Теория строения органических веществ Бутлерова

Создание научной теории химического строения связано с именем А.М. Бутлерова. В 1861 г. на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере (Германия) он выступил со знаменитым докладом "О химическом строении веществ", в котором изложил основные положения своей теории строения органических соединений:

Изомеры имеют одинаковый атомный состав, но различный порядок связей атомов, т.е. различное химическое строение. Кроме того, атомы в молекуле, которые не связаны химическими связями, могут взаимно влиять друг на друга.

Значение

Наряду с прямой задачей теории химического строения, т.е. установление структуры молекулы (структурной формулы, электронного строения), на основе изучения химических и физических свойств вещества образованных этими молекулами, сейчас в химии все большее значение приобретает и обратная задача: компьютерное конструирование молекул и предсказание физических и химических свойств веществ, образованных из них. По предсказанным свойствам можно подбирать вещества, которые наилучшим образом подходят для решения тех или иных задач, т.е. целенаправленно отбирать и синтезировать вещества с заранее заданными свойствами.

 

Электролитическая диссоциация

Электрохимия - это наука о электрических явлениях.

Для объяснения особых свойств растворов электролитов в 1887 г. шведский химик С.Аррениус (1859-1927) предложил Теорию электролитической диссоциации. Ее основные положения.

1. При растворении в воде молекулы кислот, оснований и солей диссоциируют на ионы:

HCl→H⁺ + Cl^-,

KOH→K⁺ + OH-,

Na₂SO₄→2Na⁺ + SO₄^2-.

Причину, почему молекулы электролитов распадаются на ионы, С.Аррениус не рассматривал.

2. Диссоциация молекул на ионы у слабых электролитов является неполной.

На основе теории электролитической диссоциации все свойства растворов электролитов нашли естественное объяснение, и была создана первая теория кислот и оснований.

Кислоты - это соединения, молекулы которых диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка.

 Основания - это соединения, молекулы которых диссоциируют на катионы металла и анионы гидроксила.

К сильным электролитам относятся почти все соли, ряд неорганических кислот (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄), гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (щелочи). К слабым электролитам относится соль Fe(SCN)₃ - роданистое железо, большинство кислот и оснований [H₂S, H₂CO₃, Al(OH)₃, NH₄OH]. К электролитам средней силы относятся HF, H₃PO₄, H₂SO₃.

Реакция между электролитами идет в том случае, если какой-либо из продуктов реакции:

1) выпадает в осадок:

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ + 2 KCl,

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO_4;

2) выделяется в виде газа:

K₂CO₃ + 2HCl = 2KCl + H₂O + CO₂,

CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂;

3) представляет собой слабый электролит:

Теория электролитической диссоциации позволяет объяснить, почему растворы солей могут давать нейтральную, кислую или щелочную среду. Если соль образована сильным основанием и сильной кислотой, то ее pH = 7. Если соль образована сильным основанием и слабой кислотой, то ее pH > 7 - среда щелочная:Если соль образована слабым основанием и сильной кислотой, то ее pH < 7 - среда кислая:Если соль образована слабым основанием и слабой кислотой, то очень часто не только в растворе, но и на воздухе (в котором всегда присутствуют пары воды) она разрушается:

Сейчас установлено, что многие соли имеют ионную кристаллическую решетку и в твердом состоянии состоят из готовых ионов, например кристалл NaCl построен из ионов Na⁺ и Cl^-. При растворении хлористого натрия происходит не диссоциация нейтральных молекул (как мы обычно пишем в школьных учебниках), а разрушение кристаллической решетки.

Изомеры

 

Изомеры - это вещества, сходные по составу, но различные по строению и свойствам.

