάσουµε προπανόνη (ακετόνη) από το 1,2 – διχλωρο – προπάνιο; 10. Τι είναι η οξυακετυλενική φλόγα; 11. Ποια είναι τα διαλογονοπαράγωγα από τα οποία µπορεί να προκύψει: α. 1– βουτίνιο, β. 2 – βουτίνιο; Να γραφούν οι αντιδράσεις.

164

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

VIIΙ. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Απλές στοιχειοµετρικές Προβλήµατα για εξάσκηση 1. α) Πώς από το CaC2 παρασκευάζεται αιθένιο; β) Με επίδραση νερού σε ανθρακασβέστιο, παράγεται αέριο του οποίου ο όγκος βρέθηκε σε πρότυπες συνθήκες 2,8 L. Ζητούνται: i. Το βάρος του CaC2 που χρησιµοποιήθηκε. ii. Το µέγιστο βάρος Cl2 το οποίο µπορεί να συγκρατηθεί από το αέριο που παράχθηκε. iii. Το βάρος του H2SO4 το οποίο χρειάζεται για να εξουδετερωθεί πλήρως το υπόλειµµα της κατεργασίας του CaC2 µε νερό. Απ: i. 8 g ii. 17,75 g iii. 12,25 g 2. Σε µια φιάλη που περιέχει µεγάλη ποσότητα νερού, ρίξαµε ένα κοµµάτι ανθρακασβεστίου µάζας 20 g και καθαρότητας 96%. Να υπολογίσετε: α) Τον όγκο του αερίου, σε πρότυπες συνθήκες, που ελευθερώθηκε. β) Τη µάζα του ιζήµατος που θα σχηµατιστεί αν διαβιβάσουµε το αέριο αυτό σε περίσσεια αµµωνιακού διαλύµατος AgNO3. Απ: α. 6,72 L β. 72 g (Υπόδειξη: Καθαρότητα 96% σηµαίνει: Σε 100 g µείγµατος ανθρακασβεστίου, µε διάφορες προσµείξεις, υπάρχουν 96 g ανθρακασβεστίου.)

3. Προπένιο διαβιβάζεται σε διάλυµα βρωµίου, οπότε σχηµατίζεται ένωση Α. Η ένωση Α αφυδραλογονώνεται µε επίδραση αλκοολικού διαλύµατος καυστικού νατρίου και προκύπτει η οργανική ένωση Β, στην οποία επιδρούµε µε µεταλλικό νάτριο, οπότε παράγεται η οργανική ένωση Γ και εκλύονται και 2,24 L Η2 σε πρότυπες συνθήκες. α) Να γραφούν οι χηµικές εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων. β) Να βρεθεί η αρχική ποσότητα του προπενίου. Όλες οι αντιδράσεις είναι ποσοτικές. Απ: β. 8,4 g 4. Σε ορισµένη ποσότητα αλκινίου επιδρά ισοµοριακή ποσότητα HCl, οπότε σχηµατίζεται προϊόν Α. Το προϊόν Α πολυµερίζεται. Το πολυµερές που προκύπτει έχει Μ.Β. 125.000 και στο µόριό του περιέχονται 2.000 µόρια µονοµερούς. α) Να βρεθεί ο µοριακός τύπος του µονοµερούς. β) Να γράψετε τη χηµική εξίσωση του πολυµερισµού. Απ: α) C2Η3Cl 5. Ορισµένος όγκος C2H2 διοχετεύεται σε υδατικό διάλυµα H2SO4 και HgSO4. Έτσι δεσµεύεται και αντιδρά το 80% της ποσότητας του C2H2. Το διάλυµα που προκύπτει θερµαίνεται, οπότε τελικά σχηµατίζονται 22 g αιθανάλης. Να υπολογιστεί ο αρχικός όγκος του C2H2 σε πρότυπες συνθήκες.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

165

Απ: 14 L 6. 5,2 g αιθινίου υδρογονώνονται µε καταλύτη Pt/CaCO3 και µετατρέπονται πλήρως σε αλκένια. Πόσα mL διαλύµατος Br2, 16% w/v, αποχρωµατίζει το αλκένιο που παράχθηκε. Απ: 200 mL 7. 22,4 L αερίου µείγµατος αλκενίου και αλκινίου απαιτούν για την πλήρη υδρογόνωσή τους 33,6 L H2. α. Να βρεθούν τα mol καθενός συστατικού του µείγµατος. β. Εάν το αλκίνιο και το αλκένιο περιέχουν τον ίδιο αριθµό ατόµων άνθρακα, να βρείτε πόσα g είναι µεγαλύτερη η µάζα του αλκενίου, που περιέχεται στο µείγµα, απ΄ αυτήν του αλκινίου. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν σε πρότυπες συνθήκες. Απ: α. 0,5 mol – 0,5 mol β. 1 g 8. Ποσότητα ακετυλενίου διαβιβάζεται σε καταλύτες ΝΗ4Cl και CuCl, οπότε σχηµατίζεται µια ακόρεστη ένωση Α. Με µερική υδρογόνωση της Α, προκύπτει το αλκαδιένιο Β, που µε πολυµερισµό του σχηµατίζεται η ένωση Γ. Η ένωση Γ καίγεται και τα προϊόντα της καύσης διέρχονται πρώτα από διάλυµα H2SO4 και του προκαλούν αύξηση της µάζας του κατά 27 g. α. Να γραφούν οι χηµικές εξισώσεις όλων των παραπάνω αντιδράσεων και να ονοµαστούν οι ενώσεις Α, Β και Γ. β. Να βρεθεί η αρχική ποσότητα του ακετυλενίου. Απ: β. 26 g 9. Ένας σιδερένιος σωλήνας που περιέχει σκόνη σιδήρου θερµαίνεται στους 500οC. Στο σωλήνα αυτό διαβιβάσαµε µε αργό ρυθµό ακετυλένιο και στη συνέχεια ψύξαµε τα αέρια που έβγαιναν από το σωλήνα. Προέκυψε έτσι ένα υγρό πυκνότητας ρ = 0,78 g/mL, το οποίο διαπιστώσαµε ότι αποτελείται από βενζόλιο, µέσα στο οποίο είναι διαλυµένο το αιθίνιο που δεν αντέδρασε. Σε 20 mL από αυτό το διάλυµα προσθέσαµε αρκετή ποσότητα Na και ελευθερώθηκαν 4,48 L αερίου σε πρότυπες συνθήκες. Να βρείτε: α. Την επί % w/w περιεκτικότητα του διαλύµατος σε βενζόλιο. β. Το ποσοστό του αιθινίου που µετατράπηκε σε βενζόλιο. Απ: α. 66,67% β. 66,67% 10. Αλκίνιο αντιδρά πλήρως µε ισοµοριακή ποσότητα HCN παρουσία καταλυτών, οπότε προκύπτει η ένωση Α. Η Α πολυµερίζεται. Το πολυµερές Β που σχηµατίζεται περιέχει 1.000 µόρια µονοµερούς και έχει σχετική µοριακή µάζα 53.000. Να βρείτε: α. Τη σχετική µοριακή µάζα του µονοµερούς. β. Το µοριακό τύπο του αλκινίου. γ. Να γράψετε την αντίδραση πολυµερισµού. Απ: α. 53 β. C2H2

166

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

B. Υδρογόνωση 1η Κατηγορία ∆ίνεται η ποσότητα οργανικής ένωσης άγνωστου τύπου και η ποσότητα Η2 που απορροφά για να γίνει κορεσµένη. Το γενικό µοντέλο αντίδρασης που θα γράψουµε είναι: CvH2v+2-2x + xH2 CvH2v+2 Όµοια, όταν δίνεται η ποσότητα Χ2, ΗΧ που προσλαµβάνει η ένωση για να γίνει κορεσµένη, οι αντίστοιχες αντιδράσεις που λαµβάνουν χώρα είναι: CvH2v+2-2x + x⋅Χ2 CvH2v+2-2xX2x CvH2v+2-2x + xHX CvH2v+2-xΧx

Λυµένη Άσκηση 1. 5,4 g ακόρεστου υδρογονάνθρακα απαιτούν για πλήρη υδρογόνωση 4,48 L Η2 µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος και ποιος ο συντακτικός τύπος του υδρογονάνθρακα αν είναι γνωστό ότι έχει Μr ίσο µε 54 και ότι αντιδρά µε νάτριο; ∆ίνονται: ΑrC: 12, ArH: 1. Λύση Ο γενικός τύπος του ακόρεστου υδρογονάνθρακα είναι: CvH2v+2-2x. Η αντίδραση υδρογόνωσης είναι: Ni → CvH2v+2 CvH2v+2-2x + xH2 

α mol x⋅ α mol Υπολογίζουµε τα mol του Η2 και του υδρογονάνθρακα: V 4,48 (1) nH2 = ⇒ x⋅α = ⇒ x ⋅ α = 0,2 mol Vm 22,4 nC v H 2 v + 2 − 2 x =

m 5,4 = ⇒ α = 0,1 mol Mr 54

(2)

Από (1) και (2) έχουµε x = 2. Από τη Mr του υδρογονάνθρακα υπολογίζουµε το v: Mr = 12v+2v+2-2x ⇒ 54 = 14v+2-2⋅2 ⇒ v = 4. Εποµένως, ο µοριακός τύπος είναι C4H6. Η ένωση αντιδρά µε Na, άρα έχει τριπλό δεσµό σε θέση 1. Ο συντακτικός τύπος του υδρογονάνθρακα είναι: CH3CH2C ≡ CH.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

167

2η Κατηγορία Η οργανική ένωση είναι περισσότερο ακόρεστη από αλκένιο (γνωστός γενικός τύπος) και γίνονται περισσότερες από µία αντιδράσεις υδρογόνωσης (γνωστές). Σε αυτή την περίπτωση, γράφουµε τις αντιδράσεις υδρογόνωσης που γίνονται ξεχωριστά και θεωρούµε ότι x mol οργανικής ένωσης αντιδρούν στη µία και y mol στην άλλη. Λυµένη Άσκηση 1. Προπίνιο υδρογονώνεται παρουσία καταλύτη και το τελικό αέριο µείγµα αποτελείται από προπάνιο και προπένιο. Ο όγκος του αρχικού µείγµατος ήταν 350 cm3. Αν το προπίνιο κα το υδρογόνο αντέδρασαν τέλεια, και το 1 της αρχικής ποσότητας του προπινίου µετατράπηκε σε προπάνιο, να 3 βρεθεί η σύσταση του αρχικού και τελικού µείγµατος και να δοθούν οι χηµικές αντιδράσεις.

Λύση Έστω ότι το αρχικό µείγµα αποτελείται από x cm3 προπινίου κα y cm3 Η2.

Vµείγµατος = 350 cm3 ⇒ x+y = 350

(1)

Γράφουµε τις δύο αντιδράσεις υδρογόνωσης. Γνωρίζουµε ότι µετατρέπεται σε προπάνιο και εποµένως

x cm3 προπινίου 3

2x cm3 προπινίου µετατρέπεται σε προπένιο.

3

Ni C3H4 + H2  → C3H6

cm3

2x 3

2x 3

2x 3

Ni C3H4 + 2H2  → C3H8

x 2x x 3 3 3 Το προπίνιο και το υδρογόνο αντέδρασαν τέλεια. Εποµένως:

cm3

2x 2x 4 x cm3 + = 3 3 3 Εποµένως ισχύει:

VH2 =

4x (2) 3 Από (1) και (2) είναι: x = 150 cm3 y = 200 cm3 Άρα το αρχικό µείγµα αποτελείται από 150 cm3 C2H4 και 200 cm3 H2. Το τελικό

y=

µείγµα αποτελείται από

168

2x x = 100 cm3 C3H6 και = 50 cm3 C3H8.

3 3

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Μείγµα που αποτελείται από 150 cm3 ακετυλενίου και 250 cm3 υδρογόνου διοχετεύεται πάνω από θερµαινόµενο Ni. Να καθοριστεί η ποιοτική και η επί % v/v σύσταση των αερίων που προκύπτουν. Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Απ: 66,67% C2H6 – 33,33% C2H4 3 2. Μείγµα C3H4 και Η2 έχει όγκο 320 cm και απαιτεί για την πλήρη καύση του 440 cm3 O2 µετρηµένα στις ίδιες συνθήκες. Ποσότητα µείγµατος ίση µε την αρχική διοχετεύεται πάνω από θερµαινόµενο Ni. Να καθοριστεί η ποιοτική και η ποσοτική σύσταση του αερίου µείγµατος που προκύπτει. Απ: 80 cm3 H2 – 80 cm3 C3H8 3. Προπίνιο υδρογονώνεται παρουσία καταλύτη και το τελικό αέριο µείγµα αποτελείται µόνο από προπάνιο και προπένιο. Ο όγκος του αρχικού µείγµατος ήταν 840 cm3. Αν το προπίνιο και το υδρογόνο αντέδρασαν τέλεια και το 60% του προπινίου µετατράπηκε σε προπένιο, να βρεθεί η σύσταση του αρχικού και του τελικού µείγµατος και να δοθούν οι χηµικές αντιδράσεις. Απ: 350 cm3 C3H4 – 490 cm3 H2 – 210 cm3 C3H6 – 140 cm3 C3H8 4. Η πυκνότητα αερίου µείγµατος αιθινίου και υδρογόνου είναι 0,518 g/L σε πρότυπες συνθήκες. Το µείγµα διοχετεύεται πάνω από Ni. Να καθοριστεί η ποιοτική και η επί % v/v σύσταση των αερίων που προκύπτουν. Να θεωρήσετε ότι οι όγκοι των αερίων θα µετρηθούν στις ίδιες συνθήκες. Απ: 50% C2H4 - 50% C2Η6 5. Σε 30 cm3 αερίου µείγµατος 1,3 – βουταδιενίου και 1 – βουτενίου προστίθενται 100 cm3 υδρογόνου και τοµείγµα περνάει πάνω από Ni µέχρι να µην παρατηρείται καµία µείωση του όγκου. Ο συνολικός όγκος ήταν τότε 90 cm3. Ποια είναι η κατά όγκο σύσταση του αρχικού µείγµατος; Απ: 20 cm3 – 1– βουτένιο 6. 5,2 g ακόρεστου υδρογονάνθρακα απαιτούν για πλήρη υδρογόνωση 6,72 L H2 µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Εάν η σχετική µοριακή µάζα του υδρογονάνθρακα είναι 52, να βρεθούν: α. Ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα. β. Ο συντακτικός τύπος εάν γνωρίζουµε ότι αντιδρά µε Na και εκλύεται Η2. Απ: α. C4H4 7. 16 g ακόρεστου υδρογονάνθρακα προσλαµβάνουν µε καταλυτική υδρογόνωση 17,92 L H2 σε πρότυπες συνθήκες. Αν η υδρογόνωση ήταν πλήρης και η σχετική µοριακή µάζα του υδρογονάνθρακα είναι µεταξύ 40 και 42, να βρεθεί ο µοριακός τύπος του. Απ: C3H4

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

169

H C ≡ H C

2

H C = 2 H C

ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ∆ΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΙΣ ΧΗΜΙΚΕΣ Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ KAI Αιθίνιο ( HC ≡ CH )

Αιθένιο ( CH 2 = CH 2 ) 1. ∆ίνει αντιδράσεις προσθήκης σ’ ένα στάδιο. Για παράδειγµα:

1. ∆ίνει αντιδράσεις προσθήκης σε δύο στάδια. Για παράδειγµα:

Ni CH 2 = CH 2 + H 2  → CH 3CH 3

+ H2 Ni CH ≡ CH + H 2  → CH 2 = CH 2  → CH 3CH 3 Ni

2. Αποχρωµατίζει το διάλυµα Br2 σε CCl4.

2. Αποχρωµατίζει το διάλυµα Br2 σε CCl4.

HC ≡ CH + 2 Br2 → C2 H 2 Br4

CH 2 = CH 2 + Br2 → C2 H 4 Br2 .

3. Με προσθήκη Η2Ο δίνει αλκοόλη.

H 2 SO4 CH 2 = CH 2 + H 2O  → CH 3CH 2OH

αιθανολη

4. Πολυµερίζεται.

3. Με προσθήκη νερού δίνει αλδεΰδη.

Hg , HgSO4 HC ≡ CH + H 2O  → CH 3CH = O H 2 SO4

ακεταλδευδη

4. Πολυµερίζεται (διµερισµός, τριµερισµος).

ν CH 2 = CH 2 → ( CH 2 − CH 2 ) v πολυαιθυλενιο

CuCl 2 HC ≡ CH  → CH 2 = CH − C ≡ CH NH 4Cl Fe 3HC ≡ CH  → C6 H 6 500 ο C

5. ∆εν δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης όξινου υδρογόνου.

5. ∆ίνει αντιδράσεις αντικατάστασης των υδρογόνων του µε µέταλλο (όξινα υδρογόνα). Για παράδειγµα, αντιδρά µε Νa, διάλυµα CuCl/NH3.

CH ≡ CH + 2 Na → NaC ≡ CNa + H 2 ↑ CH ≡ CH + 2CuCl + 2 NH 3 → CuC ≡ CCu ↓ +2 NH 4Cl

170

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

H C ≡ H C

ΣΥΝΘΕΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΑΠΟ +H2O

+H2

CH 2 = CH 2

HC ≡ CH

CH 3CH 2OH (αιθανολη )

H2SO4

αιθενιο

Ni

πολυµερισµός

( CH 2CH 2 )ν (πλαστικα ) + HCl πολυµερισµος HC ≡ CH  → CH 2 = CHCl  → ( CH 2 C H )ν ( PVC ) | βινυλοχλωριδιο Cl

+ HCN πολυµερισµος HC ≡ CH  → CH 2 = CHCN  → ( CH 2 C H )ν

| CN

ακρυλοωιτριλιο

+ H 2O [ ] HC ≡ CH  → CH 3CH = O  → CH 3COOH (οξικο οξυ ) Ο

ακεταλδευδη Fe HC ≡ CH  → C6 H 6 → αρωµατικες ενωσεις 500 ο C

βενζολιο

+ H2 CuCl πολυµ . → CH 2 = CHC ≡ CH  → CH 2 = CHCH = CH 2  →τεχνητο καουτσουκ HC ≡ CH  NH 4Cl

βινυλακετυλενιο

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

1,3 βουταδιενιο

171

ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΣ ΣΥΖΥΓΩΝ ΑΛΚΑ∆ΙΕΝΙΩΝ Αλκαδιένια ονοµάζονται οι άκυκλοι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες που περιέχουν στο µόριό τους δύο διπλούς δεσµούς µεταξύ ατόµων άνθρακα. Τα αλκαδιένια έχουν γενικό µοριακό τύπο Cv H 2 v − 2 µε ν ≥ 3 . Συζυγή αλκαδιένια είναι τα αλκαδιένια που περιέχουν στο µόριό τους δύο διπλούς δεσµούς µεταξύ ατόµων άνθρακα εναλλάξ µε έναν απλό δεσµό, δηλαδή περιέχουν το συζυγιακό σύστηµα.

> C = C− C = C < |

|

Παραδείγµατα

CH 2 = CH − CH = CH 2

CH 2 = C − CH = CH 2 | CH3

1,3 βουταδιενιο

2 − µεθυλο −1,3− βουταδιενιο − (η ισοπρενιο )

Τα συζυγή αλκαδιένια και τα παράγωγά τους πολυµερίζονται σύµφωνα µε την αντίδραση (πολυµερισµός 1,4): 1

2

3

4

ν C H 2 = C − C = C H 2 → ( CH 2 − C = CH − CH 2 )ν |

Α

|

Α

Ανάλογα µε τον υποκαταστάστη Α προκύπτουν διάφορα πολυµερή τα οποία έχουν µεγάλη βιοµηχανική σηµασία (τεχνητό και συνθετικό καουτσούκ). Παραδείγµατα Na ν CH 2 = CH − CH = CH 2  → ( CH 2 − CH = CH − CH 2 )ν 1,3− βουταδιενιο

πολυ 1,3− βουταδιενιο η τεχνητο καουτσουκ ( Buna )

ν CH 2 = C − CH = CH 2 → ( CH 2 − C = CH − CH 2 ) |

|

CH3

CH3

ισοπρενιο

πολυισοπρενιο η συνθετικο καουτσουκ

Το συνθετικό καουτσούκ έχει την ίδια χηµική σύσταση µε το φυσικό καουτσούκ.

172

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2.6. ΒΕΝΖΟΛΙΟ Γενικά για το βενζόλιο Το βενζόλιο (benzene) είναι οργανική ένωση µε µοριακό τύπο C6H6 και είναι φυσικό συστατικό του αργού πετρελαίου (1-5%). Χηµική δοµή του βενζολίου – Αρωµατικότητα Από τα µέσα του 19ου αιώνα ( Faraday, 1825) οι χηµικοί γνώριζαν πλέον ότι ο ορθός µοριακός τύπος του βενζολίου ήταν C6H6. Η σχετικά µικρή αναλογία Η:C οδηγούσε στο συµπέρασµα ότι πρόκειται για "ακόρεστη" ένωση µε συστήµατα διπλών ή τριπλών δεσµών. Ωστόσο, το βενζόλιο δεν έδινε τις από τότε γνωστές αντιδράσεις προσθήκης που χαρακτήριζαν τις ακόρεστες ενώσεις, όπως π.χ. η αντίδραση προσθήκης βρωµίου στο αιθένιο: CH2=CH2 + Br2

BrCH2CH2Br.

'Έτσι, το βενζόλιο αντί να αντιδρά εύκολα µε βρώµιο παρέχοντας προϊόντα προσθήκης, µε αναµενόµενους τύπους C6H6Br2, C6H6Br4 κ.λπ., αντιδρούσε µάλλον δύσκολα, παρουσία σκόνης σιδήρου ή FeBr3 ως καταλύτη, δίνοντας το µονοβρωµοπαράγωγο C6Η5Br, που είναι προϊόν αντικατάστασης. Το 1865, µε βάση τα µέχρι τότε πειραµατικά αποτελέσµατα, ο Friedrich August Kekulé διατύπωσε την πρόταση ότι το βενζόλιο αποτελείται από έναν ανθρακικό δακτύλιο που θα µπορούσε να θεωρηθεί ως το 1,3,5-κυκλοεξατριένιο, στο οποίο και οι 6 άνθρακες και τα 6 υδρογόνα είναι ισοδύναµα και για τον λόγο αυτό λαµβανόταν µόνο ένα βρωµοπαράγωγο. Το 1872, ο Kekulé διατύπωσε την άποψη ότι οι απλοί και οι διπλοί δεσµοί του βενζολίου δεν είναι στατικοί, αλλά "ταλαντώνονται" αλλάζοντας συνεχώς τις θέσεις µεταξύ τους.

Χημεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

173

Το περίφηµο όνειρο του August von Kekulé "...Γύρισα την πολυθρόνα προς το τζάκι και µισοκοιµήθηκα. Πάλι τα άτοµα χοροπηδούσαν µπροστά µου... Το µάτι της ψυχής µου ...δεν µπορούσε να ξεχωρίσει µεγαλύτερες δοµές µε πολυποίκιλες διαµορφώσεις. Μακριές σειρές, που προσαρµόζονταν µεταξύ τους, όλες συνταιριάζονταν και συστρέφονταν σαν κινήσεις φιδιών. Αλλά να! Τι ήταν αυτό; 'Ενα από τα φίδια είχε αρπάξει µε τα δόντια του τη δική του ουρά, στροβιλιζόταν και σαν να µε περιγελούσε. Ξύπνησα σαν από µια ξαφνική αστραπή...". Περιγραφή της δοµής του βενζολίου µε βάση τη θεωρία του συντονισµού Για να ερµηνευθούν οι ιδιότητες του βενζολίου χρησιµοποιήθηκε η θεωρία του συντονισµού (resonance). Το βενζόλιο µπορεί να περιγραφεί ως ένα υβρίδιο δύο ισοδύναµων δοµών Kekulé, κατά τις οποίες κάθε σύνδεση άνθρακα-άνθρακα, αντιστοιχεί κατά µέσο όρο µε 1,5 δεσµό, δηλαδή, σε µια ενδιάµεση κατάσταση µεταξύ απλού (C-C) και διπλού δεσµού (C=C), που µπορεί να αποδοθεί σχηµατικά ως εξής:

Βιοµηχανική παρασκευή του βενζολίου 1. Από το 1845 και µετά το βενζόλιο µπορούσε να ληφθεί σε µεγάλες ποσότητες από τη λιθανθρακόπισσα, µεγάλες ποσότητες της οποίας λαµβάνονται κατά τη θερµική µετατροπή του γαιάνθρακα σε κωκ για την παρασκευή του χάλυβα.

2. Από το 1950, το βενζόλιο αποτελεί πλέον πετροχηµικό προϊόν και µικρό µόνο ποσοστό του παραλαµβάνεται πλέον από τη λιθανθρακόπισσα. Με πυρόλυση του πετρελαίου οι αλειφατικοί υδρογονάνθρακες σχηµατίζουν δακτυλίους, χάνουν υδρογόνο και σχηµατίζουν αρωµατικούς υδρογονάνθρακες.

Φυσικές Ιδιότητες 'Άχρωµο υγρό, µε χαρακτηριστική οσµή "βενζίνης" και αρκετά πτητικό. Είναι αδιάλυτο στο νερό. ∆ιαλύεται σε οργανικούς διαλύτες (αιθανόλη, διαιθυλαιθέρα, χλωροφόρµιο, τετραχλωράνθρακα, οξικό οξύ, ακετόνη, έλαια). Το βενζόλιο είναι τοξική ουσία. Εκπέµπεται ως αέριος ρύπος από τα καύσιµα και τις µηχανές των οχηµάτων που λειτουργούν µε αµόλυβδη βενζίνη. Είναι επιβεβαιωµένο ότι προκαλεί καρκίνο ( καρκινικούς όγκους και λευχαιµία), είναι πιθανά µεταλλαξιογόνο, τοξικό για το αίµα και τον µυελό των οστών, τοξικό για το ήπαρ και το κεντρικό νευρικό σύστηµα.

Χηµικές Ιδιότητες Είναι γνωστό ότι τα άτοµα του άνθρακα του βενζολίου συνδέονται µεταξύ τους ανά δύο µε τον ίδιο τρόπο που δεν είναι ούτε απλός ούτε διπλός δεσµός. Ο δεσµός αυτός είναι δηλαδή ένας ενδιάµεσος δεσµός µεταξύ απλού και διπλού δεσµού. Εξ’ αιτίας αυτού ο βενζολικός δακτύλιος δίνει εύκολα αντιδράσεις υποκατάστασης (αντικατάστασης) και η συµπεριφορά αυτή αποτελεί τη βάση του χηµικού χαρακτήρα των αρωµατικών ενώσεων (αρωµατικός χαρακτήρας). Παρακάτω δίνονται σχηµατικά οι πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις υποκατάστασης του βενζολίου. Με βάση τις αντιδράσεις αυτές µπορούν να παρασκευαστούν χιλιάδες υποκατεστηµένες αρωµατικές ενώσεις.

H COR X

ακυλίωση

αλογόνωση SO3H

NO2

νίτρωση

σουλφούρωση

Χημεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

R

αλκυλίωση

175

Χρήσεις του βενζολίου το βενζόλιο χρησιµοποιείται ευρύτατα ως βιοµηχανικός διαλύτης καθώς και ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πλήθους ενώσεων (πλαστικών, ελαστικών, χρωµάτων, φαρµάκων). Μεγάλες ποσότητες βενζολίου χρησιµοποιούνται για παρασκευή φαινυλαιθανίου, το οποίο, στη συνέχεια, µε αφυδρογόνωση, δίνει φαινυλαιθένιο (στυρένιο ή στυρόλιο). Με πολυµερισµό του στυρενίου παίρνουµε πολυστυρένιο, ένα πλαστικό µε πολλές χρήσεις

Το βενζόλιο προστίθεται σε µικρές αναλογίες στα καύσιµα µηχανών εσωτερικής καύσης για να βελτιώσει την ποιότητά τους (αύξηση του αριθµού οκτανίων), ιδιαίτερα µετά την κατάργηση του αντικροτικού τετρααιθυλιούχου µολύβδου, που δεν ήταν πλέον συµβατός µε τους τριοδικούς καταλύτες καθαρισµού των καυσαερίων. Το βενζόλιο λόγω της τοξικότητάς του όπου είναι δυνατόν αντικαθίσταται µε άλλους διαλύτες µε σχεδόν παρόµοιες διαλυτικές ή εκχυλιστικές ικανότητες, όπως το τολουόλιο (µεθυλοβενζόλιο), κ-εξάνιο και το κυκλοεξάνιο.

176

Δ. Μπαμπίλης – Γ. Χουλιάρας

2.7. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ – ΤΡΥΠΑ ΟΖΟΝΤΟΣ – ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Σύσταση αέρα:

78% v/v άζωτο, 21% v/v οξυγόνο, 0,03% v/v διοξείδιο του άνθρακα και 0,9% v/v ευγενή αέρια.

Ατµοσφαιρική ρύπανση:

Η αλλοίωση της σύστασης του αέρα (ποιοτικής και ποσοτικής), που µπορεί να έχει βλαβερές συνέπειες i. στην ανθρώπινη υγεία ii. στους ζωντανούς οργανισµούς iii. στο υλικό και πολιτισµικό περιβάλλον.

Πρωτογενείς ρύποι:

Περιέχονται στα καυσαέρια και εκπέµπονται απευθείας στην ατµόσφαιρα. Τέτοιοι είναι: αιωρούµενα σωµατίδια, οξείδια του αζώτου (ΝΟx), κυρίως µονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), διοξείδιο του θείου (SO2), µονοξείδιο του άνθρακα (CO), άκαυστοι υδρογονάνθρακες, κ.λπ.

∆ευτερογενείς ρύποι:

Σχηµατίζονται από τους πρωτογενείς ρυπαντές µε την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Τέτοιοι είναι: όζον (Ο3), διάφορες αλδεΰδες, τα πολύπλοκα PAN΄s.

Σχηµατισµός νέφους:

φωτοχηµικού 2ΝΟ + Ο2 2ΝΟ2 (το 95% των οξειδίων του αζώτου προέρχεται από τα καυσαέρια) υδρατµοί  → ΗΝΟ3 ΝΟ2  ηλιακό φώς ΝΟ2    → ΝΟ + Ο φωτόλυση UV

Ο + Ο2  → Ο3 ηλιακό ΝΟ2, Ο3, υδρογονάνθρακες   → τοξικά προϊόντα φως

Παράγοντες που ευνοούν την εµφάνιση του φωτοχηµικού νέφους (µέχρι το ύψος των 10 Km):

i. ηλιοφάνεια και υψηλές θερµοκρασίες ii. µεγάλες συγκεντρώσεις οξειδίων του αζώτου (ΝΟx) iii. µεγάλες συγκεντρώσεις οργανικών πτητικών ενώσεων

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

177

Συνέπειες του φωτοχηµικού i. µείωση ορατότητας νέφους: ii. ερεθισµός µατιών iii. διαταραχές αναπνοής iv. ιδιαίτερα επικίνδυνο για τα παιδιά και τους ενήλικες Ρόλος του όζοντος (Ο3):

Στην ατµόσφαιρα µέχρι το ύψος των 10 Km περίπου (τροπόσφαιρα), αντιδρά το ΝΟ2 και µε πτητικές οργανικές ενώσεις µε αποτέλεσµα να σχηµατίζονται πολλές τοξικές ουσίες. Στην στρατόσφαιρα σε ύψος 20-25 Km, παρατηρούνται οι υψηλότερες συγκεντρώσεις όζοντος (1:100.000). Η παρουσία του όζοντος στην στρατόσφαιρα είναι σηµαντικά ευεργετική γιατί απορροφά µεγάλο µέρος από τις υπεριώδεις ακτινοβολίες (UV) και ιδιαίτερα από τις υπεριώδεις Β (UV-B).

Προβλήµατα από τις υπεριώδης ακτινοβολίες:

Προκαλούν: i. καρκίνους του δέρµατος ii. βλάβες στους οφθαλµούς iii. προβλήµατα στο ανοσοποιητικό σύστηµα iv. σηµαντικές ζηµιές στα οικοσυστήµατα γεωργία

Χλωροφθοράνθρακες (CFCs):

και

στη

Οργανικές ενώσεις που περιέχουν άτοµα φθορίου, χλωρίου και άνθρακα. Επιταχύνουν τη διάσπαση του όζοντος της στρατόσφαιρας (τρύπα του όζοντος). Οι CFC΄s: i. είναι µη τοξικοί ii. δεν αντιδρούν µε το νερό iii. δεν είναι εύφλεκτοι iv. είναι γενικά χηµικά αδρανείς v. έχουν µεγάλο χρόνο ζωής (55-140 χρόνια) vi. έχουν χαµηλό κόστος παραγωγής Χρήσεις: i. στην κατασκευή βιοµηχανικών προϊόντων (αεροζόλ, διογκωτικά για πολυουρεθάνες, πλαστικά) ii. σε συστήµατα ψύξης και κλιµατισµού iii. ως διαλύτες στη βιοµηχανία iv. στο χηµικό καθαρισµό

178

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Σηµαντικότεροι CFCs:

i. CFC-12 ή Freon 12 CF2Cl διχλωρο διφθορο µεθάνιο

Cl | Cl – C – F | F ii. CFC-11 ή Freon 11 CFCl3 τριχλωρο φθορο µεθάνιο Cl | Cl – C – F | Cl UV ∆ηµιουργία τρύπας όζοντος CCl2F2  → • CClF2 + Cl • (στρατόσφαιρα): Cl • + O3 O2 + ClO •

ClO • + O • Cl • + O2 Μια ρίζα χλωρίου (Cl •) καταστρέφει 1.000.000 µόρια όζοντος (Ο3). Το όζον καταστρέφεται µε ταχείς ρυθµούς (τρύπα όζοντος) και οι υπεριώδεις ακτινοβολίες διέρχονται ανενόχλητες και φθάνουν ως την επιφάνεια της Γης. Αέρια του θερµοκηπίου:

Αέρια της ατµόσφαιρας που απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέµπει η Γη και την επιστρέφουν σ΄ αυτήν, θερµαίνοντας έτσι το σύστηµα Γη – κατώτερη ατµόσφαιρα. Τα αέρια αυτά είναι: - ∆ιοξείδιο του άνθρακα (CO2), θεωρείται υπεύθυνο για το 50% της υπερθέρµανσης της ατµόσφαιρας.

- Υδρατµοί (Η2Ο(g)).

- Οξείδια του αζώτου, υπεύθυνα για το 8%.

- Χλωροφθοράνθρακες, υπεύθυνοι για το 14-16%.

- Όζον, υπεύθυνο για το 12%.

Φαινόµενο του θερµοκηπίου:

Το CO2 και οι υδρατµοί είναι τα δύο κύρια αέρια που προκαλούν το φαινόµενο του θερµοκηπίου. ∆ηλαδή, απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέµπει η Γη, µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η µέση θερµοκρασία της Γης, περίπου στους 15οC. Αν δεν υπήρχε ατµόσφαιρα η µέση θερµοκρασία της Γης θα ήταν πολύ χαµηλότερη (γύρω στους –20οC).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

179

Η αύξηση των συγκεντρώσεων των «αερίων» του θερµοκηπίου έχει ως αποτέλεσµα τη µεγαλύτερη απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέµπει η Γη, µε αποτέλεσµα την αύξηση της µέσης θερµοκρασίας της Γης. Συνέπειες υπερθέρµανσης:

i. µείωση αποθεµάτων νερού ii. απότοµες µεταβολές στη θερµοκρασία του αέρα iii. υψηλές θερµοκρασίες στην καλοκαιρινή περίοδο iv. είσοδος των θαλάσσιων υδάτων στον παράκτιο υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα και η υποβάθµισή του v. Σηµαντικές µετακινήσεις πληθυσµού και αγαθών

Αντιµετώπιση του φαινοµένου:

Κύριος στόχος είναι ο περιορισµός του CO2 στην ατµόσφαιρα.

- ελάττωση των γνωστών καυσίµων, ως µέσα παραγωγής θερµότητας - χρησιµοποίηση καυσίµων µε µικρότερη παραγωγή CO2 ή καυσίµων που δεν παράγουν CO2 (χρησιµοποίηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας).

- δέσµευση του CO2 που παράγεται µέσω των καύσεων

180

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Από τους παρακάτω ρύπους CO, NOx, SO2, PAN, αλδεΰδες, πτητικές ενώσεις Pb, πρωτογενείς ρύποι είναι: α. CO, NOx και SO2 β. SO2, PAN, αλδεΰδες και πτητικές ενώσεις Pb γ. ΡΑΝ και αλδεΰδες δ. CO, NOx, SO2, πτητικές ενώσεις Pb 2. Από τα αέρια της ατµόσφαιρας, εκείνα που συντελούν σε δηµιουργία του φαινοµένου του θερµοκηπίου ε΄ναι: α. CO2, H2O, CH4, CFCs β. CO2, CO, H2O γ. H2O, CH4, CFCs δ. O3, H2O, CH4 3. Ο πιο αποτελεσµατικός τρόπος για την αντιµετώπιση του φαινοµένου του θερµοκηπίου είναι: α. µείωση της συγκέντρωσης του CO στην ατµόσφαιρα β. αύξηση της συγκέντρωσης του Ο3 στην ατµόσφαιρα γ. αύξηση της συγκέντρωσης του ΝΟ2 στην ατµόσφαιρα δ. µείωση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατµόσφαιρα 4. Οι ενώσεις που κυρίως ευθύνονται για την τρύπα του όζοντος είναι: α. υδροφθοράνθρακες, β. υδρογονάνθρακες, γ. χλωροφθοράνθρακες, δ. κορεσµένοι υδρογονάνθρακες 5. Για να µειωθεί η τρύπα του όζοντος, πρέπει να αντικατασταθούν σταδιακά: α. οι υδρογονάνθρακες από υδροφθοράνθρακες, β. οι χλωροφθοράνθρακες από υδροφθοράνθρακες, γ. οι υδροφθοράνθρακες από υδρογονάνθρακες, δ. οι χλωροφθοράνθρακες από υδρογονάνθρακες.

6. Το όζον: α. απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία στην τροπόσφαιρα, β. επανεκπέµπει την υπέρυθρη ακτινοβολία, γ. απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία στην στρατόσφαιρα, δ. επανεκπέµπει την υπεριώδη ακτινοβολία.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

181

7. Το φωτοχηµικό νέφος εµφανίζεται συχνά: α. στην ύπαιθρο β. σε µεγάλες πόλεις γ. σε περιοχές κοντά στη θάλασσα δ. σε µικρές πόλεις 8. Το φωτοχηµικό νέφος αποτελείται: α. από πρωτογενείς ρύπους β. από δευτερογενείς ρύπους γ. από καυσαέρια βιοµηχανιών δ. από καυσαέρια αυτοκινήτων ε. από προϊόντα φωτοχηµικών αντιδράσεων 9. Οι χλωροφθοράνθρακες είναι ενώσεις:: α. αδρανείς β. αδρανείς στα υψηλά στρώµατα της ατµόσφαιρας γ. δραστικές δ. αδρανείς στα χαµηλά στρώµατα, δραστικοί στα υψηλότερα στρώµατα 10. Πρωτογενείς ονοµάζονται οι ρύποι: α. που περιέχονται στα καυσαέρια και εκπέµπονται απευθείας στην ατµόσφαιρα β. που δηµιουργούν το φαινόµενο του θερµοκηπίου γ. που δηµιουργούν το φωτοχηµικό νέφος δ. που σχηµατίζονται µε τη φωτόλυση

182

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΙΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Να βρεθούν τα Α, Β, Γ και ∆ των παρακάτω αντιδράσεων: α. 2NO + O2 2A, αέριο µε καφέ χρώµα H2 O → B β. A  ΦΩΣ γ. A   → ΝΟ + Γ, φωτόλυση UV δ. Γ + Ο2  → ∆ , άχρωµο αέριο ΦΩΣ ε. Α, ∆, Η/C   → τοξικά προϊόντα

2. Να αντιστοιχήσετε τα στοιχεία της οµάδας Α µε τα στοιχεία της οµάδας Β: Α Β 1. Πρωτογενείς ρύποι i. Ο3 ii. CO 2. ∆ευτερογενείς ρύπι iii. SO2 iv. NO2 v. Ρύπος ΡΑΝ

2. Το φωτοχηµικό νέφος εµφανίζεται όταν έχουµε: α. Ηλιοφάνεια και θερµοκρασία άνω των 18οC β. Μεγάλες συγκεντρώσεις οξειδίων του αζώτοιυ (ΝΟx) γ. Μεγάλες συγκεντρώσεις πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) δ. Όταν συνυπάρχουν και οι τρεις παραπάνω παράγοντες 3. Να αντιστοιχήσετε τα στοιχεία της στήλης Α µε τα στοιχεία της στήλης Β: Χηµικές ουσίες Επιπτώσεις στο περιβάλλον Α Β i. CO α. φωτοχηµικό νέφος ii. NO iii. NO2 β. φαινόµενο θερµοκηπίου iv. O2 v. CFCs γ. τρύπα του όζοντος vi. Ρύπος ΡΑΝ vii. CO2 δ. κανένα πρόβληµα viii. SO2 ix. H2O x. CH4

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

183

4. Να συµπληρωθούν τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Πρωτογενείς ρύποι είναι οι ρύποι που ……………… και εκπέµπονται ……………… . ∆ευτερογενείς ρύποι είναι οι ρύποι που σχηµατίζονται µε ………………… ………………… . β. Οι χλωροφθοράνθρακες ευθύνονται για την ……………… της …………… του όζοντος. Οι αέριοι ……………… στα ανώτερα στρώµατα …………………… διασπώνται µε την ………………… ακτινοβολία και δίνουν ρίζες ………………… . Οι ρίζες ……………… που σχηµατίζονται αντιδρούν µε το ……………….. στην στρατόσφαιρα και σχηµατίζουν ……………… και ……………… ………………… . Στη συνέχεια οι ………………αντιδρούν µε ……………… που βρίσκονται σε αυτή την περιοχή και σχηµατίζουν µοριακό ………………… και ρίζες …………………. γ. Το …………………… …… …………………… θεωρείται υπεύθυνο για το 50% της ………………… της ατµόσφαιρας. Σε λιγότερο από 2 αιώνες οι άνθρωποι αύξησαν κατά ……………… τη συνολική ποσότητα του ……………… της ατµόσφαιρας µε τη χρήση των …………………… καυσίµων (γαιάνθρακες, ………………, φυσικό αέριο) και µε την καταστροφή των ………………….

5. Να χαρακτηρίσετε καθεµιά από τις παρακάτω προτάσεις ως σωστή (Σ) ή λανθασµένη (Λ): α. Το ΝΟ µετατρέπεται µε επίδραση του ηλιακού φωτός σε ΝΟ2. β. Τα αιωρούµενα σωµατίδια είναι δευτερογενείς ρύποι. γ. Τα άτοµα οξυγόνου µε την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας αντιδρούν µε το αέριο οξυγόνο της ατµόσφαιρας και σχηµατίζουν όζον. δ. Το όζον δεν αποτελεί φωτοχηµικό ρύπο. ε. Το ΝΟ θεωρείται φωτοχηµικός ρύπος. στ. Το Ο3 στην τροπόσφαιρα είναι ωφέλιµο. ζ. Οι χλωροφθοράνθρακες είναι υπεύθυνοι κατά πολύ για την εµφάνιση της τρύπας του όζοντος. η. Το φαινόµενο του θερµοκηπίου οφείλεται αποκλειστικά στους υδρατµούς. θ. Το όζον απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία του ήλιου. ι. Το Ο3 είναι φωτοχηµικός ρύπος.

184

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΑΛΚΟΟΛΕΣ Ι . ΘΕΩΡΙΑ Υδροξυενώσεις:

Αλειφατικές αλκοόλες:

Οργανικές ενώσεις που περιέχουν στο µόριο τους ένα ή περισσότερα υδροξύλια (OH). ∆ιακρίνονται σε αλκοόλες (αλειφατικές, κυκλικές και αρωµατικές) και στις φαινόλες. Οργανικές ενώσεις που διαθέτουν ένα ή περισσότερα υδροξύλια στο µόριο τους και ανοιχτή ανθρακική αλυσίδα. Π.χ. CH3CH2CH2OH 1-προπανόλη 2-µέθυλο-4-πεντεν-1-όλη CH2 = CHCH2CHCH2OH | CH3 CH2CH2CHCH2CH3 | | OH OH

1,3-πεντανοδιόλη

Κυκλικές αλκοόλες:

Οργανικές ενώσεις που διαθέτουν ένα ή περισσότερα υδροξύλια στο µόριο τους και ένα τουλάχιστον κυκλικό τµήµα στην ανθρακική τους αλυσίδα.

CH3 | CH / \ CH2 CH2 Π.χ. | | CH2 CH−OH µενθόλη ή ΟΗ \ / CH | CH / \ CH3 CH3

Αρωµατικές αλκοόλες:

Οργανικές ενώσεις που διαθέτουν ένα ή υδροξύλια στο µόριο τους και τουλάχιστον έναν αρωµατικό δακτύλιο. Π.χ.

CH2OH | βενζυλική αλκοόλη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

185

Φαινόλες:

Οργανικές ενώσεις που προκύπτουν µε αντικατάσταση ενός ή περισσοτέρων ατόµων υδρογόνου του βενζολικού δακτυλίου µε υδροξύλιο. Π.χ.

OH | ή C6H5OH υδροξυβενζόλιο ή φαινόλη

OH | υδροκινόνη ΟΗ

186

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

3.1 ΆΚΥΚΛΕΣ (ΑΛΕΙΦΑΤΙΚΕΣ) ΑΛΚΟΟΛΕΣ Ι. ΘΕΩΡΙΑ ∆ιακρίνονται: i. Σε κορεσµένες-ακόρεστες, ανάλογα µε το είδος του δεσµού µεταξύ των ατόµων άνθρακα στην ανθρακική αλυσίδα. Π.χ.

