Формула алкинов

Определение и формула алкинов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Алкины – ненасыщенные/непредельные углеводороды, в составе которых имеется одна кратная связь (тройная).

В названии углеводородов этого класса присутствует суффикс –ин.

Химическая формула алкинов

Общая химическая формула алкинов C_nH₂_n_-2, например C₂H₂–ацетилен (этин), C₃H₄ – пропин, C₄H₆ – бутин и т.д.Химическая формула показывает качественные и количественный состав молекулы (сколько и каких атомов присутствует в ней). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу вещества:

Mr(C₂H₂) = 2×Ar(C) + 2×Ar(H);

Mr(C₂H₂) = 2×12 + 2×1 = 24 + 2 = 26

Mr(C₃H₄) = 3×Ar(C) +4×Ar(H);

Mr(C₃H₄) = 3×12 + 4×1 = 36 + 4 = 40

Mr(C₄H₆) = 4×Ar(C) +5×Ar(H);

Mr(C₄H₆) = 4×12 + 6×1 = 48 + 6 = 54

Структурная (графическая) формула алкинов

Структурная (графическая) формула алкинов является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы.

Рассмотрим, как выглядит графическая формула алкинов на примере простейшего представителя этого класса органических соединений – ацетилена:

Два атома углерода, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. Каждый такой атом имеет две sp-гибридные орбитали, расположенные под углом 180^o. За счет осевого перекрывания одной из этих орбиталей атом углерода образует σ-связь с другим атомом углерода, а за счет второй sp-гибридной орбитали — σ-связь с атомом водорода. σ-Скелет молекулы имеет линейное строение (рис. 1).

Рис. 1. Строение молекулы ацетилена.

Оставшиеся негибридизованными две p-орбитали каждого атома углерода расположены под углом 90^o одна к другой. При боковом перекрывании этих орбиталей с соответствующими p-орбиталями другого sp-гибридизованного атома углерода образуются две π-связи, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Таким образом, тройная связь образуется из трех пар обобществленных электронов, т.е. это шестиэлектронная связь. Она представляет собой сочетание одной σ- и двух π-связей. π-Электронное облако тройной связи имеет вид цилиндра, охватывающего оба атома углерода.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При полном сгорании 6 г органического вещества образовалось 8,8 г оксида углерода (IV) и 3,6 г воды. Определите молекулярную формулу сожженного вещества, если известно, что его молярная масса равна 180 г/моль.

Решение

Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

C_xH_yO_z+ O_z→CO₂ + H₂O

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(C) = [m(CO₂) / M(CO₂)]×M(C);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×m(H₂O) / M(H₂O)]×M(H);

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль

Тогда,

m(C) = [8,8 / 44]×12 = 2,4 г;

m(H) = 2×3,6 / 18 ×1= 0,4 г

m(O) = m(C_xH_yO_z) – m(C) – m(H) = 6 – 2,4 – 0,4 = 3,2 г

Определим химическую формулу соединения:

x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O);

x:y:z= 2,4/12 :0,4/1 :3,2/16;

x:y:z= 0,2 : 0,4 : 0,2 = 1: 2 : 1

Значит простейшая формула соединения CH₂O и молярную массу 30 г/моль [M(CH₂O) = Ar(C) + 2×Ar(H) + Ar(O) = 12 + 2×1 + 16 = 12 + 2 + 16 = 30 / моль].

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение истинной и полученной молярных масс:

M_substance / M(CH₂O) = 180 / 30 = 6

Значит индексы атомов углерода, водорода и кислорода должны быть в 6 раз выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₆H₁₂O₆. Это глюкоза или фруктоза.

Ответ

C₆H₁₂O₆

ПРИМЕР 2

Задание

Определите молекулярную формулу соли с молярной массой менее 300, в которой массовые доли азота, водорода, хрома и кислорода составляют 11,11%; 3,17%; 41,27% и 44,44% соответственно.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Обозначим число атомов азота в молекуле через «х», число атомов водорода через «у», число атомов хрома за «z» и число атомов кислорода за «k».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов железа и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(N) = 14; Ar(H) = 1; Ar(Cr) = 52; Ar(O) = 16

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y:z:k = m(N)/Ar(N) : m(H)/Ar(H) : m(Cr)/Ar(Cr) : m(O)/Ar(O);

x:y:z:k= 11,11/14 :3,17/1 :41,27/52 : 44,44/16;

x:y:z:k= 0,79 : 3,17 : 0,79 : 2,78 = 1: 4 : 1 : 3,5 = 2 : 8: 2 : 7

Значит простейшая формула соединения азота, водорода, хрома и кислорода имеет вид N₂H₈Cr₂O₇ или (NH₄)₂Cr₂O₇. Это дихромат аммония.