CH₃-CH₂-OH этиловый спирт

CH₃-O-CH₃ диметиловый эфир

Структурная изомерия может быть вызвана:

1) изомерией углеродного скелета (бутан, изобутан)

2) различным распределением атомов по функциональным группам:

CH₃-CH₂-OH этиловый спирт

CH_3-O-CH₃ диметиловый эфир

3) различным положением заместителя в углеродной цепи:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-Cl 1-хлорбутан

CH₃-CH₂-CHCl-CH₃ 2-хлорбутан

4) различным положением заместителей относительно друг друга:

CH₃-CH₂-CHCl-CH₂-Cl 1,2-дихлорбутан

CH₃-CHCl-CH₂-CH₂-Cl 1,3-дихлорбутан

Оптическая изомерия возникает в органических соединениях, когда у какого-либо атома углерода находятся четыре разных заместителя.

 

Электролиз

 

Электролизом называется процесс разложения расплавов или растворов электролитов под действием постоянного электрического тока.

Окислительно-восстановительные реакции, связанные с отдачей или присоединением электронов при электролизе, происходят на электродах. Положительный электрод, к которому подходят анионы, называется анодом, отрицательный электрод, к которому подходят катионы, называется катодом. Как будут протекать электродные процессы при электролизе зависит, прежде всего, от природы электролита, от того, находится ли электролит в виде расплава или используется его раствор, и от материала электродов.

Электролиз расплава

Рассмотрим электролиз расплава хлористого натрия. При высоких температурах кристаллическая решетка соли разрушается и образуется расплав, в котором ионы могут свободно перемещаться: катионы Na+ будут перемещаться к катоду, а анионы Cl- - к аноду. На катоде (отрицательно заряженном электроде) катионы Na+ присоединяют к себе электроны (восстанавливаются), образуя металлический натрий:

Na⁺ + e = Na.

Анод (положительно заряженный электрод) выступает по отношению к анионам хлора как окислитель - отбирает у них электроны:

2 Cl^- - 2e = Cl^2­.

Суммарное уравнение электролиза:

2 Na⁺ + 2 Cl^- = 2Na + 2Cl^­.

Примеры использования электролиза

 Извлечение натрия электролизом расплавленного хлорида натрия.

Получение хлора электролизом хлорида натрия.

Извлечение магния и кальция электролизом расплавов хлоридов.

Извлечение алюминия электролизом расплава бокситов

Окраска алюминия.

Электрохимическое нанесение покрытий, например, хромирование.

 

Аллотропия

Аллотропия- это способность атомов одного и того же элемента образовывать несколько простых веществ. Аллотропия может быть обусловлена тем, что молекулы простого вещества состоят из различного числа атомов: О, О₂, О3, или в кристаллической структуре - различием в характере связей между атомами, т.е. различием кристаллической решетки (алмаз, графит,).

Сера. Самородная сера известна человеку с древнейших времен - использовалась им в медицинских целях. В твердом состоянии сера образует кристаллы из молекул S8. При нагревании выше 95oС ромбическая сера (лимонно-желтого цвета) превращается в светло-желтую моноклинную серу. При 119oС сера плавится, превращаясь в желтую легкую жидкость. По мере повышения температуры до 444oС вязкость жидкой серы сильно увеличивается, а цвет становится коричневым.

При обычных условиях кислород существуют в виде двух аллотропных модификациях: молекулярный кислород (или просто кислород) - O2 и озон - O3.

При обычных условиях углерод может существовать в виде двух аллотропных модификаций: алмаза и графита.

 

Фенол

Фенолы - это гидроксилсодержащие ароматические соединения, у которых гидроксил непосредственно связан с атомом углерода бензольного кольца.

Свойства

Кислотные свойства у фенолов выражены сильнее, чем у спиртов.

Фенолы очень слабые кислоты, поэтому феноляты подвержены гидролизу и разрушаются не только сильными, но и очень слабыми кислотами

При кипячении с цинковой пылью фенол может превратиться в бензол.

Применение

Фенол применяют при производстве фенолформальдегидных смол, в медицине как антисептик. Орто-, мета- и пара-крезолы используют для получения красителей. Гидрохинон (1,4-диоксибензол) - проявитель в фотографии.

---

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!