CH3CH2CH2CHCH3 | OH CH2 = CHCH2OH

2-πεντανόλη (κορεσµένη) 2-προπεν-1-όλη (ακόρεστη)

HC = C − CH2CH2OH

3-βουτιν-1-όλη (ακόρεστη)

ii. Σε µονοσθενείς, δισθενείς, τρισθενείς κ.λπ., ανάλογα µε τον αριθµό των αλκοολικών υδροξυλίων που περιέχουν στο µόριο τους. Π.χ

CH3CH2OH

αιθανόλη ή αιθυλική αλκοόλη ή οινόπνευµα (µονοσθενής)

CH2 − CH2 | | OH OH

1,2- αιθανοδιόλη ή γλυκόλη (δισθενής)

CH2−CH−CH2 | | | OH OH OH

1,2,3-προπανοτριόλη ή γλυκερίνη (τρισθενής)

iii. Σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς, τριτοταγείς, ανάλογα µε το αν το άτοµο του άνθρακα µε το οποίο συνδέεται το υδροξύλιο είναι πρωτοταγές, δευτεροταγές ή τριτοταγές. Η τάξη ενός ατόµου άνθρακα καθορίζεται από τον αριθµό των ατόµων άνθρακα µε τα οποία ενώνεται.

H C C C | | | | Η−C−C H−C−C H−C−C C−C−C | | | | H H C C πρωτοταγές δευτεροταγές τριτοταγές τεταρτοταγές άτοµο C άτοµο C άτοµο C άτοµο C Π.χ.

CH3CH2OH CH3CHCH3 | OH

αιθανόλη (πρωτοταγής) 2-προπανόλη (δευτεροταγής)

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

187

OH | CH3 − C − CH2CH3 | CH3 •

2- µέθυλο-2-βουτανόλη (τριτοταγής)

∆εν υπάρχουν τεταρτοταγείς αλκοόλες.

Γενικοί τύποι: ● κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη.

CVH2v+1OH ή CVH2v+2 O v>1 ή ROH ● Κορεσµένη µονοσθενής πρωτοταγής αλκοόλη.

CvH2v+1CH2OH

v≥1

ή

RCH2OH

● Κορεσµένη µονοσθενής δευτεροτεγής αλκοόλη CκH2κ+1CHCλH2λ+1 κ≥1, λ≥1 | OH κ+1+λ = v CvH2v+2O v≥3 ή

R1 − CH − R2 | OH

● Kορεσµένη µονοσθενής τριτοταγής αλκοόλη OH | CκH2κ+1 − C − CλH2λ+1 κ≥1, λ≥1, µ≥1 | CµΗ2µ+1 κ+λ+µ+1 = v

ή

188

CvH2v+2O

v≥4

OH | R1 − C − R3 | R2

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

3.2 ΚΟΡΕΣΜΕΝΕΣ ΜΟΝΟΣΘΕΝΕΙΣ ΑΛΚΟΟΛΕΣ - ΑΙΘΑΝΟΛΗ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Αιθανόλη Παρασκευάζεται: α) Με αλκοολική ζύµωση: παρασκευή αιθανόλης από γλυκόζη (π.χ. σταφύλια) παρουσία του ενζύµου ζυµάση. ζυµάση C6H12O6   → 2CH3CH2OH + 2CO2

Το είδος του ποτού που θα παραχθεί εξαρτάται: i. Από την ύλη ζύµωσης (σίκαλη, καλαµπόκι, σταφύλια, µούρα κ.λπ.). ii. Τις συνθήκες ζύµωσης (αν π.χ. το CO2 που σχηµατίζεται αφήνεται να διαφύγει ή εµφιαλόνεται ). iii. Τις συνθήκες µετά τη ζύµωση (απόσταξη ή όχι). β) Από το πετρέλαιο: προσθήκη νερού στο αιθένιο (που προκύπτει από το πετρέλαιο) παρουσία οξέος.

H2 SO 4 CH2=CH2 + H2O  → CH3CH2OH

•

Φυσικές ιδιότητες: Η αιθανόλη είναι υγρό, άχρωµο, µε ευχάριστη δηκτική γεύση και σχετικά ευχάριστη οσµή. Αναµιγνύεται µε το νερό σε κάθε αναλογία. Κατά την ανάµιξη παρατηρείται ελάττωση όγκου και έκλυση θερµότητας. Χρησιµοποιείται: α) ως συστατικό των αλκοολούχων ποτών, β) ως διαλύτης, γ) στα βερνίκια και στα αρώµατα, δ) ως καύσιµο στα αυτοκίνητα, ε) για την παρασκευή αιθανόλης, οξικού οξέος, διαιθυλαιθέρα, στ) ως αντισηπτικό και απολυµαντικό.

Αλκοόλες Παρασκευάζονται: Με προσθήκη νερού σε αλκένια, παρουσία οξέος (π.χ θεικό οξύ ).

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

189

H2 SO 4 CvH2v + H2O  → CvH2v+1OH

•

Λαµβάνονται µόνο οι αλκοόλες εκείνες που είναι σύµφωνες µε τον κανόνα του Markovnikov. Λαµβάνονται αποκλειστικά δευτεροταγείς και τριτοταγείς αλκοόλες. Εξαίρεση αποτελεί η αιθανόλη που είναι η µοναδική πρωτοταγής αλκοόλη που µπορεί να παρασκευαστεί µε αυτή τη µέθοδο.

•

Φυσικές ιδιότητες: - Τα κατώτερα µέλη είναι: υγρά, άχρωµα, ευδιάλυτα στο νερό.

- Τα µεσαία µέλη είναι υγρά, ελαιώδη, µε σχετικά δυσάρεστη οσµή και διαλύονται πολύ λίγο στο νερό.

- Τα ανώτερα µέλη είναι στερεά, άοσµα και πρακτικά αδιάλυτα στο νερό.

Μεθανόλη (ή ξυλόπνευµα) Παρασκευάζεται: α) Με ξηρά απόσταξη ξύλων, γι΄ αυτό ονοµάζεται και ξυλόπνευµα. β) Στη βιοµηχανία, µε την παρακάτω σύνθεση: καταλύτης CO + 2H2   → CH3OH

•

Χηµικές ιδιότητες: α) Καύση (πλήρης).

Γενικά: CvH2v+1OH +

3v O2 vCO2 + (v+1)H2O 2

Π.χ. για την αιθανόλη: CH3CH2OH + 3O2 2CO2 + 3H2O •

Κατά την πλήρη καύση της αιθανόλης, δηµιουργείται χαρακτηριστική γαλάζια φλόγα και ελευθερώνεται ικανό ποσό θερµότητας γι’ αυτό χρησιµοποιείται και ως καύσιµο.

β) Εστεροποίηση. Η αντίδραση µιας αλκοόλης µε ένα οξύ ονοµάζεται εστεροποίηση και οδηγεί στο σχηµατισµό εστέρα. Η εστεροποίηση διαφέρει σηµαντικά από την εξουδετέρωση που δίνει µια βάση µε ένα οξύ, γιατί το –OH της αλκοόλης έχει διαφορετική χηµική συµπεριφορά από το –OH µιας βάσης. Οι διαφορές εστεροποίησης και εξουδετέρωσης είναι:

190

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

Εστεροποίηση Μοριακή Αµφίδροµη Μικρή ταχύτητα Θερµικά ουδέτερη •

Εξουδετέρωση Ιοντική Μονόδροµη Μεγάλη ταχύτητα εξώθερµη

Η εστεροποίηση µεταξύ κορεσµένου µονοκαρβοξυλικού οξέος και κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης δίνεται από τη χηµική εξίσωση: εστεροποίηση RCOOH + R΄OH

RCOOR΄ + H2O υδρόλυση

Π.χ. για την αιθανόλη και το αιθανικό οξύ: Η+

CH3COOH + CH3CH2OH

CH3COOCH2CH3 + H2O αιθανικός αιθυλεστέρας

•

Η εστεροποίηση απαιτεί όξινο περιβάλλον (Η+ ).

γ) Οξείδωση. Οι πρωτοταγείς και οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται από συνήθη οξειδωτικά µέσα. Οι τριτοταγείς αλκοόλες οξειδώνονται µόνο από ισχυρά οξειδωτικά µέσα. Συµβολισµός οξειδωτικού µέσου: [Ο]. Συνήθη οξειδωτικά µέσα: i) όξινο διάλυµα υπερµαγγανικού καλίου KMnO4 (ιώδες άχρωµο). ii) όξινο διάλυµα διχρωµικού καλίου K2Cr2O7 (πορτοκαλί πράσινο) iii) αέριο Ο2 (αέρας) παρουσία κατάλληλου καταλύτη (π.χ. Cu, Ag). Προϊόντα οξείδωσης: i) Οι πρωτοταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε αλδεΰδες και στη συνέχεια οι αλδεΰδες σε οξέα. Γενικά: + [ O] + [O ] CvH2v+1CH2OH CvH2v+1CHO CvH2v+1COOH − H2O Π.χ. για την αιθανόλη: CH3CH2OH

+ [ O] − H2O

CH3CHO

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

+ [ O]

CvH3COOH

191

ii) Οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε κετόνες. Γενικά: R1 − CH − R2

[O ] − H2O

OH

R1 − C − R2 O

Π.χ. για την 2-προπανόλη: CH3 − CH − CH3

[O ] − H2O

OH

CH3 − C − CH3 O

Οι κετόνες δεν οξειδώνονται µε τα συνήθη οξειδωτικά µέσα. Οξειδώνονται µόνο µε ισχυρά οξειδωτικά µέσα µε διάσπαση της ανθρακικής αλυσίδας.

•

Μπορούµε να διαπιστώσουµε αν µια αλκοόλη είναι τριτοταγής, αν κατά την επίδραση οξικού διαλύµατος ΚΜnΟ4 ή Κ2CΤ2Ο7 δεν παρατηρηθεί αποχρωµατισµός του διαλύµατος ή αλλαγή χρώµατος του διαλύµατος.

δ) Αφυδάτωση. Κατά τη θέρµανση κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών παρουσία πυκνού H2SO4 ή Αl2O3, σχηµατίζονται ανάλογα µε τις συνθήκες αλκένια ή κορεσµένοι µονοσθενείς αιθέρες. Γενικά: H SO

4 CvΗ2v+1OH 2  → CvH2v + Η2Ο

Θ1

H SO

4 2CvH2v+1OH 2  → CvH2v+1OCv H2v+1 + H2O

Θ2

Π.χ. για την αιθανόλη: H SO

4 CH3CH2OH 2  → CH2=CH2 + H2O

170°C

H SO

4 2CH3CH2OH 2  → CH3CH2 − O − CH2CH3+ H2O

130-140°C

διαιθυλαιθέρας

• • •

Η CH3OH δεν οξειδώνεται προς αλκένιο. Οι τριτοταγείς αλκοόλες αφυδατώνονται πιο εύκολα από τις δευτεροταγείς και αυτές ευκολότερα από τις πρωτοταγείς. Η αφυδάτωση των αλκοολών προς αλκένια απαιτεί υψηλότερη θερµοκρασία από την αφυδάτωση προς αιθέρα.

•

Ο διαιθυλαιθέρας είναι πτητικό υγρό µε ευχάριστη οσµή. Χρησιµοποιείται ως διαλυτής. Κατά την παραµονή του στον αέρα, σχηµατίζονται παράγωγα που όταν αναφλεγούν προκαλούν εκρήξεις.

•

Ισχύει ο κανόνας του Saytzeff.

192

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

ε) Αντίδραση µε δραστικά µέταλλα. Το υδρογόνο του υδροξυλίου των αλκοολών έχει όξινο χαρακτήρα. Μπορεί να αντικατασταθεί από δραστικό µέταλλο Νa ή Κ. Οι οργανικές ενώσεις που σχηµατίζονται ονοµάζονται αλκοξείδια. Γενικά: 1 CvH2v+1OH + Na CvH2v+1OΝa + H2 ↑ 2 αλκοξείδιο του νατρίου Π.χ. για την αιθανόλη: 1 CH3CH2OH + Na → CH3CH2ONa + H2↑ 2 αιθοξείδιο του νατρίου

•

Η έκλυση Η2 κατά την επίδραση δραστικού µετάλλου σε µια αλκοόλη, χρησιµοποιείται για τη διάκριση των αλκοολών από τους ισοµερείς τους αιθέρες.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

193

3.3 ΚΑΡΒΟΝΥΛΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ Ι. ΘΕΩΡΙΑ Καρβονυλικές ενώσεις: ονοµάζονται οι αλδεΰδες και οι κετόνες. \ Κοινό χαρακτηριστικό: η κοινή καρβονυλική οµάδα C=O που έχουν στο µόριό / τους − C = O αλδεΰδοµάδα | H

| | −C−C−C− | || | Ο

κετονοµάδα

Λόγω της κοινής καρβονυλικής οµάδας που διαθέτουν οι αλδεΰδες και οι κετόνες, έχουν πολλές κοινές ιδιότητες.

•

Χηµικές ιδιότητες :

α) Προσθήκη στον καρβονυλικό δεσµό. i) Προσθήκη Η2 παρουσία Νi.

Ni Γενικά: RCH = O + H2  → RCH2OH πρωτοταγής αλκοόλη

Ni R1 − C − R2 + H2  → R1 − CH − R2 || | O ΟΗ δευτεροταγής αλκοόλη

Π.χ. για την προπανόλη και την προπανόνη (ακετόνη).

Ni CH3CH2CH = O + H2  → CH3CH2CH2OH 1-προπανόλη (πρωτοταγής)

Ni CH3 − C − CH3 + H2  → CH3 − CH − CH3 || | O ΟΗ 2-προπανόλη (δευτεροταγής)

194

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

ii) Προσθήκη ΗCN. Γενικά: RCH = O + HCN → RCH CN | OH

R1 − C − R2 || O

CN | + HCN → R1 − C − R2 | OH

Π.χ. για την αιθανόλη (ακεταλδεΰδη) και την προπανόνη (ακετόνη):

CH3 − CH = O + HCN → CH3 − CH − CN | OH 2-υδροξυ-προπανονιτρίλιο CH3 | CH3 − C − CH3 + HCN → CH3 − C − CN | | O OH 2-µέθυλο-2-υδροξυ-προπανονιτρίλιο •

Οι οργανικές ενώσεις που προκύπτουν µε προσθήκη HCN σε αλδεΰδες ή κετόνες, περιέχουν –ΟΗ και –CN και ονοµάζονται κυανυδρίνες.

β) Οξείδωση. i) Οι αλδεΰδες οξειδώνονται σε οξέα από συνήθη οξειδωτικά µέσα, αλλά και από ήπια οξειδωτικά µέσα. Ήπια οξειδωτικά µέσα: - Αντιδραστήριο Fehling (φελίγγειο υγρό): αλκαλικό διάλυµα ιόντων Cu2+ που τελικά δίνει κεραµέρυθρο ίζηµα Cu2O. - Αντιδραστήριο Τollens: αµµωνιακό διάλυµα νιτρικού αργύρου, AgNO3 που τελικά δίνει κάτοπτρο Ag. ii) Οι κετόνες, ως γνωστόν, οξειδώνονται κάτω από έντονες συνθήκες οξείδωσης µε διάσπαση της ανθρακικής τους αλυσίδας δίνοντας µίγµατα οργανικών οξέων µε λιγότερα άτοµα άνθρακα. Η οξείδωση των αλδεΰδών από ήπια οξειδωτικά µέσα χρησιµοποιείται για τη διάκριση των αλδεΰδων από τις ισοµερείς τους κετόνες και γενικότερα από άλλες οργανικές ενώσεις.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

195

γ) Πολυµερισµός. Οι αλδεΰδες πολυµερίζονται σε όξινο περιβάλλον ενώ οι κετόνες όχι. Γενικά: RCH = O − CH − O − v | R v Π.χ. για την αιθανόλη (ακεταλδεΰδη): 4CH3CH = O (CH3CHO)4 µεταλδεΰδη ή στερεό οινόπνευµα

Μεθανάλη (Φορµαλδεΰδη), HCH = O •

Φυσικές ιδιότητες: αέριο µε χαρακτηριστική οσµή. Φορµόλη: υδατικό διάλυµα φορµαλδεΰδης (περίπου 40%) που χρησιµοποιείται ως αντισηπτικό. Χρησιµοποιείται: στη βιοµηχανία πλαστικών γιατί συµπολυµερίζεται εύκολα µε φαινόλη, ουρία και µεθυλαµίνη.

196

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

ΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. α. Τι σηµαίνει το |Ο| στις ακόλουθες αντιδράσεις; CH3CH2OH + |O| CH3CH = O + H2O. CH3CH = O + |O| CH3COOH. β. Πώς µπορούν να γραφούν οι δύο σειρές των αντιδράσεων σε µία;

Απάντηση α. Το |Ο| είναι κάποιο σώµα οξειδωτικό που προκαλεί την οξείδωση της αιθανόλης. Τέτοια οξειδωτικά σώµατα είναι το KMnO4 (υπερµαγγανικό κάλιο) και το K2Cr2O7 (διχρωµικό κάλιο). +|O|

+|O|

β. CH3CH2OH → CH3CH = O → CH3COOH. -H2O

Η αιθανόλη CH3CH2OH µετατρέπεται σε αιθανάλη, CH3CH=O ή σε αιθανικό οξύ, CH3COOH, ανάλογα µε την ποσότητα του οξειδωτικού σώµατος.

2. Πώς διακρίνουµε αλκοόλη από αιθέρα, αλκάνιο ή αλκένιο;

Απάντηση Με επίδραση Na ελκύουν Η2 µόνο οι αλκοόλες: 1 ROH + Na RONa + H2 ↑.

2 3. Πώς διακρίνουµε αλκοόλη από αιθίνιο;

Απάντηση Το αιθίνιο, µε επίδραση αµµωνιακού διαλύµατος CuCI, σχηµατίζει καστανέρυθρο ίζηµα: CuC ≡ CCu↓. Επίσης, εάν η αλκοόλη είναι κορεσµένη, δεν αποχρωµατίζει διάλυµα Βr2, ενώ το αιθίνιο αποχρωµατίζει: Br Br | | CCl 4 CH ≡ CH + 2Br2  → CH − CH | | Br Br 4. Πώς διακρίνουµε τις αλκοόλες σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς;

Απάντηση Οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν οξειδώνονται, εποµένως δεν αποχρωµατίζουν το ερυθροϊώδες διάλυµα KMnO4 (σε Mn+2) ή δε µετατρέπουν το πορτοκαλί διάλυµα

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

197

K2Cr2O7 σε πράσινο (Cr+3). Οι πρωτοταγείς και οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται και εποµένως αλλάζουν το χρώµα του διαλύµατος KMnO4 ή K2CrO7. Μπορούµε να διακρίνουµε τις πρωτοταγείς από τις δευτεροταγείς αλκοόλες από τα προϊόντα οξείδωσης. Οι πρωτοταγείς µετατρέπονται σε οξέα που έχουν όξινες ιδιότητες (αλλαγή χρώµατος δεικτών), ενώ οι δευτεροταγείς µετατρέπονται σε κετόνες που δεν έχουν όξινες ιδιότητες: +|O| RCH2OH+|O|   → RCH = O → RCOOH (όξινες ιδιότητες ) −H O 2

οξέα R \

R \ CH − OH + |O| C = O + H2O / / R΄ R΄ κετόνες

5. Πώς διακρίνουµε αλδεΰδες από αλκοόλες ή κετόνες;

Απάντηση Οι αλδεΰδες οξειδώνονται από ήπια οξειδωτικά µέσα (αντιδραστήρια Τollens και Fehling ). Οι αλκοόλες δεν οξειδώνονται από ήπια οξειδωτικά µέσα (µόνο από KMnO4 και K2Cr2O7). Οι κετόνες δεν οξειδώνονται.

6. Να παρασκευάσετε: α. 2-βουτανόλη και β. 1-βουτανόλη σύµφωνα µε τις γενικές µεθόδους παρασκευής των κορεσµένων αλκοολών.

Απάντηση α) 2-βουτανόλη. i. CH3CH2CHCH3 + AgOH CH3CH2CHCH3 + AgCI | | Cl OH +

H ii) CH3CH = CHCH3 + H2O  → CH3CH2CHCH3 | OH H+ ή CH3CH2CH = CH2 + H2O  CH CH → 3 2CHCH3 | OH Ni iii) CH3CH2 − C − CH3 + H2 → CH3CH2 − CH − CH3 || | O OH

β) 1-βουτανόλη. i) CH3CH2CH2CH2CI + AgOH CH3CH2CH2CH2OH + AgCI

198

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

ii) ∆εν µπορούµε να παρασκευάσουµε: CH3CH2CH2CH2 − OH µε προσθήκη H2O στο CH3CH2CH = CH2 γιατί το − OH ενώνεται µε το δευτεροταγές άτοµο C, άρα σχηµατίζεται η: CH3CH2CHCH3. | OH Ni iii) CH3CH2CH2CH = O + H2  CH CH CH CH − OH. 3 2 2 2 →

Από γλυκόζη, µε αλκοολική ζύµωση, παρασκευάζεται µόνο η αιθανόλη.

7. Ποια είναι τα προϊόντα κατά την επίδραση NaOH, KOH και AgOH στο χλωροαιθάνιο; Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις και να εντοπίσετε τη διαφορά.

Απάντηση αλκοολικό CH3 − CH2CI + NaOH   → CH2 = CH2 + NaCI +H2O

ή

διάλυµα

υδατικό CH3 − CH2CI + NaOH  → CH3 − CH2 − OH + NaCI διάλυµα

∆ηλαδή, κατά την επίδραση NaOH ή KOH αλκυλαλογονίδιο, παράγεται αλκένιο ή αλκοόλη: CH3 − CH2 − CI + AgOH CH3 − CH2 − OH + AgCI, ενώ κατά την επίδραση ΑgOH σε αλκυλαγονίδιο παράγεται µόνο αλκοόλη.

8. Να γραφούν οι χηµικές ιδιότητες της 2-προπανόλης.

Απάντηση α) Καύση.

C3H8O+

9 O2 3CO2 + 4H2O 2

β) Εστεροποίηση.

H2 SO 4 CH3CO OH + H − O − CHCH3  → CH3COO − CHCH3 + H2O | | CH3 CH3

γ) Αντιδρά µε νάτριο.

C3H7OH + Na C3H7ONa +

1 H2 ↑ 2

δ) Οξείδωση.

CH3 – CH – CH3 + |O| CH3 − C – CH3 +H2O | | OH O

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

199

ε) Αφυδάτωση. o

πυκνό H2 SO 4 , 170 C i. CH3 − CH − CH2   → CH3CH = CH2 + H2O | | ή AI2O3, 300˚C OH H o

πυκνό H2 SO 4 , 140 C ii. CH3CH−OH + HO−CHCH3   → CH3CH−O−CHCH3 + H2O | | ή AI2O3,300˚C | | CH3 CH3 CH3 CH3

9. Ποια είναι τα συντακτικά ισοµερή που αντιστοιχούν στο µοριακό τύπο C4H9OH και ποια η τάξη κάθε µιας αλκοόλης;

Απάντηση Οι ισοµερείς αλκοόλες του τύπου C4H9OH είναι: CH3CH2CH2CH2 − OH: α-ταγής.

CH3CHCH2 − OH | CH3

: α-ταγής.

CH3CHCH2CH3 | ΟΗ

: β-ταγής.

και CH3 | CH3CCH3

: γ-ταγής.

10. Κατά την παρασκευή αλκοολών από τα αλκένια µε προσθήκη νερού, παρουσία οξέος, παρασκευάζονται αλκοόλες όλων των τάξεων;

Απάντηση Λόγω του κανόνα Markovnikov, προκύπτουν β-ταγείς ή γ-ταγείς αλκοόλες: +

H R − CH = CH2 + H- − OH  → RCH − CH3 | OH

CH3 CH3 | | H+ + R − C = CH2 + H − OH  → R − C − CH3 | OH

: β-ταγής.

: γ-ταγής.

Εξαιρείται η αιθανόλη, η οποία προκύπτει µε την προσθήκη Η2Ο στο αιθένιο: +

H CH2 = CH2 + H − OH  → CH3 − CH2 − OH

200

α-ταγής.

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

11. Να γράψετε τις χηµικές ιδιότητες της προπανόλης.

Απάντηση α) Αντιδράσεις προσθήκης στο καρβονύλιο ( >C=O). i. CH3CH2CH = O + HCN CH3CH2CH − OH | CN Ni ii. CH3CH2CH = O + H2 → CH3CH2CH − OH ή CH3CH2CH2 − OH | H β) Οξειδώνεται από ήπια οξειδωτικά µέσα. γ) Πολυµερισµός.

H H | | H+ vC = O  → (− C − O −)v | | CH2 CH2 | | CH2 CH3 12. Μια τριτοταγής αλκοόλη µπορεί να παρασκευαστεί από αλκυλαλογονίδια µε επίδραση υδατικού διαλύµατος βάσης (ΑgOH), ενώ δεν µπορεί από αναγωγή καρβονυλικών ενώσεων. Η πρόταση είναι σωστή ή λανθασµένη;

Απάντηση Σωστή. Με επίδραση AgOH σε µπορούν να παρασκευαστούν και τριτοταγείς αλκοόλες, ενώ µε αναγωγή καρβονυλικών µόνο οι πρωτοταγείς και οι δευτεροταγείς αλκοόλες.

R΄ R΄ | | R – C – R΄΄ + AgOH R – C – R΄΄ + AgX | | X OH αλκυλαλογονίδιο γ-ταγής αλκοόλη +

+H R – CH = Ο  → RCH2 − OH αλδεΰδη Ni α-ταγής αλκοόλη

R \

R \ Ni C = O + H2 → CH − OH / / R΄ R΄ κετόνη β-ταγής αλκοόλη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

201

13. Με τα ήπια οξειδωτικά «επιτυγχάνεται» η οξείδωση τόσο των αλκοολών, όσο και των αλδεϋδών. Η πρόταση είναι σωστή ή λανθασµένη;

Απάντηση Λανθασµένη. Με τα ήπια οξειδωτικά µέσα, µπορεί να γίνει η οξείδωση µόνο των αλδευδών και όχι των αλκοολών. Η οξείδωση των α- ταγών και των β-ταγών αλκοολών γίνεται µε όξινο διάλυµα υπερµαγγανικού καλίου (KMnO4) ή όξινο διάλυµα διχρωµικού καλίου (K2Cr2O7).

14. Τι εκφράζουν οι αλκοολικοί βαθµοί;

Απάντηση Οι αλκοολικοί βαθµοί εκφράζουν την περιεκτικότητα των αλκοολούχων διαλυµάτων σε αιθανόλη. ∆είχνουν τα ml της αιθανόλης σε 100ml του διαλύµατος (αλκοολούχου ποτού), π.χ. κρασί 12 αλκοολικών βαθµών (12° ή 12 ml ν/ν) σηµαίνει ότι σε 100 ml κρασιού περιέχονται 12 ml αιθανόλης.

15. Η µάζα του κρασιού παράγεται από τη ζύµωση του µούστου είναι µικρότερη από τη µάζα του µούστου. Πού οφείλεται αυτό;

Απάντηση Με την αλκοολική ζύµωση των απλών σακχάρων που περιέχονται στο µούστο γίνεται η µετατροπή του µούστου σε κρασί σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: ζυµάση C6H12O6  → 2CH3CH2OH + 2CO2↑ Κατά την αντίδραση σχηµατίζεται αέριο CO2 το οποίο αποµακρύνεται µε αποτέλεσµα να µειώνεται ή µάζα του µούστου.

202

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

ΙΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 1. Από τις παρακάτω αλκοόλες: CH3CHCH3, CH2CHCH2, | | | | OH OH OH OH OH | CH3 − C − CH2CH3, | CH3 τριτοταγής είναι : CH3 | α. CH3-C-CH2OH | CH3

CH3CH2CHCH3, | OH

CH3 | CH3− C − CH2OH, | CH3

β. CH3CHCH3, CH3CH2CHCH3, | | OH OH

OH | CH3 − C − CH3, | CH3

OH | CH3 − C − CH2CH3, | CH3

ΟΗ | CH3-C-CH3 | CH3

γ. CH2 CH CH2 | | | OH OH OH OH | δ. CH3 − C − CH2CH3 , | CH3

OH | CH3 − C − CH3 | CH3

2. Τα ένζυµα ή βιοκαταλύτες είναι: α. καταλύτες που παρασκευάζονται βιοµηχανικά, β. οργανικές ενώσεις που εκκρίνονται από µικροοργανισµούς ή από αδένες των ζωντανών οργανισµών, γ. οργανικές ενώσεις που εκκρίνονται από ζυµοµύκητες, δ. ανόργανες και οργανικές ενώσεις που εκκρίνονται από µικροοργανισµούς.

3. Ζύµωση ονοµάζεται η χηµική µετατροπή: α. ορισµένων οργανικών ενώσεων σε άλλες, συνήθως απλούστερες, µε τη δράση των ενζύµων, β. σακχάρων του τύπου C6H12O6 σε αιθανόλη και CO2 µε τη δράση του ενζύµου ζύµη, γ. σακχάρων του τύπου C6H12O6 σε αιθανόλη και CO2 µε τη δράση του ενζύµου ζύµαση, δ. ορισµένων ενώσεων σε άλλες, συνήθως απλούστερες, µε τη δράση των βιοκαταλυτών.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

203

4. Η αιθανόλη είναι: α. υγρό µε ευχάριστη χαρακτηριστική οσµή , διαλυτό στο νερό και µε τη διάλυσή του ελευθερώνεται θερµότητα, β. υγρό µε ευχάριστη χαρακτηριστική οσµή, αδιάλυτό στο νερό , διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες γ. αέριο άοσµο διαλυτό στο νερό, δ. υγρό έγχρωµο, µε ευχάριστη χαρακτηριστική οσµή, διαλυτό στο νερό.

5. Τα µεσαία µέλη των αλκοολών είναι: α. υγρά, άχρωµα, ευδιάλυτα στο νερό, β. στερεά, αδιάλυτα στο νερό, γ. υγρά, ελαιώδη, λίγο διαλυτά στο νερό, δ. στερεά, ευδιάλυτα στο νερό.

6. Κατά την πλήρη καύση της αιθανόλης, σχηµατίζονται: α. CO2, CO και H2O, β. CO2 και H2O, γ. CO και H2O δ. CO και CO2 7. Η αντίδραση µεταξύ µιας αλκοόλης και ενός οξέος ονοµάζεται: α. εστεροποίηση, β. εξουδετέρωση, γ. οξείδωση, δ. αναγωγή.

8. Οι αλκοόλες αντιδρούν µε ορισµένα µέταλλα, οπότε αντικαθίσταται το άτοµο Η του –ΟΗ. Τα µέταλλα αυτά είναι: α. Ca, Na, β. K, Ca, γ. K, Na, δ. K, Na,Ca. 9. Κατά τη θέρµανση της αιθανόλης µε πυκνό H2SO4 στις 170˚C, σχηµατίζεται: α. αιθάνιο, β. διαιθυλαιθέρας, γ. αιθοξυαιθάνιο, δ. αιθένιο.

10. Ο διαθυλαιθέρας είναι: α. υγρό, µε ευχάριστη οσµή , άκαυστο, β. υγρό, µε ευχάριστη οσµή, πολύ πτητικό, εύφλεκτο,

204

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

γ. αέριο, µε δυσάρεστη οσµή, εύφλεκτο, δ. αέριο, µε ευχάριστη οσµή, εύφλεκτο.

11. Κατά τη θέρµανση της 1-προπανόλης µε AI2O3 στους 300˚C, σχηµατίζεται: α. προπένιο, β. διπροπυλαιθέρας, γ. αιθυλ-προπυλαιθέρας, δ. 2-προπένιο.

12. Ο διαθυλαιθέρας χρησιµοποιείται ως : α. ψυκτικό, β. καύσιµο, γ. απολυµαντικό, δ. οξειδωτικό µέσο.

13. Οι πρωτοταγείς αλκοόλες: α. οξειδώνονται σε κετόνες, β. δεν οξειδώνονται, γ. οξειδώνονται αρχικά σε αλδεΰδες και στη συνέχεια σε οξέα, δ. οξειδώνονται αρχικά σε κετόνες και στη συνέχεια σε οξέα.

14. Η 2-προπανόλη: α. οξειδώνεται σε προπανικό οξύ, β. δεν οξειδώνεται, γ. οξειδώνεται σε προπανόλη, δ. οξειδώνεται σε προπανόλη.

15. Κατά τη διαβίβαση µιας αλκοόλης σε ερυθροϊώδες όξινο διάλυµα KMnO4, δεν προκαλείται αποχρωµατισµός του διαλύµατος. Η αλκοόλη είναι: α. αιθανόλη, β. 2-βουτανόλη, γ. 2-µέθυλος-2-προπανόλη, δ. µεθανόλη.

16. Κατά τη διαβίβαση 3|µέθυλο 2|βουτανόλης σε µικρή ποσότητα όξινου διαλύµατος K2Cr2O7 : α. αποχρωµατίζεται το διάλυµα, β. µετατρέπεται το χρώµα του διαλύµατος από πορτοκαλί σε πράσινο, γ. µετατρέπεται το χρώµα του διαλύµατος από ερυθροϊώδες σε πράσινο, δ. δεν αλλάζει το χρώµα του διαλύµατος.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

205

17. Κατά τη διαβίβαση αλκοόλης µε M.T. C4H9OH σε όξινο διάλυµα K2Cr2O7 ,δεν παρατηρείται καµία αλλαγή. Ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης είναι: OH | α. CH3CCH3 γ. CH3CH2CH2CH2OH | CH3 β. CH3CHCH2OH | CH3

δ. CH3CH2CHCH3 | OH

18. Το αλκοολόµετρο είναι µια συσκευή η οποία: α. έχει προσαρµοσµένο γυάλινο σωλήνα που περιέχει οξινισµένο διάλυµα K2Cr2O7. β. έχει προσαρµοσµένο γυάλινο σωλήνα που περιέχει οξινισµένο διάλυµα KMnO4, γ. περιέχει ένα ηλεκτροχηµικό στοιχείο, δ. έχει προσαρµοσµένο γυάλινο στοιχείο που περιέχει διάλυµα οξικού οξέος.

19. Κατά την επίδραση NaOH σε ισοπροπυλοχλωρίδιο, σχηµατίζεται: α. 2-προπανόλη, β. 1-προπανόλη, γ. προπένιο, δ. 3-προπανόλη.

20. Κατά την επίδραση Η2, παρουσία Ni σε µείγµα πεντανίου, 2 βουτανόλης και προπανόλης, λαµβάνεται µείγµα που περιέχει: α. πεντάνιο, βουτανόνη, και 1-προπανόλη, β. πεντάνιο, 2-βουτανόλη και προπανικό οξύ, γ. πεντάνιο, 2-βουτανόλη και 1-προπανόλη, δ. 1-πεντανόλη, 2-βουτανόλη και 1-προπανόλη.

21. Κατά την επίδραση HCN σε προπανάλη, σχηµατίζεται: OH | α. CH3CH2CHCN γ. CH3C − CH3 | | OH CN OH | β. CH3CHCH2CN δ. CH3C − CH3 | | OH CN

206

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

22. Οργανική ένωση διαβιβάζεται σε αµµωνιακό διάλυµα σχηµατίζεται κάτοπτρο Ag . Η ένωση είναι: α. CH2CHCH3 γ. CH3CH2CH2OH | OH

AgNO3

οπότε

β. CH3CCH2CH3 δ. CH3CHO || Ο 23. Καρβονυλική ένωση διαβιβάζεται σε αλκαλικό διάλυµα Cv2+ οπότε σχηµατίζεται ερυθρό ίζηµα. Η ένωση είναι: α. CH3CH2CHO γ. CH3CCH3 || Ο δ. CH3CH2CH2OH β. CH3CH2CHCH3 | OH 24. Ο πολυµερισµός της 2-µέθυλο προπανάλης οδηγεί στο σχηµατισµό ένωσης µε τύπο: | α. (− CH2CH2CH2CH2O −)v γ. (CH3CH2C − O −)v | CH3 CH3 | β. (CH3CH − CH − O − )v δ. (CH3C − O − )v | | | | CH3 CH3 25. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε τις πρωτοταγείς και τις δευτεροταγείς αλκοόλες από τις τριτοταγείς; α. Με επίδραση Na. β. Με επίδραση όξινου διαλύµατος KMnO4. γ. Με επίδραση όξινου διαλύµατος K2Cr2O7. δ. Με αφυδάτωση.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

207

ΙV. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Όλες οι αλκοόλες µε προσθήκη µεταλλικού Na ελκύουν αέριο H2. β. Όλες οι αλκοόλες αποχρωµατίζουν όξινο διάλυµα KMnO4. γ. Όλες οι αλκοόλες καίγονται. δ. Όλες οι αλκοόλες µε οξείδωση µετατρέπονται σε κετόνες. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις που αντιστοιχούν στις σωστές προτάσεις και να δικαιολογήσετε τις λανθασµένες .

2. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Με αλκοολική ζύµωση των σακχάρων του τύπου C6H12O6 παρασκευάζεται οποιαδήποτε αλκοόλη. β. Οι αλκοόλες παρασκευάζονται µε προσθήκη νερού στα αλκένια. γ. Με επίδραση ΚΟΗ σε αλκυλαλογονίδια παρασκευάζονται αλκοόλες. δ. Η αιθανόλη οξειδώνεται πρώτα σε αιθανάλη και κατόπιν σε αιθανικό οξύ. ε. Το αιθένιο αντιδρά µε υδρατµούς παρουσία καταλύτη και δίνει αιθανόλη. ζ. Ο αιθανικός αιθυλεστέρας προκύπτει από την αντίδραση προπανικού οξέος και αιθανόλης παρουσία H2SO4. η. Το αιθίνιο και η 2-προπανόλη αντιδρούν µε Na και ελευθερώνεται υδρογόνο. θ. Με αφυδάτωση της αιθανόλης στους 170˚C παρουσία πυκνού H2SO4 σχηµατίζεται προπένιο. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις που αντιστοιχούν στις σωστές προτάσεις.

3. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Με αφυδάτωση της µεθανόλης στους 140˚C παρουσία πυκνού H2SO4 προκύπτει µεθοξυ-µεθάνιο . β. Η 2-προπανόλη οξειδώνεται σε προπανάλη. γ. Η 1-προπανόλη αλλάζει το χρώµα του όξινου διαλύµατος K2Cr2O7, ενώ η ίδια µετατρέπεται τελικά σε προπανικό οξύ. δ. Η µέθυλο 2-προπανόλη αποχρωµατίζει διάλυµα KMnO4. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις που αντιστοιχούν στις σωστές προτάσεις.

4. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε αιθανόλη από αιθένιο; α. Με επίδραση Na. β. Με προσθήκη διαλύµατος Br2 σε διαλυτή CCI4. γ. Με καύση. δ. Με οξείδωση. Να δικαιολογήσετε τις επιλογές σας γράφοντας και τις αντίστοιχες χηµικές εξισώσεις .

208

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

5. Σε τρία δοχεία Α, Β, Γ περιέχονται αιθανόλη, αιθένιο και αιθίνιο. Το περιεχόµενο των δοχείων Β και Γ αντιδρά µε Na εκλύεται H2. Το περιεχόµενο του δοχείου Β αντιδρά επίσης µε αµµωνιακό διάλυµα CuCI και σχηµατίζεται καστανέρυθρο ίζηµα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; α. Στο Α περιέχεται αιθένιο, στο Β αιθίνιο, στο Γ αιθανόλη. β. Στο Α περιέχεται αιθίνιο, στο Β αιθανόλη, στο Γ αιθένιο. γ. Στο Α περιέχεται αιθανόλη, στο Β αιθίνιο, στο Γ αιθένιο. δ. Στο Α περιέχεται αιθένιο, στο Β αιθανόλη, στο Γ αιθίνιο. Να δικαιολογήσετε τη σωστή πρόταση γράφοντας και τις αντίστοιχες χηµικές εξισώσεις.

6. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Με επίδραση H2 η προπανάλη µετατρέπεται σε 1-προπανόλη. β. Με επίδραση H2 η προπανόνη µετατρέπεται σε 1-προπανόλη. γ. Οι αλδεΰδες αποχρωµατίζουν όξινο διάλυµα KMnO4 σε αντίθεση µε τις κετόνες. δ. Οι κετόνες πολυµερίζονται σε όξινο περιβάλλον, ενώ οι αλδεΰδες όχι. ε. Με προσθήκη HCN στην αιθανόλη σχηµατίζεται ένωση µε 3 άτοµα άνθρακα. στ. Με προσθήκη H2 στη βουτανόλη σχηµατίζεται 2-βουτανόλη. ζ. Η αιθανάλη πολυµερίζεται σε όξινο περιβάλλον. η. Η προπανόνη οξειδώνεται από ήπια οξειδωτικά µέσα. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις που αντιστοιχούν στις σωστές προτάσεις.

7. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε τις αλδεΰδες από τις κετόνες; α. Με επίδραση όξινου διαλύµατος KMnO4 ή K2Cr2O7. β. Με επίδραση των αντιδραστηρίων Tollens και Fehling. γ. Με προσθήκη HCN. δ. Με πολυµερισµό. Να δικαιολογήσετε τις επιλογές σας γράφοντας τις χηµικές εξισώσεις που γνωρίζετε.

8. Σε τρία δοχεία Α, Β και Γ περιέχονται 2-προπανόλη, µεθυλο-2προπανόλη και προπανάλη. Το περιεχόµενο των δοχείων Α και Γ µετατρέπει το οξινισµένο διάλυµα K2Cr2O7 από πορτοκαλί σε πράσινο. Το περιεχόµενο του δοχείου Α επίσης µε αντιδραστήριο Fehling σχηµατίζει ερυθρό ίζηµα. Ποια πρόταση είναι σωστή; α. Στο Α περιέχεται 2-προπανόλη, στο Β µεθυλο-2-προπανόλη, στο Γ προπανάλη. β. Στο Α περιέχεται προπανάλη, στο Β µεθυλο-2-προπανόλη, στο Γ 2προπανόλη.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

209

γ. Στο Α περιέχεται µέθυλο-2-προπανόλη, στο Β 2-προπανόλη, στο Γ προπανάλη. δ. Στο Α περιέχεται µεθυλο-2-προπανόλη, στο Β προπανάλη, στο Γ 2προπανόλη. Να δικαιολογήσετε τη σωστή πρόταση γράφοντας τις χηµικές εξισώσεις.

9. Οργανική ένωση µε µοριακό τύπο C4H10O αντιδρά µε Na ελκύοντας H2 και δεν αποχρωµατίζει όξινο διάλυµα KMnO4 . Η ένωση αυτή είναι: α. ∆ιαιθυλαιθέρας. β. Μεθυλο-1-προπανόλη. γ. Μεθυλο-2-προπανόλη. δ. Βουτανόνη. Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας γράφοντας τις αντίστοιχες χηµικές αντιδράσεις.

10. α) Να συµπληρώσετε τα κενά: i. CH3CH2CH2CH2 − OH

H SO , 170 o C

2 4 → …………… + ……………

H SO , 170 o C

ii. CH3CH2CHCH3 2 4 → ………….. + …………… | κύριο προϊόν OH β. Τι σχέση έχουν µεταξύ τους τα δύο οργανικά προϊόντα που σχηµατίζονται στις παραπάνω χηµικές εξισώσεις; γ. Ποιο από τα δύο αντιδρώντα µπορεί να παρασκευαστεί µε προσθήκη H2O στο 1-βουτένιο ή στο 2-βουτένιο; 11. ∆ίνονται οι ακόλουθες πορείες αντιδράσεων: .........

CH2 = CH2+H2O   → B. Παίρνουµε τη µισή ποσότητα του Β που παράχθηκε και: +|O| Β + |Ο|   → Γ → ∆ .........

Κατόπιν, παίρνουµε την άλλη µισή ποσότητα του Β και: ∆ + Β Ε + ................ α. Να συµπληρώσετε τα κενά στις πορείες των αντιδράσεων. β. Να συνδέσετε µε γραµµές τα στοιχεία της 1ης στήλης µε τα στοιχεία της 2ης στήλης: 1η στήλη 2η στήλη Β i. CH3COOCH2CH3 Γ ii. CH3CH2OH ∆ iii.CH3COOH Ε iv. CH3

210

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

12. Να βρείτε τις ενώσεις Α και Β στις παρακάτω πορείες : H SO

4 i. CH3CH2CH2OH 2  → A + H2O

170◦C +

H A+H2O  → B H+

H SO

4 ii. CH3CH2CH=CH2 + H2O  → A 2  → B + H2O.

170◦C

13. ∆ίνονται οι παρακάτω αλκοόλες: α. 2-πεντανόλη β. αιθανόλη γ. 1-βουτανόλη δ. 1-δεκαπεντανόλη Ποια από τις παραπάνω αλκοόλες: i. είναι υγρό µε ευχάριστη οσµή; ii. είναι υγρό µε δυσάρεστη οσµή; iii. είναι στερεό; iv. διαλύεται στο νερό µε οποιαδήποτε αναλογία; 14. Να γραφούν οι παρακάτω αντιδράσεις: i. Αλκοολική ζύµωση του σακχάρου ii. Πλήρης καύση της 1-βουτανόλης iii. Προσθήκη Η2Ο παρουσία οξέος στο 1-πεντένιο iv. Προσθήκη Η2Ο παρουσία οξέος στο 2-πεντένιο v. Επίδραση Κ στην 1-προπανόλη vi. Προσθήκη Η2 στην ακετόνη vii. Θέρµανση της 2-βουτανόλης παρουσία H2SO4 στους 170oC viii. Θέρµανση αιθανόλης στους 140oC παρουσία ix. Επίδραση προπανικού οξέος στην 2-προπανόλη x. Επίδραση µεθανικού οξέος στην 2-βουτανόλη 15. Να γραφούν οι αντιδράσεις που είναι αναγκαίες ώστε να γίνουν οι παρακάτω παρασκευές. i. Από την 1-προπανόλη να παρασκευαστεί η 2-προπανόλη. ii. Από το αιθένιο να παρασκευαστεί η αιθανόλη. iii. Από το προπένιο να παρασκευαστεί ο διισοπροπυλαιθέρας. iv. Από την πεντανάλη να παρασκευαστεί πεντάνιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

211

16. Nα προσδιορισθούν οι συντακτικοί τύποι των άγνωστων οργανικών ενώσεων στις παρακάτω σειρές αντιδράσεων: +

H i. CH3CH2CH=CH2 + H2O  → A

πυκνό διάλυµα H2SO4, 170οC Ni ii. CH3CH=O + H2  →A

πυκνό διάλυµα H2SO4, 140οC

Β

Γ

.........

[O ] iii. HC ≡ CH + H2O   → A  → B ………

Ni

A + H2 → Γ Γ+Β ∆ Ni

Η+

πυκνόδιάλυµα

→ Γ iv. CH3−C−CH2CH3 + H2 → A    → Β  H2SO4, 170οC || O

17. Να αντιστοιχίσετε την κάθε ένωση της στήλης Ι σε µία ή περισσότερες ιδιότητες που αναφέρονται στη στήλη ΙΙ. Ι ΙΙ Α. CH3OH

i. ∆εν έχει ισοµερή

Β. CH3CH2OH

ii. ∆εν παράγει µε αφυδάτωση αλκένιο

Γ. CH3CH2CH2OH

iii. Με οξείδωση δίνει ακετόνη

ΟΗ | ∆. CH3−C−CH3 | CH3

iv. ∆εν οξειδώνεται

Ε. CH3CHCH2CH3 | OH

v. ∆εν σχηµατίζεται µε προσθήκη Η2Ο σε αλκένιο

212

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

18. Να αντιστοιχίσετε κάθε ένωση της στήλης Ι µε ένα µόνο προϊόν που µπορεί να δώσει και βρίσκεται στη στήλη ΙΙ.

I

II

Α. CH3CH2CH2OH

i. CH3CH2C−CH3 || O

Β. CH3CHCH3 | OH

ii. CH3C=CH2 | CH3

Γ. CH3CH2CH2CH2OH

iii. CH3CH2CH2CH=O

∆. CH3CH2CHCH3 | OH

iv. CH3CH−O−CH−CH3 | | CH3 CH3

Ε. CH3CHCH2OH | CH3

v. CH3CH=CH2

19. Nα αντιστοιχίσετε την κάθε ένωση της στήλης Ι µε έναν από τους χαρακτηρισµούς που βρίσκονται στη στήλη ΙΙ.

I Α. CH3CH2OH Β. CH2-CH2 | | OH OH Γ. CH2=CHCH2OH ∆. CH2CHCH2OH | | OH OH Ε. (CH3)3 C-OH ΣΤ. CH3COCH3 Z. CH2O

II i. κορεσµένη δισθενής αλκοόλη ii. κορεσµένη µονοσθενής αλδεΰδη iii. ακόρεστη µονοσθενής αλκοόλη iv. κορεσµένη τριτοταγής αλκοόλη v. κορεσµένη µονοσθενής κετόνη vi. κορεσµένη τρισθενής αλκοόλη vii. κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

213

20. Να συµπληρώσετε τον πίνακα γράφοντας (+) για την περίπτωση που οι ενώσεις της πρώτης στήλης του πίνακα αντιδρούν µε τα αντιδραστήρια της πρώτης γραµµής του πίνακα και (-) για την περίπτωση που δεν αντιδρούν. Βr2/CCl4

H2

Cr2O72-/H+

Fehling

HCN

2-βουτένιο 1-προπανόλη προπανόνη Βουτανάλη τριτοταγής βουτανόλη πεντάνιο 21. Να αντιστοιχίσετε κάθε χηµική αντίδραση της στήλης (Ι) µε τα οργανικά προϊόντα της στήλης (ΙΙ). (Ι)

(ΙI)

i. CH3CH2CH=O +HCN ii. CH3CH=CH2 +H2O iii. CH3CH2CH=O + H2 iv. CH3CH2CHCH3 + [O] | OH v. CH3CH2OH + HCOOH

CH3CH2CCH3 || O CH3CH2CH2OH CH3CH2CHCN | OH HCOOCH2CH3 CH3CHCH3 | OH

22. Να συµπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω χηµικές αντιδράσεις. i. CH3CH2CH2CH=O + …………… CH3CH2CH2CHCN | OH π.H SO ,170 o C

2 ii. ………………   4   → CH3CH2CH=CH2 + ……………

Ni iii. ……………+ H2  → CH3CH2CHCH2CH3 | OH iv. CH3CHCOOH + CH3CHCH3 ………… + H2O | | CH3 OH

214

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

v. CH3CHCH3 + [O] ………… + ………… | OH vi. ……………… + K CH3CHCH2OK + …………… | CH3 ζυµάση vii. ………………  → ………………… + CO2 Νι viii. ……………+ H2  → CH3OH

CH3 | ix. CH3CHCH2CH3 + ………… CH3C-COOCHCH2CH3 + ……….. | | CH3 CH3 ......... x. CH≡CH + H2O   → ……………… ………

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

215

V. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 1. Ποια είναι χαρακτηριστική οµάδα των αλκοολών; Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι αλκοόλες ανάλογα µε τον αριθµό των χαρακτηριστικών οµάδων που περιέχουν στο µόριό τους; 2. Ποιες αλκοόλες λέγονται κορεσµένες µονοσθενείς; Ποιος είναι ο γενικός τύπος τους; 3. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι αλκοόλες ανάλογα µε τη σύνταξη του ατόµου άνθρακα που συνδέεται µε το υδροξύλιο; 4. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση της αλκοολικής ζύµωσης. Πώς λέγεται το ένζυµο που την καταλύει; Ποιες είναι οι πρώτες ύλες που χρησιµοποιούνται; 5. Πώς παρασκευάζεται η αιθανόλη από το αιθένιο; 6. Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες των αλκοολών γενικά και ποιες της αιθανόλης ειδικότερα; 7. Να γράψετε τις χηµικές ιδιότητες της 1-προπανόλης.

8. Τι γνωρίζετε για το διαιθυλαιθέρα; Πώς παρασκευάζεται από την αιθανόλη; 9. Ποιες ενώσεις µπορούµε να παρασκευάσουµε οξειδώνοντας αλκοόλες; 10. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε τις πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αλκοόλες από τις τριτοταγείς; 11. Σε ποια χηµική ιδιότητα της αιθανόλης στηρίζεται η διαδικασία του αλκοτέστ; Πώς λειτουργεί το σύγχρονο αλκοοολόµετρο; 12. Ποιες είναι οι χρήσεις της αιθανόλης; 13. Να παρασκευάσετε αιθανόλη και 2-προπανόλη σύµφωνα µε τις γενικές µεθόδους παρασκευής των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών.

14. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων προσθήκης για την προπανάλη και την προπανόνη.

15. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε αλδεΰδες από κετόνες; 16. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση πολυµερισµού της αιθανάλης.

17. Να παρασκευάσετε µεθυλο-2-προπανόλη και µεθανόλη σύµφωνα µε τις γενικές µεθόδους παρασκευής των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών. Ποιες από αυτές τις µεθόδους είναι ακατάλληλες για την παρασκευή τριτοταγών αλκοολών και της µεθανόλης; 18. Θέλουµε να ταυτοποιήσουµε το περιεχόµενο δύο δοχείων Α και Β, στο οποίο περιέχονται 1-προπανόλη και 2-προπανόλη, δηλαδή θέλουµε να διαπιστώσουµε σε ποιο δοχείο περιέχεται καθεµιά από τις αλκοόλες. Το περιεχόµενο του δοχείου Β οξειδώνεται από περίσσεια όξινου διαλύµατος K2Cr2O7. Το προϊόν της οξείδωσης βρέθηκε ότι αλλάζει το χρώµα των δεικτών. Να βρείτε ποια ένωση περιέχεται στο δοχείο Β και να το εξηγήσετε αναλυτικά.

19. α. Να βρείτε και να ονοµάσετε τα ισοµερή του τύπου C4H9OH. β. Ποια από αυτά τα ισοµερή, µε οξείδωση, δίνουν τελικά οξύ;

216

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

20. α. Ποια αντίδραση ονοµάζεται εστεροποίηση; β. Είναι µονόδροµη ή αµφίδροµη; γ. Να γραφεί η χηµική εξίσωση της αντίδρασης παρασκευής του µεθανικού προπυλεστέρα.

21. Τι σηµαίνει ότι ένα αλκοολούχο ποτό είναι 40 αλκοολικών βαθµών; 22. Να γράψετε το συντακτικό τύπο και την ονοµασία µιας αλκοόλης: α. µε 3 άτοµα C που οξειδώνεται και δίνει οξύ, β. µε 4 άτοµα C που δεν αποχρωµατίζει όξινο διάλυµα KMnO4, γ. µε 5 άτοµα που δεν αλλάζει το χρώµα όξινου διαλύµατος, δ. µε 5 άτοµα που µε οξείδωση δίνει κετόνη και που προκύπτει ως κύριο προϊόν µε προσθήκη σε αλκένιο.

23. Οργανική ένωση Α µε µοριακό τύπο C4H10O δεν αντιδρά µε Na και παρασκευάζεται µε αφυδάτωση αλκοόλης. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της Α; 24. Οργανική ένωση Α µε µοριακό τύπο C3H6O παρασκευάζεται µε οξείδωση του προϊόντος της προσθήκης σε αλκένιο. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α;

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

217

VI. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. Απλές στοιχειοµετρικές Για εξάσκηση 1. 29 g µείγµατος προπανάλης και προπανόνης υδρογονώνονται πλήρως µε καταλύτη Ni, οπότε σχηµατίζονται 18 g 2-προπανόλης και µία ακόµη οργανική ένωση Α. Να βρεθούν : α. Η w/w σύσταση του µείγµατος προπανάλης και προπανόνης. β. Η µάζα της ένωσης Α. ∆ίνονται: Arc = 12, ArH= 1, ArO= 16. Απ.: α. 17,4 g – 11,6 g β. 12g 2. Κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη µάζας 3,7 g όταν κατεργαστεί µε περίσσεια νατρίου, ελευθερώνει 560 mL αερίου µετρηµένου σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθεί ο µοριακός τύπος της αλκοόλης. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: C4H10O 3. 46 g µείγµατος δύο ισοµερών ενώσεων µε µοριακό τύπο C2H6O αντιδρά µε Na και εκλύονται 8,96 L H2 σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθούν: α. Οι συντακτικοί τύποι των δύο ισοµερών. β. Η w/w σύσταση του µείγµατος. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: α. αιθανόλη – διµεθυλαιθέρας β. 36,8 g - 9,2 g 4. Μείγµα αιθινίου και αιθανόλης αποχρωµατίζει 500 mL διαλύµατος Br2 16% w/v. Ίση ποσότητα του µείγµατος µε επίδραση Νa ελευθερώνει αέριο Η2 όγκου 22,4 L σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθεί η κατά βάρος σύσταση του µείγµατος. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO = 16, ArBr = 80. Απ.: 6,5 g – 69 g 5. 45 g µείγµατος αιθανόλης και αιθανάλης αντιδρούν πλήρως µε Na και ελκύονται 5,6 L H2 σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθεί η w/w σύσταση του µείγµατος. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO=16. Απ.: 23 g – 22 g 6. 20,8 g µείγµατος δύο κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών αντιδρούν µε περίσσεια νατρίου και ελευθερώνουν 3,36 L αερίου µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Ίση ποσότητα από το µείγµα, όταν κατεργαστεί µε κάποιο οξειδωτικό µέσο, η µία αλκοόλη δίνει 3 g HCHO, ενώ η άλλη δεν οξειδώνεται. Να καθοριστεί η w/w σύσταση του µείγµατος και να καθοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο αλκοολών. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: 3,2 g CH3OH, 17,6 g µεθυλο-2-βουτανόλη 7. 3,7 g κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης αντιδρούν µε K2Cr2O7 και το προϊόν εξουδετερώνεται µε NaOH. Το άλας που παράγεται πυρώνεται µε νατράσβεστο,

218

∆. Μπαµπίλης - Γ. Χουλιάρας

οπότε παράγονται 1.120cm αερίου σε πρότυπες συνθήκες. Ποιοι είναι οι πιθανοί συντακτικοί τύποι της αλκοόλης; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: 1-βουτανόλη, µεθυλο-1-προπανόλη 8. Ποσότητα 6 g οργανικής ένωσης, που η ποιοτική της ανάλυση έδειξε ότι περιέχει C και H θερµαίνεται σε σωλήνα που περιέχει περίσσεια O2. Τα αέρια που σχηµατίζονται διαβιβάζονται σε σωλήνα που περιέχει πυκνό διάλυµα H2SO4,και στη συνέχεια µέσα από διάλυµα KOH, των οποίων αυξάνουν τα βάρη κατά 7,2 g και 13,2 g αντίστοιχα. Ποιος είναι ο µοριακός τύπος της ένωσης αν η σχετική µοριακή µάζα είναι 60; ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: C3H8O 9. Ένωση του τύπου C5H12O δίνει τις παρακάτω αντιδράσεις: α) Με νάτριο ελευθερώνει αέριο. β) Αποχρωµατίζει όξινο διάλυµα KMnO4. γ) Με πυκνό θειικό οξύ δίνει ένωση Α που θερµαίνεται στους 170οC και δίνει υδρογονάθρακα Β που κατεργάζεται µε νερό παρουσία θειικού οξέος. Η ένωση Γ που προκύπτει δεν αποχρωµατίζει όξινο διάλυµα KMnO4. Να βρεθεί ο συντακτικός τύπος της αρχικής ένωσης εάν γνωρίζουµε ότι η αρχική ένωση είναι ισοµερής της Γ. Απ.: µεθυλο-1-βουτανόλη 10. 1,85 g κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης αντιδρούν ποσοτικά µε αιθανικό οξύ και σχηµατίζουν 2,9 g αιθανικού εστέρα. Να βρεθεί ο µοριακός και ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης αν γνωρίζουµε ότι δεν αποχρωµατίζει όξινο διάλυµα KMnO4. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: C4H9OH-µεθυλο-2-προπανόλη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

219

Β. Μείγµα Ισοµερών Έστω µείγµα δύο ισοµερών ενώσεων Α και Β. Θέτουµε x και y mol αντίστοιχα. Γράφουµε τις χηµικές αντιδράσεις που περιγράφονται στην εκφώνηση για κάθε συστατικό του µείγµατος ξεχωριστά. Λυµένες Ασκήσεις 1. Ισοµερικό µείγµα δύο ισοµερών κορεσµένων µονοκαρβονυλικών ενώσεων Α και Β αντιδρά πλήρως σε κατάλληλες συνθήκες, µε περίσσεια HCN, οπότε η µάζα του µείγµατος αυξάνεται κατά 13,5 g. Ίση ποσότητα του µείγµατος καίγεται πλήρως, οπότε σχηµατίζεται τριπλάσιος όγκος υδρατµών σε σχέση µε τον όγκο του µείγµατος. Οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Να βρεθούν: α) Οι ποσότητες των ενώσεων Α και Β στο µείγµα. β) Οι συντακτικοί τύποι των Α και Β. ∆ίνονται: ΑrC.= 12, ΑrH. = 1, ΑrN.= 14. Λύση Οι ενώσεις Α και Β είναι ισοµερείς, εποµένως, έχουν τον ίδιο γενικό τύπο. Ο γενικός τύπος των κορεσµένων µονοκαρβονυλικών ενώσεων είναι CvH2vO . Ισοµοριακό µείγµα σηµαίνει ίσα mol για τα δύο συστατικά του µείγµατος. Έστω x mol A και x mol B. Γράφουµε µία αντίδραση προσθήκης HCN και για τις δύο ενώσεις θέτοντας τα συνολικά mol: CvH2vO + HCN Cv H2v(OH)(CN) 2x mol 2x mol 2x mol H αύξηση της µάζας του µείγµατος οφείλεται στην προσθήκη του HCN (Mr = 27).

MHCH = 13,5 g ⇒ 2x·27 = 13,5 ⇒ x = 0,25 mol Εποµένως, το µείγµα περιέχει 0,25 mol ένωσης Α και 0,25 mol ένωσης Β. Γράφουµε µια αντίδραση καύσης και για τις δύο ενώσεις θέτοντας τα συνολικά mol:

3v − 1 O2 vCO2 + vH2O 2 0,5 mol v·0,5 mol Για τα αέρια, στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας, η σχέση όγκων είναι και σχέση mol. Οπότε:

CvH2vO +

VH2 O Vµείγµ.

=

nH2 O 3 3 v ⋅ 0,5 3 ⇒ = ⇒ = ⇒ v =3.

1 1 nµείγµ. 1 0,5

Εποµένως ο µοριακός τύπος των ενώσεων Α και Β είναι C3H6O. Οι µοναδικοί δυνατοί συντακτικοί τύποι των Α και Β είναι: CH3CH2CHO και CH3CCH3 || Ο

220

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

2. Μείγµα που αποτελείται από 0,3 mol κορεσµένης µονοκαρβονυλικής ένωσης Α και 0,1 mol κορεσµένης µονοκαρβονυλικής ένωσης Β καίγεται πλήρως και παράγονται 11,2 L CO2 σε πρότυπες συνθήκες. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β; Λύση Οι γενικοί τύποι των ενώσεων Α και Β είναι: CvH2vO (A) και CκH2κO (B) Γράφουµε ξεχωριστά για κάθε ένωση την τέλεια καύση: CvH2vO + 0,3 mol

3v − 1 O2 vCO2 + vH2O 2 v·0,3 mol

3κ − 1 O2 κCO2 + κH2O 2 0,1 mol κ·0,3 mol Υπολογίζουµε τα mol του CO2: CκH2κO +

n=

11,2 = 0,5 ⇒ v·0,3 + κ·0,1 = 0,5 ⇒ 3v + κ = 5.

22,4

Για να βρούµε τα v και κ εφόσον δεν έχουµε άλλα δεδοµένα για να δηµιουργήσουµε δεύτερη εξίσωση, δίνουµε τιµές στο v και υπολογίζουµε αντίστοιχες τιµές για το κ. Τα v και κ είναι µεγαλύτερα από το 1 αν οι ενώσεις είναι αλδεΰδες ή µεγαλύτερα από το 3 αν είναι κετόνες. Έτσι: Για v = 1, έχουµε κ = 2. Οπότε Μ.Τ.Α: CH2O και Μ.Τ.Β:C2H4O. Για v ≥ 2, έχουµε κ ≤ -1, απορρίπτεται.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. Ισοµοριακό µείγµα µιας κορεσµένης µονοκαρβονυλικής ένωσης Α και µιας κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης Β αντιδρά πλήρως µε περίσσεια HCN, οπότε η µάζα του µείγµατος των προϊόντων αυξάνεται κατά 2,7 g. Μια άλλη ποσότητα ατµών του ίδιου µείγµατος καίγεται πλήρως, οπότε σχηµατίζεται ίσος όγκος CO2 µε τον όγκο του µείγµατος. Οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. Να βρεθούν: α) Τα mol των ενώσεων Α και Β στο αρχικό µείγµα. β) Οι συντακτικοί τύποι των Α και Β. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArN = 14. Απ.: α) 0,1 mol β) CH2O - CH3OH 2. Ισοµερικό µείγµα 2 ισοµερών κορεσµένων µονοσθενών αλδεΰδών Α και Β αντιδρά πλήρως σε κατάλληλες συνθήκες µε περίσσεια Η2, οπότε η µάζα του µείγµατος αυξάνεται κατά 0,6 g. Ίση ποσότητα του µείγµατος καίγεται πλήρως παράγοντας τετραπλάσιο όγκο διοξειδίου του άνθρακα σε σχέση µε τον όγκο του µείγµατος. Να βρεθούν:

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

221

α) Η ποσότητα κάθε ένωσης Α και Β στο µείγµα. β) Οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: 3. Iσοµοριακό µείγµα 2 ισοµερών κορεσµένων µονοσθενών καρβονυλικών ενώσεων Α και Β αντιδρά πλήρως σε κατάλληλες συνθήκες µε περίσσεια Η2, οπότε η µάζα του µείγµατος αυξάνεται κατά 0,4 g. Ίση ποσότητα του µείγµατος καίγεται πλήρως παράγοντας τριπλάσιο όγκο διοξειδίου του άνθρακα σε σχέση µε τον όγκο του µείγµατος. Να βρεθούν: α) Η ποσότητα κάθε ένωσης Α και Β στο µείγµα. β) Οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β. ∆ίνονται: ArC = 12, ArH = 1, ArΟ = 16. Απ.: 0,1 mol CH3CH2CHO, 0,1 mol CH3CCH3 || O

222

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

B) Xαρακτηριστική αντίδραση αλδεϋδών Οι αλδεΰδες διακρίνονται από τις ισοµερείς τους κετόνες επειδή οξειδώνονται µε διάφορα οξειδωτικά και δίνουν οξέα, ενώ οι κετόνες δεν οξειδώνονται. Ειδικότερα οι αλδεΰδες είναι αναγωγικές ουσίες και οξειδώνονται µε ήπια οξειδωτικά µέσα, όπως είναι: α) Το αντιδραστήριο Tollens (αµµωνιακό διάλυµα AgNO3), οπότε σχηµατίζεται κάτοπτρο Ag

(A g+ A O g ).

β) Το αντιδραστήριο Fehling (αλκαλικό διάλυµα ιόντων Cu2+), οπότε σχηµατίζεται ερυθρό ίζηµα οξειδίου του χαλκού (Ι) (Cu2+ Cu2O ↓ ). Τις αντιδράσεις αυτές τις χρησιµοποιούµε για να διαπιστώσουµε τις αναγωγικές ιδιότητες των αλδεϋδών και να τις διακρίνουµε πειραµατικά από τις κετόνες.

Λυµένες Ασκήσεις 1. 7,2 g ατµών οργανικής ένωσης Α, µε γενικό τύπο CvH2vO, καίγονται πλήρως µε περίσσεια οξυγόνου. Τα καυσαέρια, µετά την ψύξη τους διαβιβάζονται σε διάλυµα ΚΟΗ, οπότε παρατηρείται µείωση της µάζας τους κατά 17,6 g. α) Ποιος είναι ο µοριακός τύπος της ένωσης Α; β) Σε ποια οµόλογη σειρά ανήκει αν δεν αποχρωµατίζει διάλυµα Br2; γ) Κατά τη διαβίβαση της ένωσης Α σε αµµωνιακό διάλυµα AgNO3, σχηµατίζεται κάτοπτρο Ag. Αν η ένωση Α έχει ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα, ποιος είναι ο συντακτικός της τύπος; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Λύση α) Η αντίδραση πλήρους καύσης της ένωσης Α είναι: 3v − 1 CvH2vO + O2 vCO2 +vH2O 2 α mol ν⋅α mol 7,2 (1) 14v + 16 Kατά την ψύξη των καυσαερίων, υγροποιούνται οι υδρατµοί. Κατά τη διαβίβαση των καυσαερίων σε διάλυµα ΚΟΗ, δεσµεύεται το CO2. Η µείωση της µάζας των καυσαερίων που παρατηρείται είναι ίση µε τη µάζα του CO2. Εποµένως: α=

mCO 2 = v·α·44 ⇒ 17,6 = v·α·44 ⇒ ν⋅α = 0,4

(2)

Από (1) και (2) είναι: ν = 4 α = 0,1 mol O µοριακός τύπος της Α είναι C4H8O.

β) Η ένωση Α δεν αποχρωµατίζει διάλυµα Br2, οπότε είναι κορεσµένη. Άρα πρόκειται για κορεσµένη µονοκαρβονυλική ένωση.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

223

γ) Επειδή η ένωση Α αντιδρά µε αµµωνιακό διάλυµα AgNO3, είναι αλδεΰδη και όχι κετόνη. Η Α έχει ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα, οπότε ο συντακτικός τύπος της είναι: CH3CH2CH2CHO. 2. Κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη Α περιέχει 60% C. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης αν µε οξείδωση της αλκοόλης προκύπτει ένωση Β, που αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα ιόντων Cu2+; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Λύση Ο γενικός τύπος της κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης είναι: CvH2v+2O ( Mr = 14v+18) Από την επί % w/w περιεκτικότητα της Α σε C έχουµε: Σε (14ν+18) g αλκοόλης υπάρχουν 12v g C Σε 100 g ακλοόλης υπάρχουν 60 g C 14v + 18 12v = ⇒ v = 3.

60 100 Eποµένως, ο µοριακός τύπος της Α είναι C3H8O. Οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της Α είναι: CH3CH2CH2OH : πρωτοταγής αλοόλη : δευτεροταγής αλκοόλη CH3CHCH3 | ΟΗ Επειδή η Α µε οξείδωση δίνει ένωση Β που αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα Cu2+, συµπεραίνουµε ότι η Β είναι αλδεΰδη, οπότε η Α είναι πρωτοταγής αλκοόλη. Άρα ο συντακτικός τύπος της Α είναι: CH3CH2CH2OH.

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. 3,6 g οργανικής ένωσης Α µε γενικό τύπο CvH2vO καίγονται πλήρως µε περίσσεια Ο2. Τα καυσαέρια, µετά την ψύξη τους, διαβιβάζονται σε διάλυµα ΚΟΗ, οπότε παρατηρείται µείωση της µάζας τους κατά 8,8 g. α) Ποιος είναι ο µοριακός τύπος της ένωσης Α; β) Ποια χαρακτηριστική οµάδα διαθέτει αν δεν αποχρωµατίζει διάλυµα Br2; γ) Κατά την διαβίβαση της ένωσης Α σε αµµωνιακό διάλυµα AgNO3, δε σχηµατίζεται κάτοπτρο Αg. Ποιος είναι ο συντακτικός της τύπος; Απ.: βουτανόνη 2. 4 g αλκινίου Α κατεργάζονται µε υδατικό διάλυµα H2SO4 που περιέχει και HgSO4. Η ένωση Β που παράγεται έχει µάζα 5,8 g. α) Να βρεθεί ο συντακτικός τύπος της ένωσης Β. β) Να αναφέρετε δύο τρόπους µε τους οποίους µπορούµε να διακρίνουµε την ένωση Β από την κορεσµένη ισοµερή της ένωση Γ. Απ.: προπανόνη

224

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3. Αλκίνιο Α κατεργάζεται µε υδατικό διάλυµα H2SO4 που περιέχει και HgSO4. Η ένωση Β που παράγεται αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα ιόντων C u2 + και σχηµατίζεται ερυθρό ίζηµα. Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των Α και Β. Απ.: CH3≡CH, CH3CHO 4. Κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη Α περιέχει 21,62% w/w οξυγόνο. Ποιοι είναι οι δυνατοί τύποι της αλκοόλης αν µε οξείδωση της αλκοόλης προκύπτει ένωση Β, που αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα ιόντων C u2+ και σχηµατίζεται ερυθρό ίζηµα; Απ.: 1-βουτανόλη, µεθυλο-1-προπανόλη 5. 4,48 L µεθανάλης αντιδρούν µε περίσσεια Η2 παρουσία Νi, οπότε ένα µέρος της µετατρέπεται σε προϊόν Α, ενώ το υπόλοιπο δεν αντιδρά. Το µείγµα των ενώσεων που απέµειναν τελικά, µετά την αντίδραση υδρογόνωσης, διοχετεύεται σε αλκαλικό διάλυµα ιόντων C u2 + και προκαλεί αύξηση της µάζας του διαλύµατος κατά 2g. Να βρεθούν: α) Ο µοριακός τύπος της ένωσης Α. β) Το ποσοστό της µεθανάλης που µετατράπηκε στην ένωση Α. Οι όγκοι µετρήθηκαν σε πρότυπες συνθήκες. Απ.: α) CH3OH β) 66,67%

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

225

∆. Συνδυαστικές ασκήσεις µε σειρά αντιδράσεων Η κατηγορία αυτή περιλαµβάνει ασκήσεις που αναφέρονται σε χηµικές αντιδράσεις από περισσότερα από ένα κεφάλαια. Οι αντιδράσεις αυτές συνδέονται µέσω ενός σώµατος, το οποίο εµφανίζεται στη µία αντίδραση ως προϊόν και σε κάποια άλλη αντίδραση ως αντιδρών. Το δεδοµένο είναι η ποσότητα ενός σώµατος και το ζητούµενο η ποσότητα ενός ή περισσοτέρων σωµάτων, που εµφανίζεται ή που εµφανίζονται στις διάφορες αντιδράσεις. Για τη λύση των ασκήσεων αυτής της κατηγορίας, εργαζόµαστε ως εξής: 1. Γράφουµε τις χηµικές εξισώσεις όλων των χηµικών αντιδράσεων που αναφέρονται στην εκφώνηση.

2. Η ποσότητα ενός σώµατος της πρώτης αντίδρασης θα αποτελεί δεδοµένο ή ζητούµενο. Την ποσότητα αυτού του σώµατος την εκφράζουµε σε mol. Αν είναι ζητούµενο, οπότε είναι άγνωστη η ποσότητα, θέτουµε x mol.

3. Xχρησιµοποιώντας αυτό τον αριθµό mol του σώµατος, και µε τη βοήθεια των συντελεστών των σωµάτων σε καθεµιά χηµική εξίσωση, συµπληρώνουµε στις υπόλοιπες χηµικές εξισώσεις τις ποσότητες των υπολοίπων σωµάτων σε mol.

4. ∆εν πρέπει να ξεχνάµε ότι όσα mol ενός σώµατος παράγονται σε µια χηµική αντίδραση της σειράς αντιδράσεων, τόσα mol του ίδιου σώµατος λαµβάνουν µέρος στα αντιδρώντα της επόµενης, ανεξάρτητα απ’ τους συντελεστές του σώµατος στις δύο αντιδράσεις.

Λυµένες Ασκήσεις 1. 12,8 ανθρακασβεστίου υδρολύονται πλήρως, οπότε παράγεται οργανική ένωση Α. Η συνολική ποσότητα της ένωσης Α χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη. Το πρώτο µέρος διοχετεύεται σε διάλυµα που περιέχει H2SO4 και HgSO4 οπότε σχηµατίζεται η ένωση Β, η οποία οξειδώνεται στην ένωση Γ. Η ένωση Γ αντιδρά µε NaOH, οπότε σχηµατίζεται η ένωση ∆. Η συνολική ποσότητα της ένωσης ∆ αποµονώνεται µε και πυρώνεται µε NaOH, οπότε προκύπτει η αέρια ένωση Ε. Το δεύτερο µέρος της ένωσης Α αντιδρά µε ισοµοριακή ποσότητα Η2 και το προϊόν Ζ αντιδρά µε ισοµοριακή ποσότητα HCI .Το προϊόν Θ αποµονώνεται, διαλύεται στον κατάλληλο διαλύτη και αντιδρά µε Na, οπότε σχηµατίζεται η αέρια ένωση Κ. α) Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ, Κ; β) Ποιες είναι οι µάζες των ενώσεων Ε και Κ; ∆ίνονται: ArC = 12, ArH =1. Λύση α) Η αντίδραση υδρόλυσης του ανθρακασβεστίου είναι: CaC2 + 2H2O HC≡CH + Ca(OH) x mol x mol Mr CaC 2 = 40+2·12 = 64 x=

12,8 = 0,2 mol 64

226

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Η οργανική ένωση Α είναι το HC≡CH. Χωρίζουµε τη συνολική ποσότητα σε δύο ίσα µέρη, οπότε σε καθένα από τα δύο ίσα µέρη έχουµε:

0,2 = 0,1 mol HC≡CH. 2

1o µέρος Το διάλυµα που περιέχει H2SO4 και HgSO4 έχει διαλυτή το H2O. Εποµένως λαµβάνει χώρα προσθήκη H2O στο αιθίνιο: (B) H SO

4 HC ≡ CH + H2O 2  → CH2 = CH CH3CHO HgSO4 | OH 0,1 mol 0,1 mol (Γ)

O

CH3CHO  → CH3COOH 0,1 mol 0,1 mol (∆) CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O 0,1 mol 0,1 mol (E) Θ CH3COONa + NaOH → CH4 ↑ + Na2CO3 0,1 mol 0,1 mol

2ο µέρος (Z) Ni

HC ≡ CH + H2 → CH2 = CH2 0,1 mol 0,1 mol (Θ) CH2 = CH2 + HCI CH3CH2CI 0,1 mol 0,1 mol (Κ) 2CH3CH2CI + 2Na CH3CH2CH2CH3 + 2NaCI 0,1 mol 0,05 mol Εποµένως οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων είναι: Α: HC ≡ CH Ε: CH4 Β: CH3CHO Ζ: CH2 = CH2 Γ: CH3COOH Θ: CH3CH2CI ∆: CH3COONa Κ: CH3CH2CH2CH3 β) Οι µάζες των ενώσεων Ε και Κ είναι: ΜrΕ = 12+4 = 16. mE = 0,1·16 = 1,6 g.

MrK = 4·12+10·1 = 58.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

227

mK = 0,05·58 = 2,9 g

2. 51,2 g ανθρακασβεστίου υδρολύονται πλήρως, οπότε παράγεται οργανική ένωση Α. Η συνολική ποσότητα της ένωσης Α χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη. Το πρώτο µέρος διοχετεύεται σε διάλυµα που περιέχει H2SO4 και HgSO4, οπότε σχηµατίζεται ένωση Β, η οποία οξειδώνεται στην ένωση Γ. Το δεύτερο µέρος αντιδρά µε ισοµοριακή ποσότητα Η2 και το προϊόν ∆ αντιδρά µε νερό σε κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει η ένωση Ε. Η ένωση Γ αντιδρά µε την Ε ποσοτικά, οπότε προκύπτει η ένωση Ζ. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε, και Ζ; Ποια είναι η µάζα της ένωσης Ζ που παράγεται; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16, ΑrCa = 40. Λύση Η αντίδραση υδρολύτης του ανθρακασβεστίου είναι: (A) CαC2 + 2H2O Ca(OH)2 + HC≡CH x mol x mol MrCaC 2 = 40 + 2·12 = 64 51,2 = 0,8 mol 64 Σε καθένα από τα 2 ίσα µέρη που χωρίζουµε το HC≡CH, έχουµε 0,4 mol HC≡CH.

x=

1o µέρος Το διάλυµα Η2SO4 έχει διαλύτη το H2O. Η αντίδραση προσθήκης H2O στο αιθίνιο είναι: H SO

4 HC ≡ CH + H2O 2  → CH2 = CH CH3CHO HgSO4 | OH 0,4 mol 0,4 mol 0,4 mol 0,4 mol (B) (Γ)

O

CH3CHO  → CH3COOH 0,4 mol 0,4 mol

2o µέρος (∆ ) Ni HC≡CH + H2 → CH2 = CH2

0,4 mol

0,4 mol (E) H2 SO 4

CH2 = CH2 + H2O  → CH3CH2OH 0,4 mol 0,4 mol Τελικά:

228

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

(Ζ) CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O 0,4 mol 0,4 mol 0,4 mol Οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων είναι: Α: HCΞCH ∆: CH2 = CH2 Β: CH3CHO Ε: CH3CH2OH Γ: CH3COOH Ζ: CH3COOCH2CH3 Η µάζα της ένωσης Ζ είναι: Μr(Ζ)= 4·12 + 8·1 + 2·16 = 88 m(Z)=0,4·88 = 35,2 g

Προβλήµατα για εξάσκηση 1. 200 mL διαλύµατος κορεσµένου µονοκαρβοξυλικού οξέος 6% w/v εξουδετερώνονται τέλεια µε NaOH. Το άλας που παράγεται πυρώνεται µε NaOH και ο υδρογονάνθρακας που προκύπτει απαιτεί για τέλεια καύση 8,96 λίτρα οξυγόνου, µετρηµένα σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθεί ο µοριακός και ο συντακτικός τύπος του οξέος. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16.

Aπ.: C2H4O2 - CH3COOH 2. Υδατικό διάλυµα περιέχει ισοµοριακές ποσότητες δύο κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων. Το διάλυµα απαιτεί, για την τέλεια εξουδετέρωση του, 160 mL διαλύµατος NaOH 0,1 M. Το διάλυµα που προκύπτει εξατµίζει και το στέρεο υπόλειµµα που µένει πυρώνεται µε ΚΟΗ. Το αέριο µείγµα των υδρογονανθράκων που παράγεται έχει πυκνότητα ρ = 1,3393 g/L, µετρηµένη σε πρότυπες συνθήκες. Να βρεθεί η ποιοτική και η ν/ν σύσταση του τελικού µείγµατος που προκύπτει. Απ.: 179,2 mL CH4, 179,2mL C3H8 3. Μείγµα αιθανάλης και προπανόνης, όταν κατεργάζεται µε περίσσεια διχρωµικού καλίου, παρουσία θειικού οξέος, παρουσιάζει αύξηση µάζας κατά 1,12 g. Ίση ποσότητα από το µείγµα, µε πλήρη υδρογόνωση, µετατρέπεται σε µείγµα δύο αλκοολών, οι οποίες στη συνέχεια µετατρέπονται ποσοτικά σε οξικούς εστέρες, οπότε παρατηρείται τελική αύξηση σε σχέση µε το αρχικό µείγµα κατά 4,4g. Να βρεθεί η ακέραιη γραµµοµοριακή αναλογία των συστατικών του µείγµατος. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.:

nαιθανάλης n προπανόνης

=

7 3

4. Ποσότητα CaC2 υδρολύεται και το προϊόν Α που σχηµατίζεται χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη. Το 1ο µέρος διοχετεύεται σε υδατικό διάλυµα H2SO4, HgSO4 και το προϊόν Β οξειδώνεται σε προϊόν Γ. Το 2ο µέρος υδρογονώνεται παρουσία Νi και στο προϊόν ∆ προστίθεται νερό παρουσία Η2SO4 και προκύπτει προϊόν Ε. Τα Γ και Ε ενώνονται, οπότε προκύπτουν 88 g οργανικού προϊόντος Ζ. α) Ποιοι είναι οι µοριακοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε, Ζ; β) Εάν όλες οι αντιδράσεις που αναφέρονται είναι ποσοτικές, ποια είναι η αρχική µάζα του CaC2;

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

229

∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. Απ.: α) C2H2, CH3CHO, CH3COOH, C2H4, C2H5OH, CH3COOC2H5 β) 128 g 5. Oργανική ένωση Α µε µοριακό τύπο C3H6O ανάγει το αµµωνιακό διάλυµα του AgNO3. Με προσθήκη Η2 στην ένωση Α, προκύπτει οργανική ένωση η οποία αφυδατώνεται µε θέρµανση παρουσία H2SO4 στους 170οC. Με προσθήκη Η2Ο στο προϊόν της θέρµανσης, προκύπτει η οργανική ένωση Β που µε επίδραση όξινου διαλύµατος KMnO4 προκύπτει η οργανική ένωση Γ, ισοµερής της ένωσης Α. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ. Απ.: Α:CH3CH2CH=O, Β: CH3CH(OH)CH3, Γ:CH3COCH3

230

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3.4. ΦΑΙΝΟΛΕΣ Φαινόλες ονοµάζονται οι υδροξυ - ενώσεις στις οποίες το - ΟΗ συνδέεται απευθείας µε τον αρωµατικό δακτύλιο . Ανάλογα µε τον αριθµό των υδροξυλίων, που περιέχουν στο µόριό τους, διακρίνονται σε µονοσθενείς, δισθενείς κτλ.

Φαινόλη ( ή υδροξυ - βενζόλιο ) Βιοµηχανικές παρασκευές 1. Παλαιότερα η φαινόλη παραγόταν από την λιθανθρακόπισσα και ορισµένα αποστάγµατα του πετρελαίου ( πετρελαϊκή πίσσα ) µε κλασµατική απόσταξη .

2. Σήµερα παρασκευάζεται µε πυρόλυση του πετρελαίου οπότε µεταξύ άλλων παράγεται βενζόλιο και προπένιο. Το βενζόλιο και προπένιο αντιδρούν παρουσία AlCl3 και παρασκευάζεται κουµόλιο .

CH 3 CHCH 3

+ CH 3 CH = CH 2 →

κουµόλιο Στη συνέχεια το κουµόλιο οξειδώνεται και δίνει τη φαινόλη .

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

231

Φυσικές ιδιότητες φαινόλης Η καθαρή φαινόλη είναι σώµα στερεό , κρυσταλλικό , άχρωµο µε χαρακτηριστική οσµή . ∆ιαλύεται λίγο στο νερό και είναι ευδιάλυτη στην αιθανόλη και στον αιθέρα . Είναι ουσία τοξική και ισχυρά διαβρωτική και πρέπει να αποφεύγεται η επαφή της µε το δέρµα .

Χηµικές ιδιότητες Η φαινόλη C6H5OH εµφανίζει ασθενώς όξινο χαρακτήρα . Αντιδρά µε βάσεις και δίνει φαινολικά άλατα , σε αντίθεση µε την αιθανόλη , που δεν αντιδρά µε NaOH

a) Εξουδετέρωση µε βάσεις (NaOH ή ΚOH) C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O φαινολικό άλας ∆εν αντιδρά µε ΝΗ3 b) Αντικατάσταση υδρογόνου του υδροξυλίου από µέταλλα (Na ή Κ).

C6H5OH + Na → C6H5ONa + ½ H2 Επειδή η φαινόλη διαθέτει υδροξύλιο δίνει αιθέρες και εστέρες όπως η αιθανόλη . Σε αντίθεση µε την αιθανόλη , η φαινόλη δεν οξειδώνεται . Επειδή η φαινόλη διαθέτει βενζολικό δακτύλιο, δίνει εύκολα αντιδράσεις υποκατάστασης, όπως είναι η αλογόνωση, νίτρωση κ.α. Η φαινόλη αντιδρά µε τη µεθανάλη ( φορµαλδεΰδη ) και δίνει πολυµερή τρισδιάστατη ένωση , στην οποία πολλοί φαινολικοί δακτύλιοι συγκρατούνται µεταξύ τους µε οµάδες CH 2 - ( βακελίτης ).

Χρήσεις Η φαινόλη χρησιµοποιείται : α ) ως αντισηπτικό µε τη µορφή αραιών διαλυµάτων και παραγώγων της β) για την παρασκευή πικρικού οξέος ( ισχυρής εκρηκτικής ύλης ), ασπιρίνης , χρωστικών και αρωµατικών ουσιών , συνθετικών απορρυπαντικών κτλ . γ ) για την παρασκευή βακελίτη και ως πρώτη ύλη για την παρασκευή νάυλον .

232

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

∆ΙΑΦΟΡΕΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΦΑΙΝΟΛΗ

ΑΙΘΑΝΟΛΗ (CH3CH2OH) ΦΑΙΝΟΛΗ (C6H5OH) Φυσικές Ιδιότητες 1. Υγρό µε ευχάριστη οσµή.

1. Στερεό µε έντονη χαρακτηριστική οσµή.

2. ∆ιαλύεται στο νερό.

2. ∆ιαλύεται λίγο στο νερό.

3. Σε µικρά ποσά προκαλεί µέθη, ενώ σε 3. Είναι τοξική και διαβρωτική. µεγάλα ποσά έχει δηλητηριώδη δράση. Χηµικές Ιδιότητες 4. Είναι άκυκλη ένωση.

4. Είναι αρωµατική ένωση και δίνει χαρακτηριστικές αντιδράσεις υποκατάστασης.

5. Τα διααλύµατά της είναι ουδέτερα 5. Τα υδατικά διαλύµατά της είναι όξινα ο (pH=7, στους 27 C). (pH<7, στους 25 οC).

6. ∆εν αντιδρά µε ΝαΟΗ.

6. Αντιδρά µε ΝαΟΗ.

7. Οξειδώνεται προς αλδεΰδη.

7. Οξειδώνεται εύκολα και δίνει διάφορα προϊόντα.

8. Αφυδώνεται.

8. ∆εν αφυδατώνεται.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

233

∆ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ (ΑΛΚΟΟΛΕΣ – ΚΑΡΒΟΝΥΛΙΚΕΣ) ΘΕΜΑ 1º 1. Οι κορεσµένες µονοσθενείς αλκοόλες έχουν γενικό µοριακό τύπο α. CVH2V+2O β. CVH2VOH γ. CVH2V+2OH δ. CVH2VO (µονάδες 3)

2. H αιθανόλη είναι: α. υγρό µη πτητικό που διαλύεται δύσκολα στο νερό β. υγρό, που εύκολα διαλύεται στο νερό, µε δυσάρεστη οσµή γ. υγρό πολύ πτητικό που εύκολα διαλύεται στο νερό δ. αέριο που υγροποιείται εύκολα (µονάδες 3)

3. Το προϊόν προσθήκης Η2Ο σε αλκένιο: α. οξειδώνεται β. οξειδώνεται δίνοντας τελικά οξύ γ. οξειδώνεται δίνοντας τελικά κετόνη δ. δεν µπορούµε να ξέρουµε αν τελικά οξειδώνεται (µονάδες 3) 4. Εστεροποίηση ονοµάζεται η αντίδραση µεταξύ .................... και ..................... προς σχηµατισµό ....................... και ....................... . Η αντίστροφη αντίδραση της εστεροποίησης ονοµάζεται ..................... . (µονάδες 3) 5. Να παρασκευάσετε 2- πεντανόλη: α. από αλκένιο β. από καρβονυλική ένωση (µονάδες 4) 6. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α. Θέρµανση της 2-προπανόλης παρουσία H2SO4 στους 140ºC β. Επίδραση καλίου σε 2-βουτανόλη γ. Επίδραση µεθυλο προπανικού οξέος σε αιθανόλη δ. Θέρµανση της 2- βουτανόλης παρουσία H2SO4 στους 170ºC Να ονοµαστούν τα οργανικά προϊόντα σε κάθε µια από τις παραπάνω αντιδράσεις. (µονάδες 9)

234

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑ 2º 1. Να εξηγήσετε αν οι παρακάτω προτάσεις είναι σωστές ή λανθασµένες. α. Στο µοριακό τύπο C4H9OH αντιστοιχούν 3 ισοµερείς αλκοόλες. β. Κάθε κορεσµένη µονοσθενή αλκοόλη µπορεί να παρασκευαστεί µε προσθήκη H2 σε αλκένιο. γ. Η ένωση µε µοριακό τύπο C3H6O αντιδρά µε αµµωνιακό διάλυµα νιτρικού αργύρου. δ. Οι καρβονυλικές ενώσεις πολυµερίζονται. ε. Η απλούστερη κετόνη είναι η αιθανόλη. (µονάδες 10) 2. Να συµπληρώσετε τις παρακάτω χηµικές αντιδράσεις: +HCN + [O ] α. CH3OH  → ……………… → …………..   ....... β. …………….+ H2  → CH3CH2CH2OH ..........

γ………………   → CH3CHCH2OCH2CHCH3 + ………….. …….. | | CH3 CH3

(µονάδες 6)

3. Να αντιστοιχίσετε τη στήλη Ι µε τα οργανικά προϊόντα της στήλης ΙΙ. Ι

ΙΙ OH |

CH3CH2CCH3 + H2 || O

CH3CHCHCH3 | CH3

CH3CHCH=O + H2 | CH3

CH3CH2CHCH3 | OH

CH3CH2OH + CH3COOH

CH3CH2CH2CH2OH

CH3CH2CH = CH2 + H2

CH3COOCH2CH3

CH3CH2CH2CH = O

OH | CH3CHCHCN | CH3

+H2

(µονάδες 5)

3. Οργανική ένωση Α µε µοριακό τύπο C4H10O αντιδρά µε νάτριο και ελευθερώνεται Η2, δεν αλλάζει όµως το χρώµα όξινου διαλύµατος K2Cr2O7. Ποιoς είναι ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α; (µονάδες 4) ΘΕΜΑ 3º 12 g κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης Α αφυδατώνονται σε κατάλληλες συνθήκες και δίνουν 8,4 g οργανικής ένωσης Β. Η ένωση Β αποχρωµατίζει 400 mL διαλύµατος Br2 και CCl4.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

235

α) Ποιοι είναι οι µοριακοί τύποι των ενώσεων Α και Β β) Αν η αλκοόλη Α οξειδώνεται σε ένα και µοναδικό προϊόν ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της Α; γ) Ποια είναι η % w/v περιεκτικότητα του διαλύµατος Br2 ; δ) Ποιος όγκος αέρα (20% v/v σε Ο2), σε πρότυπες συνθήκες, απαιτείται για την καύση της µισής ποσότητας της ένωσης Β που παρασκευάστηκε; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16, Αrβr= 80. (µονάδες 25) ΘΕΜΑ 4º Ισοµοριακό µίγµα δύο ισοµερών µονοσθενών αλκοολών Α και Β έχει µάζα 14,8 g και όγκο 4,48 L µετρηµένο σε πρότυπες συνθήκες. α) Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β αν γνωρίζουµε ότι Α είναι πρωτοταγής µε ευθύγραµµη αλυσίδα και η ένωση Β είναι τριτοταγής. β) Το µίγµα χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη. Το πρώτο µέρος αφυδατώνεται όποτε σχηµατίζονται δύο οξυγονούχα οργανικά προϊόντα Γ και ∆. Ποια είναι η µάζα καθενός από τα δύο προϊόντα; γ) Το δεύτερο µέρος οξειδώνεται πλήρως. Ποιος όγκος διαλύµατος ΚΟΗ 0,5Μ χρειάζεται για την εξουδετέρωση του προϊόντος της οξείδωσης; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16. (µονάδες 25)

(∆ιάρκεια 3 ώρες) ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ

236

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ∆ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΘΕΜΑ 1º 1. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων. α. Επίδραση νατρίου σε αιθερικό διάλυµα 2-χλωροπανίου. β. Πύρωση µεθανικού νατρίου µε ΝαΟΗ. γ. Πολυµερισµός προπενίου δ. Προσθήκη νερού σε 1-βουτίνιοσε κατάλληλες συνθήκες. ε. Θέρµανση αιθανόλης παρουσία H2SO4 στους 140ºC στ. Οξείδωση της 2-προπανόλης µε όξινο διάλυµα KMnO4. (µονάδες 6)

2. Πώς µπορούµε να διακρίνουµε: α. 2-πεντένιο από πεντάνιο β. 1-πεντίνιο από 2-πεντίνιο γ. βουτανόλη από βουτανόνη δ. 1- βουτανόλη από µεθυλο -2-βουτανόλη (µονάδες 8) 3. Να αντιστοιχίσετε αµφιµονοσήµαντα, τα καύσιµα της στήλης Ι µε τα δεδοµένα που περιέχονται στη στήλη ΙΙ. Ι ΙΙ Βενζίνη στερεό καύσιµο Φυσικό αέριο αλκάνιο µε 5 έως 9 άτοµα άνθρακα Νάφθα αλκάνια µε 7 έως 9 άτοµα άνθρακα Γαιάνθρακας µείγµα υδρογονανθράκων µε κύριο συστατικό το µεθάνιο. (µονάδες 4) 3. Τα καυσαέρια των αυτοκινήτων αποτελούνται κυρίως από .................., .................., ....................., ...................., ............................, .......................... ......................, ......................... ........... ...................... . Στα καυσαέρια περιέχονται επίσης µικρές ποσότητες ........................ . Το διοξείδιο του ................... προκαλεί το φαινόµενό του .................. . Το ................. του άνθρακα δεσµεύει την ............................του αίµατος. Τα οξείδια του ....................... προκαλούν το ........................ .............., σχηµατισµό ............... και .....................βροχή. (µονάδες 7)

ΘΕΜΑ 2º 1. Να εξηγήσετε αν οι παρακάτω προτάσεις είναι σωστές ή λανθασµένες α. ∆ύο ενώσεις της ίδιας οµόλογης σειράς είναι οπωσδήποτε ισοµερείς. β. Υπάρχουν 4 κετόνες που έχουν 5 άτοµα C. γ. Στον καταλυτικό µετατροπέα το ΝΟ και το ΝΟ2 ανάγονται σε Ν2. δ. Τα µέταλλα που χρησιµοποιούνται στους καταλυτικούς µετατροπείς είναι Cu και Ρt. ε. Το βουτάνιο παρασκευάζεται µε επίδραση νατρίου σε κατάλληλο αλκυλαλογονίδιο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

237

στ. Το βινυλοχλωρίδιο παρασκευάζεται µε πρώτη ύλη το βενζόλιο. ζ. Η προσθήκη Η2Ο στο 1- βουτένιο παράγει αποκλειστικά τη 2-βουτανόλη. n. Τα αλκίνια και οι αλκοόλες αντιδρούν µε νάτριο. θ. Το βενζόλιο αποχρωµατίζει διάλυµα Br2 σε CCl4. ι. Οι αλδεΰδες οξειδώνονται ενώ οι ισοµερείς τους κετόνες όχι.

(µονάδες 10)

2. Να αντιστοιχίσετε αµφιµονοσήµαντα την κάθε ένωση της στήλης Ι µε ένα µόνο προϊόν που µπορεί να δώσει και βρίσκεται στη στήλη ΙΙ. (Ι) CH3CH2Cl CH3CH2CHCH3 | I CH3CH2C ≡ CH

(ΙΙ) CH3CH2COOCH2CH3 CH3CH2OCH2CH3 OH | CH3CHCN CH3CH2CH2CH3

CH3CHCH3 | OH CH3CH2COOH

CH3CH = C-CH3 | CH3

CH3CCH3 || O Cl | CH3C – CH3 | Cl OH | CH3CH – C – CH3 | CH3

CH3CH2OH

CH3CH3

CH3C ≡ CH || O CH3CH = O

CH3CH2CCH3

(µονάδες 9) 3. Χρησιµοποιώντας τα κατάλληλα αντιδραστήρια να γίνουν οι παρακάτω µετατροπές: α. από αιθένιο σε βουτάνιο β. από 1-βουτίνιο σε 2-βουτανόλη γ. από αιθένιο σε µεθάνιο (µονάδες 6)

238

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑ 3º Ένα κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ Α περιέχει 40% w/w C και µια κορεσµένη 40% w/w C και µια κορεσµένη µονοσθενή αλκοόλη Β περιέχει 60% w/w C. Oι δύο ενώσεις αντιδρούν µεταξύ τους και σχηµατίζουν οργανικό προϊόν Γ. α. Ποιοι είναι οι µοριακοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ; β. Αν η ένωση Β µε πλήρη οξείδωση µετατρέπεται σε οργανική ένωση ∆ που αντιδρά µε ΝaΟΗ, ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ; γ. Να γραφούν και να ονοµαστούν όλα τα συντακτικά ισοµερή της ένωσης Γ. δ. 0,5 mol κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλη Ε, ισοµερής της Β, αφυδατώνονται κατά 20% σε ακόρεστο προϊόν Ζ και το υπόλοιπο σε οξυγονούχο προϊόν Θ. i. Ποιος όγκος διαλύµατος Br2 σε CCl4 16% w/v αποχρωµατίζεται απ’ την ποσότητα του Ζ που σχηµατίστηκε. ii. Ποια είναι η µάζα της οργανικής ένωσης Θ; Όλες οι αντιδράσεις είναι πλήρεις. ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16, Αrβr= 80. (µονάδες 25) ΘΕΜΑ 4º 38,4 g ανθρακασβεστίου υδρολύονται πλήρως, οπότε παράγεται οργανική, οπότε παράγεται οργανική ένωση Α. Η συνολική ποσότητα της ένωσης Α χωρίζεται σε τρία ίσα µέρη. Το πρώτο µέρος της ένωσης Α αντιδρά µε περίσσεια Να και σχηµατίζεται οργανική ένωση Β και αέριο Γ. Το δεύτερο µέρος διοχετεύεται σε διάλυµα που περιέχει H2SO4 και HgSO4 οπότε σχηµατίζεται ένωση ∆ η οποία οξειδώνεται σε ένωση Ε. Το τρίτο µέρος αντιδρά µε τη συνολική ποσότητα του αερίου Γ και το προϊόν Ζ αντιδρά µε νερό σε κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει η ένωση Η. Η ένωση Ε αντιδρά ποσοτικά µε την ένωση Η, οπότε προκύπτει η ένωση Θ. α. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε, Ζ, Η και Θ; β. Ποιος είναι ο όγκος του αερίου Γ σε πρότυπες συνθήκες; δ. Ποια είναι η µάζα της ένωσης Θ; ∆ίνονται: ΑrC = 12, ArH = 1, ArO = 16, (µονάδες 25)

(∆ιάρκεια 3 ώρες) ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

239

3.5. ΟΞΕΙ∆ΩΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Οι αντιδράσεις οξείδωσης των οργανικών ενώσεων που αναφέρθηκαν είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Στις αντιδράσεις αυτές ισχύουν: Ως αναγωγικό (η ουσία που οξειδώνεται) συµπεριφέρονται οι αλκοόλες (1ο ή 2ο) και οι αλδεΰδες. Ως οξειδωτικό (η ουσία που ανάγεται) συµπεριφέρεται το όξινο διάλυµα KMnO4, το όξινο K2Cr2O7 και τα ήπια οξειδωτικά µέσα (αντιδραστήρια Tollens και Fehling). Όταν οξειδώνεται µια οργανική ένωση, µεταβάλλεται ο αριθµός οξείδωσης του ατόµου C της χαρακτηριστικής οµάδας. Για παράδειγµα έχουµε: −1

+1

+3

[ ] [ ] R − C H 2OH  → R − C H = O  → R − C OOH Ο

Ο

Ο υπολογισµός της συνολικής µεταβολής του αριθµού οξείδωσης (Α.Ο.) που αντιστοιχεί στο µόριο µιας οργανικής ένωσης µπορεί να γίνει εύκολα συγκρίνοντας τον αριθµό των ατόµων υδρογόνου και οξυγόνου στο µόριο της οργανικής ένωσης και στο προϊόν της οξείδωσής της. Ισχύει ο εξής πρακτικός κανόνας: Πρόσληψη ενός ατόµου οξυγόνου από το µόριο της οργανικής ένωσης αντιστοιχεί σε αύξηση του Α.Ο. κατά 2. Αποβολή ενός ατόµου υδρογόνου από το µόριο της οργανικής ένωσης αντιστοιχεί σε αύξηση του Α.Ο. κατά 1. Για τη µεταβολή του Α.Ο. στα µόρια των οργανικών ενώσεων που µας ενδιαφέρουν ισχύουν: α) Οξείδωση πρωτοταγών αλκοολών και αλδεϋδών.

RCH 2OH → R CH = O → RCOOH Από αλκοόλη σε αλδεΰδη µεταβολή του Α.Ο κατά 2. Από αλδεΰδη σε οξύ µεταβολή του Α.Ο. κατά 2. Από αλκοόλη σε οξύ µεταβολή του Α.Ο. κατά 4. β) Οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών.

R1 − C H − R2 → R1 − C − R2 | || OH O Από αλκοόλη σε κετόνη µεταβολή του Α.Ο. κατά 2. Για τη µεταβολή του Α.Ο. στα ισχυρά οξειδωτικά KMnO4 και K2Cr2O7 ισχύουν: +7

+2

H 2 SO4 K M nO4  → M nSO4 + K 2 SO4 . Μεταβολή του Α.Ο. κατά 5. +6

+3

H 2 SO4 K 2 C r2O7  → C r2 ( SO4 )3 + K 2 SO4 . Μεταβολή του Α.Ο. κατά 3.

240

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Ο προσδιορισµός των συντελεστών της χηµικής εξίσωσης σε µια αντίδραση οξειδοαναγωγής στηρίζεται στην εξής αρχή:

Η συνολική µεταβολή του αριθµού οξείδωσης του αναγωγικού είναι ίση µε τη συνολική µεταβολή του αριθµού οξείδωσης του οξειδωτικού. Παραδείγµατα





|   OH

 

α) Οξείδωση δευτεροταγούς αλκοόλης  R C HR ' 

Οι δευτεροταγές αλκοόλες οξειδώνονται τόσο από το KMnO4 όσο και από το K2Cr2O7 προς κετόνες.

+7

+2

1. 5 R C HR '+ 2 K M nO4 + 3H 2 SO4 → 5 R C R '+ 2 M n SO4 + K 2 SO4 + 8 H 2O |

||

OH

O

Η µεταβολή του αριθµού οξείδωσης του Mn (5) καθορίζει τον αριθµό των µορίων της αλκοόλης. Αντίστοιχα, η µεταβολή του αριθµού οξείδωσης της αλκοόλης (2) καθορίζει τον αριθµό των ατόµων του Mn.

+6

+3

2. 3R C HR '+ K 2 C r2O7 + 4 H 2 SO4 → 3R C R '+ C r2 ( SO4 )3 + K 2 SO4 + 7 H 2O | OH

|| O

Η µεταβολή του αριθµού οξείδωσης του Cr(3) καθορίζει τον αριθµό µορίων της αλκοόλης. Αντίστοιχα, η µεταβολή του αριθµού οξείδωσης της αλκοόλης (2) καθορίζει τον αριθµό των ατόµων Cr. β) Οξείδωση πρωτοταγούς αλκοόλης (RCH2OH). Οι πρωταταγείς αλκοόλες οξειδώνονται µε KMnO4 ή µε K2Cr2O7 ανάλογα µε τις συνθήκες σε αλδεΰδες (RCH=O) ή καρβοξυλικά οξέα (RCOOH).

+7

+2

1. 5 RCH 2OH + 2 K M nO4 + 3H 2 SO4 → 5 R CH = O + 2 M nSO4 + K 2 SO4 + 8 H 2O +7

+2

2. 5 RCH 2OH + 4 K M nO4 + 6 H 2 SO4 → 5 R COOH + 4 M nSO4 + 2 K 2 SO4 + 11H 2O +6

+3

3. 3RCH 2OH + K 2 C r2O7 + 4 H 2 SO4 → 3R CH = O + 3 C r2 ( SO4 )3 + K 2 SO4 + 7 H 2O

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

241

+6

+3

4. 3RCH 2OH + 2 K 2 C r2O7 + 8 H 2 SO4 → 3R COOH + 2 C r2 ( SO4 )3 + 2 K 2 SO4 + 11H 2O γ) Οξείδωση αλδεΰδης (RCH=O). Οι αλδεΰδες οξειδώνονται µε τα ισχυρά οξειδωτικά KMnO4 και K2Cr2O7 σε καρβοξυλικά οξέα.

5 RCH = O + 2 KMnO4 + 3H 2 SO4 → 5 RCOOH + 2 MnSO4 + K 2 SO4 + 3H 2O 3RCH = O + K 2Cr2O7 + 4 H 2 SO4 → 3RCOOH + Cr2 ( SO4 )3 + K 2 SO4 + 4 H 2O •

Οξείδωση αλδεϋδών µε ήπια οδειδωτικά µέσα.

Οι αλδεϋδες οξειδώνονται εύκολα µε τα ήπια οξειδωτικά µέσα (αντιδραστήριο Fehling, αντιδραστήριο Tollens) και σχηµατίζουν καρβοξυλικά οξέα. Οι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγµατοποιούνται είναι:

1. RCH=O+αντιδραστήριο Fehling Οι αλδεΰδες οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Fehling προς οξέα (RCOOH). Επειδή όµως το περιβάλλον είναι αλκαλικό (NaOH), το οξύ που σχηµατίζεται από την οξείδωση της αλδεΰδης βρίσκεται µε τη µορφή άλατος (RCOONa).

+2

+1

RCH = O + 2 C uSO4 + 5 NaOH → R COONa + C u O ↓ +2 Na2 SO4 + 3H 2O

2. RCH=Ο+αντιδραστήριο Tollens Επειδή το περιβάλλον είναι αλκαλικό λόγω της ΝΗ3, το οξύ που προκύπτει από την οξείδωση βρίσκεται µε τη µορφή του αµµωνιακού άλατος (RCOONH4). +1

0

RCH = O + 2 A gNO3 + 3NH 3 + H 2O → RC OONH 4 + 2 A g ↓ +2 NH 4 NO3

242

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3.6 ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ Υ∆ΡΟΞΥΛΙΟΥ ΤΩΝ ΑΛΚΟΟΛΩΝ Οι αλκοόλες (ROH) δίνουν αντιδράσεις υποκατάστασης στις οποίες γίνεται υποκατάσταση του υδροξιλίου (-ΟΗ) από αλογόνο (-Χ). Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι η αντίδραση των αλκοολών µε θειονυλοχλωρίδιο (SOCl2), οπότε σχηµατίζονται αλκυλοχλωρίδια (RCl). θερµανση ROH + SOCl2  → RCl + SO2 ↑ + HCl ↑

Τα δευτερεύοντα προϊόντα SO2 και HCl είναι αέρια και αποµακρύνονται από το σύστηµα, οπότε το αλκυλοχλωρίδιο που προκύπτει αποµονώνεται σε καθαρή µορφή. Ακόµη, σύµφωνα µε την αρχή Le Chatelier, η θέση της ισορροπίας µετατοπίζεται προς τα δεξιά, οπότε αυξάνεται και η απόδοση της αντίδρασης.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

243

3.7 ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΤΗΡΙΑ GRIGNARD α) Τα αντιδραστήρια Grignard ή οργανοµαγνησιακές ενώσεις παρασκευάζονται µε επίδραση Mg σε αλκυλαλογονίδια (RX) παρουσία διαλύτη άνυδρου (απόλυτου) αιθέρα. απολυτος RX + Mg  → RMgX αιθερας

Ο αιθέρας πρέπει να είναι άνυδρος γιατί τα αντιδραστήρια Grignard αντιδρούν µε το νερό και σχηµατίζουν αλκάνια (RH).

RMgX + H − OH → RH

+ Mg (OH ) X βασικο αλογονουχο µαγνησιο

Τα αντιδραστήρια Grignard ονοµάζονται αλκυλοµαγνησιοαλογονίδια. Για παράδειγµα, το CH3CH2MgCl ονοµάζεται αιθυλοµαγνησιοχλωρίδιο. β) Στα αντιδραστήρια Grignard ο δεσµός άνθρακα – µαγνησίου είναι ισχυρά πολωµένος, η δ−

δ+

πολικότητα είναι R − M gX . Τα αντιδραστήρια Grignard δίνουν αντιδράσεις προσθήκης σε καρβονυλικές ενώσεις, σύµφωνα µε το γενικό σχήµα: δ+

δ−

δ−

δ+

|

|

+ H −OH > C = O + R − M gX → − C − OMgX  → − C − OH + Mg (OH ) X |

|

R

R

Ανάλογα µε το είδος της καρβονυλικής ένωσης σχηµατίζονται αλκοόλες πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς. Με φορµαλδεΰδη (CH2=O) σχηµατίζονται πρωτοταγείς αλκοόλες. +Η 2 Ο R − MgX + CH 2 = O → R − CH 2OMgX  → RCH 2OH + Mg (OH ) X

Με τις υπόλοιπες αλδεΰδες σχηµατίζονται δευτεροταγείς αλκοόλες. +Η 2 Ο R − MgX + R1CH = O → R1 C HOMgX  → R1 C HOH + Mg (OH ) X |

|

R

R

Με κετόνες σχηµατίζονται τριτοταγείς αλκοόλες.

R |

R +Η 2 Ο

|

R − MgX + R1 C R2 → R1 − C − R2  → R1 − C − R2 + Mg (OH ) X || O

|

|

OMgX

OH

Στις αντιδράσεις αυτές αυξάνεται η ανθρακική αλυσίδα (ανοικοδόµηση).

244

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΚΕ ΦΑΛ ΑΙ Ο 4 ο Καρβοξυλικά οξέα Καρβοξυλικά οξέα ονοµάζονται οι οργανικές ενώσεις , που περιέχουν στο µόριό τους την οµάδα του καρβοξυλίου .

Ταξινόµηση των καρβοξυλικών οξέων Τα καρβοξυλικά οξέα ταξινοµούνται :

1. Ανάλογα µε τον αριθµό των καρβοξυλίων (-C ΟΟΗ), που περιέχουν στο µόριό τους , σε µονοκαρβοξυλικά και πολυκαρβοξυλικά .

2. Σε αλειφατικά ( άκυκλα ) και αρωµατικά ανάλογα αν διαθέτουν βενζολικό δακτύλιο όπως το βενζοϊκό οξύ

3. Σε κορεσµένα CH3CH2COOH ή ακόρεστα CH 2 =CHCOOH Παράγωγα των καρβοξυλικών οξέων Ανάλογα µε το είδος της χαρακτηριστικής οµάδας που περιέχουν στο µόριό τους ( εκτός του καρβοξυλίου ), διακρίνονται σε υδροξυοξέα (περιέχουν και -ΟΗ), αλογονοξέα ( περιέχουν και αλογόνο - Χ ), αµινοξέα ( περιέχουν και - ΝΗ 2 ), κ . α .

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

245

246

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4.1. Κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα- Αιθανικό οξύ CH3COOH Κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα ονοµάζονται τα οξέα που προκύπτουν , θεωρητικά , από τα αλκάνια µε αντικατάσταση ενός ατόµου Η µε καρβοξύλιο (-COOH). Έχουν γενικό τύπο Cν Η2ν +1 COOH ή RCOOH. Τα πιο χαρακτηριστικά µέλη της οµόλογης σειράς είναι τα εξής :

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

247

Το αιθανικό ή οξικό οξύ είναι το πιο σηµαντικό από τα καρβοξυλικά οξέα. Το ξίδι (όξος), που χρησιµοποιούµε στο σπίτι για συντήρηση και αρωµατισµό των τροφών, είναι αραιό υδατικό διάλυµα οξικού οξέος.

Παρασκευές του αιθανικού οξέος Στο εργαστήριο

1. Με πλήρη οξείδωση της αιθανόλης ή της αιθανάλης.

CH3CH2OH

CH3CH=O

CH3COOH

2. Με υδρόλυση του CH3C≡ N παρουσία οξέος ή βάσης.

CH3C≡ N + 2 Η2Ο

Η2SO4, θερµ ή NaOH

CH3COOH + NH4+

Στη βιοµηχανία

1. Με οξική ζύµωση, κατά την οποία παράγονται αραιά υδατικά διαλύµατα του οξέος, περιεκτικότητας 5-10%. Οξική ζύµωση ονοµάζεται η οξείδωση της αιθανόλης των αλκοολούχων διαλυµάτων (π.χ. κρασιών χαµηλής ποιότητας) σε οξικό οξύ. Η οξείδωση γίνεται από το οξυγόνο του αέρα µε τη βοήθεια ειδικού ενζύµου, που εκκρίνεται από ορισµένους µύκητες.

CH3CH2OH +O2 αιθανόλη

CH3COOH +H2O αιθανικό ή οξικό οξύ

2. Με οξείδωση των αλκανίων, που προέρχονται από πετρέλαιο. Βουτάνιο (ή νάφθα) οξειδώνονται από το οξυγόνο του αέρα παρουσία καταλυτών. Εκτός από το οξικό οξύ, που είναι το κύριο προϊόν, σχηµατίζονται και διάφορα άλλα παραπροϊόντα

C4H10 + O2 βουτάνιο

CH3COOH + παραπροϊόντα αιθανικό οξύ

3. Με καταλυτική οξείδωση της αιθανάλης CH3CHO + 1/2Ο2 → CH3COOH

4. Από µεθανόλη µε επίδραση CO παρουσία καταλυτών.

5. Από τα φυτικά ή ζωικά λίπη παίρνουµε µε κατάλληλη κατεργασία οξέα που διαθέτουν πολλά άτοµα άνθρακα (ανώτερα µέλη)

248

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Φυσικές ιδιότητες του αιθανικού οξέος και γενικά των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων Το οξικό οξύ και τα κατώτερα µέλη της σειράς (µεθανικό, προπανικό) είναι υγρά, ευδιάλυτα στο νερό, µε διαπεραστική οσµή (ξιδιού). Το καθαρό έχει σηµείο τήξεως 17ο C, στερεοποιείται σχηµατίζοντας κρυστάλλους, που µοιάζουν µε πάγο και είναι γνωστό ως παγόµορφο (ή Glacial) οξικό οξύ. Τα µεσαία µέλη( 4-8 άτοµα άνθρακα) είναι υγρά, λίγο διαλυτά στο νερό, µε δυσάρεστη οσµή και τα ανώτερα µέλη είναι στερεά, αδιάλυτα στο νερό και άοσµα.

Χηµικές ιδιότητες του αιθανικού οξέος και γενικά των κορεσµένων µονοκαρβοξυλικών οξέων 1. Όξινος χαρακτήρας Το οξικό οξύ και γενικά τα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα είναι ασθενείς ηλεκτρολύτες. Τα υδατικά τους διαλύµατα ιοντίζονται σε µικρό βαθµό δίνοντας κατιόν υδρογόνο (Η+). Άρα, εµφανίζουν όξινο χαρακτήρα (ιδιότητες των οξέων που οφείλονται στο Η+): α)Έχουν γεύση όξινη και αλλάζουν το χρώµα των δεικτών β)Αντιδρούν µε βάσεις ή βασικά οξείδια και δίνουν άλατα και νερό (εξουδετέρωση) Γενικά RCOOH +NaOH → RCOONa +H2O

CH3COOH +NaOH → CH3COONa +H2O 2CH3COOH +CaO → (CH3COO)2Ca +H2O γ)Αντιδρούν µε µέταλλα δραστικότερα του υδρογόνου και δίνουν άλατα και υδρογόνο (Η2). Γενικά 2RCOOH +Zn → (RCOO)2Zn +H2

2CH3COOH +Zn → (CH3COO)2Zn +H2 δ)∆ιασπούν τα ανθρακικά άλατα και δίνουν CO2

2CH3COOH +Na2CO3 →2CH3COONa + CO2↑ + H2O CH3COOH +NaHCO3 → CH3COONa +CO2↑ + H2O Τα οξέα αντιδρούν µε ανθρακικά άλατα (π.χ. Νa2CΟ3, ΝaΗCΟ3) και εκλύουν αέριο C02, ενώ οι εστέρες και οι υπόλοιπες οργανικές ενώσεις όχι. έτσι διακρίνουµε τα οξέα από τις υπόλο ε)Τα διαλύµατά του ηλεκτρολύονται και δίνουν στην κάθοδο (-) αέριο Η2

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

249

2. Εστεροποίηση Αντιδρούν µε τις αλκοόλες (π.χ. αιθανόλη) και δίνουν εστέρα και νερό.

RCO OH +H OR΄

RCOOR΄ + H2O

CH3COOH + HOCH2CH3 αιθανικό οξύ αιθανόλη

CH3COOCH2CH3 + H2O αιθανικός αιθυλεστέρας

Ο παραπάνω εστέρας είναι υγρό, άχρωµο, µε ευχάριστη οσµή φρούτων, αδιάλυτο στο νερό.

Χρήσεις Το οξικό οξύ χρησιµοποιείται ως συντηρητικό τροφίµων, ως διαλύτης και για την παρασκευή χρωµάτων, φαρµάκων (ασπιρίνη), αρωµάτων, οξικής κυτταρίνης κτλ. Η οξική κυτταρίνη χρησιµοποιείται για την παρασκευή τεχνητής υφαντικής ίνας, καθώς και για την παρασκευή κινηµατογραφικών και φωτογραφικών φιλµ.

250

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4.2 ΓΑΛΑΚΤΙΚΟ ή 2-Υ∆ΡΟΞΥ-ΠΡΟΠΑΝΙΚΟ ΟΞΥ

Το σηµαντικότερο υδροξυοξύ είναι το γαλακτικό οξύ που βρίσκεται στο ξινισµένο γάλα και στους µυϊκούς ιστούς των ζώων και του ανθρώπου. Είναι επίσης το κοινό όξινο συστατικό των προϊόντων ζύµωσης του γάλακτος, δηλαδή του τυριού, του γιαουρτιού και του βουτύρου.

Παρασκευές 1. Παρασκευάζεται µε γαλακτική ζύµωση διαφόρων σακχάρων (π.χ. της γλυκόζης) από ειδικούς µικρο-οργανισµούς, οι οποίοι παράγουν το ένζυµο λακτάση.

2. Συνθετικά παρασκευάζεται από την αιθανάλη µε επίδραση HCN και υδρόλυση του υδροξυ-νιτριλίου που σχηµατίζεται (κυανιδρινική σύνθεση) CH3 C = O + H+ CN- → CH3CHCN NH3 | | OH OH οξύ

H+ ή OΗ-

2 υδροξυπροπανονιτρίλιο

CH3-CH-COOH + | OH

2 υδροξυπροπανικό

Φυσικές ιδιότητες Το γαλακτικό οξύ, αν και σε καθαρή κατάσταση είναι κρυσταλλικό, επειδή απορροφά νερό από την ατµόσφαιρα εµφανίζεται ως υγρό σιροπώδες. Είναι άχρωµο, διαλυτό στο νερό και στην αλκοόλη. Χηµικές ιδιότητες Είναι συνδυασµός των ιδιοτήτων οξέος, λόγω του καρβοξυλίου (-COOH), και αλκοόλης, λόγω του υδροξυλίου (-OH) που περιέχει στο µόριό του. Ιδιότητες αλκοόλης 1. Το δευτεροταγές υδροξύλιό του µπορεί να οξειδωθεί.

2. Εστεροποίηση

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

251

Αντιδρά µε οξέα και δίνει εστέρες και νερό.

CH3-CH-COOH + RCOOH | OH

CH3-CH-COOH + H2O | OCOR

Ιδιότητες οξέος 1. Εξουδετέρωση CH3-CH-COOH + ΝαOH | OH

CH3-CH-COOΝα + H2O | OΗ

2. Αντιδρά µε τις αλκοόλες (π.χ. αιθανόλη) και δίνει εστέρα και νερό.

CH3-CH-COOH + HOCH2CH3 | OH

CH3-CH-COO CH2CH3 + H2O | OΗ γαλακτικός αιθυλεστέρας

Χρήσεις Χρησιµοποιείται ως συντηρητικό τροφίµων, στη βαφική, στη βυρσοδεψία και στη θεραπευτική ως φάρµακο για τις εντερικές λοιµώξεις. Στη γαλακτική ζύµωση του σακχάρου που περιέχεται στο γάλα στηρίζεται και η παρασκευή του γιαουρτιού. Τα γαλακτικά ένζυµα που περιέχονται στο γιαούρτι χρησιµοποιούνται για την αποκατάσταση της εντερικής χλωρίδας κατά τη θεραπεία µε αντιβιοτικά. Γι’ αυτό οι γιατροί συνιστούν όταν παίρνουµε αντιβιοτικά, να συµπληρώνουµε το ηµερήσιο διαιτολόγιό µας µε ένα γιαούρτι.

252

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4.3 ΒΕΝΖΟΪΚΟ ΟΞΥ Το βενζοϊκό οξύ είναι το απλούστερο αρωµατικό οξύ και προκύπτει , θεωρητικά , από το βενζόλιο µε αντικατάσταση ενός ατόµου υδρογόνου (Η ) µε καρβοξύλιο (-COOH). Άρα έχει τον τύπο: COOH ή C6H5COOH ή PhCOOH γιατί η ρίζα C6H5 ονοµάζεται φαινύλιο και συµβολίζεται Ph.

Βιοµηχανική παρασκευή Το βενζοϊκό οξύ παράγεται βιοµηχανικά µε καταλυτική οξείδωση τολουολίου ( CH3 ) από οξυγόνο:

CH3 +3/2Ο2 →

COOH + H2O

Φυσικές ιδιότητες Το βενζοϊκό οξύ οξικό οξύ είναι στερεό, ευδιάλυτο σε οργανικούς διαλύτες. Χηµικές ιδιότητες 1. Αντιδράσεις πλευρικής οµάδας ∆ίνει αντιδράσεις οξέος γιατί διαθέτει καρβοξύλιο a. Έχει όξινο χαρακτήρα C6H5COOH +NaHCO3 → C6H5COONa +CO2↑ + H2O 2 C6H5COOH +Zn → (C6H5COO)2Zn + H2 C6H5COOH +NaOH → C6H5COONa +H2O b. Εστεροποίηση προς βενζοϊκό αλκυλεστέρα: C6H5COOH +HOR΄

C6H5 COOR΄ + H2O

2. Αντιδράσεις αρωµατικού δακτυλίου. Ο βενζολικός δακτύλιος δίνει εύκολα αντιδράσεις υποκατάστασης (αντικατάστασης) του υδρογόνου (νίτρωση, σουλφούρωση, αλογόνωση, ακυλίωση και αλκυλίωση) Εφαρµογές Αυτό το µέτρια ασθενές οξύ και τα άλατά του (κυρίως το βενζοϊκό νάτριο) χρησιµοποιούνται κυρίως ως συντηρητικά τροφίµων (Ε210-Ε213). Επιπλέον αποτελεί µια σηµαντική ενδιάµεση ένωση για τη σύνθεση και την παραγωγή πολλών άλλων οργανικών ενώσεων, που χρησιµεύουν ως αρωµατικά πρόσθετα τροφίµων, φάρµακα κ.ά..

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

253

ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Παραδείγµατα 1. Η κορεσµένη ένωση Α έχει µοριακό τύπο C4Η802 και µε επίδραση ΝaΗCΟ3 δεν ελευθερώνει αέριο. Ποσότητα της ένωσης Α υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον οπότε σχηµατίζονται σι ενώσεις Β και Γ. Με πλήρη οξείδωση της ένωσης Β προκύπτει η ένωση Γ. Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων A, Β και Γ. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Ο µοριακός τύπος της ένωσης Α αντιστοιχεί σε γενικό τύπο CνΗ2νΟ2, ο οποίος περιγράφει τα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα και τους αντίστοιχους εστέρες. Αφού η ένωση Α δεν αντιδρά µε ΝaΗCO3 συµπεραίνουµε ότι είναι εστέρας. ‘Εστω CκΗ2κ+1CΟΟCµΗ2µ+1 ο µοριακός τύπος του εστέρα Α, µε k≥O και µ˃ 1. Ισχύει:

k+µ+1=5 ⇒k+µ=4 (1) CκΗ2κ+1CΟΟCµΗ2µ+1 + Η2Ο

CκΗ2κ+1CΟΟΗ + CµΗ2µ+1 ΟΗ (Β) (Γ) Αφού η ένωση Β οξειδώνεται προς την ένωση Γ συµπεραίνουµε ότι η ένωση Β είναι η αλκοόλη. Κατά την αντίδραση οξείδωσης της αλκοόλης προκύπτει οργανικό προϊόν (Γ) µε τον ίδιο αριθµό ατόµων C. CµΗ2µ+1 ΟΗ + 2|Ο| → CµΗ2µΟ2 + Η2Ο (Β) (Γ) Για το σώµα Γ ισχύει: µ = k + 1 (2) Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει: k=1 και µ=2. Άρα οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων A, Β και Γ είναι: A: CΗ3CΟΟCΗ2CΗ3 αιθανικός αιθυλεστέρας B: CΗ3CΗ2ΟΗ αιθανόλη CΗ3CΟΟΗ αιθανικό οξύ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Σε ποιες κατηγορίες είναι δυνατό να διακρίνουµε τα οργανικά οξέα; 2. Πώς θεωρείται ότι προκύπτουν τα µόρια των µονοκαρβοξυλικών οξέων; Από ποιον γενικό τύπο περιγράφονται; 3. Ποιό είναι το σηµαντικότερο µέλος της οµόλογης σειράς των µονοκαρβοξυλικών οξέων; 4. Πώς θα µπορούσε να παρασκευασθεί το οξικό οξύ από a. CH3C≡ N b. CH3CH2OH

254

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

5. Να αναφέρεται επιγραµµατικά τις κυριότερες χηµικές ιδιότητες που οφείλονται στον όξινο χαρακτήρα των µονοκαρβοξυλικών οξέων; 6. Τι είναι η εστεροποίηση των οξέων; 7. Πού βρίσκεται και πώς παρασκευάζεται το γαλακτικό οξύ; 8. Τι είναι η λακτάση; 9. Ποιες είναι οι κυριότερες ˃υσικές και χηµικές ιδιότητες του γαλακτικού, του τρυγικού και του κιτρικού οξέος; Ποιες είναι οι πιο σηµαντικές ε˃αρµογές τους; 10. Συµπληρώστε τις αντιδράσεις: a. CH3CN + H2O ──> b. CH3COOH + . . . . . . . → CH3COOCH2CHCH3 + H2O | CH3 11. Να γραφούν σι χηµικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: i. Επίδραση Na σε προπανικό οξύ. ii. Επίδραση Νa2C 03 σε διάλυµα προπανικού οξέος. iii. Επίδραση ΝaΗCΟ3 σε διάλυµα µεθανικού οξέος. iv. Επίδραση διαλύµατος Ca(ΟΗ)2 σε οξικό οξύ.

12. Να γραφούν σι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων που παρέχει το αιθανικό οξύ µε τα παρακάτω αντιδραστήρια: a) ΝaHC03 β) ΝaΟΗ γ) Κ2C03 δ) Na 13. Ποιες από τις παρακάτω οργανικές ενώσεις: α) CΗ3CΗ2CΟΟΗ β) C6H5CΟΟΗ γ) C6H5CΗ2ΟΗ δ) C6H5ΟΗ ε) CΗ3CΗ2ΟΗ αντιδρούν µε: i) Na, ιι) NaOH, ιιι) Κ2C03; 14. Να βρεθούν σι συντακτικοί τύποι και τα ονόµατα των παρακάτω οργανικών ενώσεων. i) Η ένωση Α έχει µοριακό τύπο C2Η60 και µε επίδραση Na εκλύει φυσαλίδες αερίου. ii) Η ένωση Β έχει µοριακό τύπο C4Η802 και µε επίδραση ΚΗCΟ3 εκλύει φυσαλίδες αερίου. iii) Η ένωση Γ µε µοριακό τύπο C2Η402 δεν αντιδρά µε Na. iv) Το αλκίνιο Ζ έχει σχετική µοριακή µάζα ίση µε 54 και αντιδρά µε Na. v) Η ένωση Η έχει µοριακό τύπο C3Η80 και µε επίδραση Na δεν παρατηρείται καµία µεταβολή.

15. 0 εστέρας Α, µε µοριακό τύπο C5Η1002 υδρολύεται, παρουσία Η2S04, οπότε σχηµατίζονται οι οργανικές ενώσεις Β και Γ, οι οποίες έχουν ίδια σχετική µοριακή µάζα. Na βρεθούν σι συντακτικοί τύποι και σι ονοµασίες των ενώσεων A, Β και Γ, αν είναι γνωστό ότι η ένωση Γ αντιδρά µε ΝaΗCΟ3 και εκλύει αέριο.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

255

16. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις αντιδρά µε Νa2C03; α. CΗ3CΗ2ΟΗ γ. CΗ3CΗ2ΝΗ2 β. C6Η5CΟΟΗ δ. C6Η5ΟΗ 17. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν αντιδρά µε Να; α. CΗ3CΞCΗ γ. CΗ3CΞCCΗ3 β. CΗ2=CΗCΟΟΗ δ. C6Η5CΗ2ΟΗ 18. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν αντιδρά µε NaOH; γ. C6Η5CΗ2ΟΗ α. C6Η5ΟΗ β. ΗC00Η δ. CΗ3CΗ2CΟ0H 19. Aπό CH3CH2OH να παρασκευασθεί CH3COOCH3

20. ∆ίνεται πιο κάτω ένα διάγραµµα χηµικών µετατροπών: H2O B <──────────────── CH≡CH Hg++ / H2SO4 HCN Γ

H2O / H+ / Θ +B ∆

E

Γράψετε τους Σ.Τ. των ενώσεων που συµβολίζονται µε γράµµατα στο πιο πάνω διάγραµµα

256

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4.4. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΝΙΤΡΙΛΙΩΝ

Τα νιτρίλια (RCN) παρασκευάζονται από τα αλκυλαλογονίδια µε επίδραση κυανιούχων αλάτων (NaCN, KCN).

R − X + KCN → R − CN + KX Το νιτρίλιο (RCN) που σχηµατίζεται έχει ανθρακική αλυσίδα µε ένα άτοµο άνθρακα περισσότερο από το αλκυλαλογονίδιο (RX), δηλαδή γίνεται ανοικοδόµηση κατά ένα άτοµο άνθρακα. Τα νιτρίλια υδρολύονται παρουσία αραιού διαλύµατος ή βάσης και µετατρέπονται σε καρβοξυλικά οξέα (RCOOH). +

H η R − CN + 2 H 2O  → R − COOH + NH 3 ↑ OH −

Τα νιτρίλια µε προσθήκη Η2 παρουσία καταλύτη (Ni, Pt, Pd) µετατρέπονται σε πρωταταγείς αµίνες (αντίδραση αναγωγής του νιτριλίου).

Ni , Pt , Pd R − C ≡ N + 2 H 2  → R − CH 2 NH 2

Παραδείγµατα +

H η CH 3CH 2CN + 2 H 2O  → CH 3CH 2COOH + NH 3 ↑ OH −

Ni , Pt , Pd CH 3CH 2CN + 2 H 2  → CH 3CH 2CH 2 NH 2

προπανονιτριλιο

προπυλαµινη

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

257

4.5 ΚΥΑΝΙ∆ΡΙΝΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ Η κυανυδρινική σύνθεση είναι µια γενική µέθοδος παρασκευής α-υδροξυοξέων. Αρχικά γίνεται προσθήκη υδροκυανίου (HCN) σε καρβονυλική ένωση οπότε σχηµατίζονται αυδροξυνιτρίλια ή κυανυδρίνες.

R2 |

R1 − C − R2 + H − CN → R1 − ||

O

− CN

C |

OH

κυανυδρινη

Οι κυανιδρίνες υδρολύονται παρουσία αραιού διαλύµατος οξέος ή βάσης και µετατρέπονται σε α-υδροξυοξέα.

R2 |

R2 |

H+η OH −

R1 − C − CN + 2 H 2O  → R1 − C − COOH + NH 3 ↑ |

|

OH

α −υδροξυοξυ

Παραδείγµατα 2 H 2O + HCN CH 3CH 2CH = O  → CH 3CH 2 C HCN  → CH 3CH 2 C HCOOH + NH 3 ↑ |

|

OH

OH 2 −υδροξυβουτανικο οξυ

CH 3 + HCN

|

CH 3 +2 H 2 O

|

CH 3 − C − CH 3 → CH 3 − C − CN → CH 3 − C − COOH + NH 3 ↑ ||

|

|

O

OH

OH

µεθυλο − 2 −υδροξυπροπανικο οξυ

Με την κυανυδρινική σύνθεση γίνεται ανοικοδόµηση της ανθρακικής αλυσίδας κατά ένα άτοµο άνθρακα.

258

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4.6 ΟΞΕΙ∆ΩΣΗ HCOOH, (COOH)2. Το µυρµηκικό ή µεθανικό οξύ (HCOOH) είναι το µοναδικό από τα κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα (RCOOH) το οποίο οξειδώνεται και µετατρέπεται σε αέριο CO2. +2

+4

H C OOH + [O ] → C O2 ↑ + H 2O Το οξαλικό ή αιθανοδικό οξύ (COOH)2 είναι το µοναδικό από τα κορεσµένα διακρβοξυλικά οξέα το οποίο οξειδώνεται και µετατρέπεται σε αέριο CO2.

COOH

|

COOH

+4

+ [O ] → 2 C O2 ↑ + H 2O

Η συνολική µεταβολή του αριθµού οξείδωσης στο µόριο του (COOH)2 είναι ίση µε 2, γιατί το ένα µόριο οξέος χάνει 2 άτοµα υδρογόνου. Αναγωγικές ιδιότητες έχουν και τα άλατα του µυρµηκικού και του οξαλικού οξέος τα οποία οξειδώνονται σε CO2 (π.χ. HCOONa, (COONa)2). Η οξείδωση των δύο οξέων και των αλάτων τους γίνεται µε όξινο διάλυµα KMnO4 ή K2Cr2O7. Παραδείγµατα +2

+7

+4

+2

5 H C OOH + 2 K M nO4 + 3H 2 SO4 → 5 C O2 + 2 M nSO4 + K 2 SO4 + 8 H 2O 5 |COOH COOH +2 KMnO4 + 3H 2 SO4 → 10 CO2 + 2 MnSO4 + K 2 SO4 + 8 H 2 O Η οξείδωση του (COOH)2 από KMnO4 είναι παράδειγµα αυτοκατάλυσης, στην οποία καταλύτης είναι το ιόν Mn2+ (MnSO4) το οποίο σχηµατίζεται στα προϊόντα.

Χηµεία Γενικής Παιδείας Β΄ Λυκείου

259

www.prooptikiedu.gr ΑΡΓΥΡΟΥΠΟΛΗ: Λ. Βουλιαγμένης 587, τηλ:210 9951930, 210 9926353 Fax:210 9951930 ΑΘΗΝΑ: Εμμ. Μπενάκη & Γραβιάς 10-12, τηλ:210 3809488, 210 3306490 Fax:210 3306490 ΑΓ.ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ: Αγ. Ιωάννου 23Β τηλ:210 6001797 Fax:210 6001797 ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ: Αντιόπης 35 και Αγ. Δημητρίου 39, τηλ. 210 9766279 ΒΟΥΛΑ: Βασ. Παύλου 102 – 104 (Voula Center) τηλ. 210 8996030