manual de chimie clasa 11

7/25/2019 manual de chimie clasa 11

1/208

Chiinu 2014

Manual pentru clasa a XI-a

PROFIL REAL PROFIL UMANIST

MARIA BOTNARU MARIA ROMAN EUGENIA MELENTIEV

MINISTERUL EDUCAIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

CHIMIE

ORGANIC

CHIMIE

ORGANIC

Introducere.indd 1 06.06.2014 11:37:33


2/208

CZU 547(075.3)

B 73

Editura Lumina, 2014 Maria Botnaru, Maria Roman, Eugenia Melentiev, 2014ISBN 978-9975-65-361-9

Manualul a fost aprobat spre editare prin ordinul nr. 431 din 19 mai 2014al Ministrului Educaiei al Republicii Moldova.

Manualul este elaborat conform Curriculumului disciplinar i finanatdin sursele Fondului special pentru manuale.

Toate drepturile asupra acestei ediii aparin editurii Lumina.

Comisia de evaluare:Maia Cherdivar, profesoar, grad didactic superior, Liceul Teoretic I. Vatamanu, or. Streni;Elena Osadceaia-Mihailov, profesoar, grad didactic superior, Liceul Teoretic C. Sibirschi, mun. Chiinu.

Referent tiinific:Iacob Guu, doctor habilitat n chimie, profesor universitar, USM.

Recenzeni:Veronica Pung, profesoar, grad didactic superior, Liceul Teoretic I. Vatamanu, or. Streni;Zinaida Ungureanu, profesoar, grad didactic superior, Liceul Teoretic M. Viteazul, mun. Chiinu.

Acest manual este proprietatea Ministerului Educaiei

Liceul

Manualul nr.

Anul Numele i prenumele elevuluiAnul n care

s-a folosit

Starea manualului

la primire la returnare

1

2

3

4

5

Descrierea CIP a Camerei Naionale a Crii

Botnaru, MariaChimie organic : Man. pentru cl. a 11-a : Profil real. Profil umanist / Maria Botnaru, Maria

Roman, Eugenia Melentiev ; comisia de evaluare: Maia Cherdivar, Elena Osadceaia-Mihailov. Chiinu : Lumina, 2014 (F.E.-P. Tipogr. Central). 208 p.

16000 ex.

ISBN 978-9975-65-361-9.

547(075.3)

B 73

Redactor: Lidia Serghienco-CiobanuRedactor artistic: Tatiana Melnic

Paginare computerizat:Elena PopovschiPrelucrarea imaginilor, prepress: Elena Popovschi

Editura Lumina, bd. tefan cel Mare i Sfnt, nr. 180,MD 2004, Chiinu Tel./fax 022-29-58-64; 022-29-58-68;

e-mail: [email protected]; www.edituralumina.mdTiparul executat la Tipografia Central,

str. Florilor 1, MD 2068, ChiinuComanda nr. 3161



3/208

3

CUPRINS

Cuvnt-nainte ................................................................................................................................... 5

1. BAZELE TEORETICE ALE CHIMIEI ORGANICE .........................................................71.1. Obiectul de studiu al chimiei organice. Substane organice i anorganice ........... 81.2. Caracteristicile legturilor chimice n compuii organici .................................... 141.3. Teoria structurii chimice a compuilor organici .................................................. 201.4.* Compoziia substanelor organice ......................................................................... 251.5. Probleme de calcul la stabilirea compoziiei substanelor organice .................... 291.6.* Probleme de calcul la stabilirea formulei substanei organice

dup produsele de ardere ....................................................................................... 32

2. HIDROCARBURI ......................................................................................................... 35

2.1. Hidrocarburi saturate ............................................................................................. 36

2.1.1. Alcanii hidrocarburi saturate aciclice ........................................................................ 362.1.2. Nomenclatura alcanilor .................................................................................................. 392.1.3. Proprietile i utilizarea alcanilor ................................................................................432.1.4.-2.1.5. Probleme de calcul dup formula general a alcanilor

i ecuaiile reaciilor caracteristice acestora .................................................................48 Evaluare sumativ ............................................................................................................ 512.1.6.* Halogenoalcanii (derivai halogenai ai alcanilor) ...................................................... 522.1.7.* Proprietile chimice ale halogenoalcanilor i utilizarea lor .....................................542.1.8.* Cicloalcanii .......................................................................................................................572.1.9.* Identificarea carbonului, hidrogenului i a halogenilor n compuii organici.

Lucrarea practic nr. 1 ........................................................................................................612.1.10.*-2.1.11.* Probleme de calcul dup formula general a halogenoalcanilor,

cicloalcanilor i ecuaii le reaciilor caracteristice acestora ........................................622.1.12.* Evaluare sumativ ............................................................................................................ 64

2.2. Hidrocarburi nesaturate ......................................................................................... 652.2.1. Alchene .............................................................................................................................. 652.2.2. Metode de obinere a alchenelor .................................................................................... 672.2.3. Proprietile alchenelor i utilizarea lor ....................................................................... 702.2.4. Prepararea etenei i studierea proprietilor ei. Lucrarea practic nr. 2 ..................752.2.5.-2.2.6. Probleme de calcul dup formula general a alchenelor i ecuaiile

reaciilor caracteristice acestora ..................................................................................... 762.2.7. Alcadiene ..........................................................................................................................792.2.8. Alchine .............................................................................................................................. 84

2.2.9. Legtura genetic dintre alcani, alchene, alchine ....................................................... 892.2.10.-2.2.11. Probleme de calcul dup formula general a alcadienelor, alchinelor

i ecuaiile reaciilor caracteristice acestora ................................................................. 91 Evaluare sumativ ............................................................................................................ 942.2.12.* Evaluare sumativ ............................................................................................................ 95

2.3. Hidrocarburi aromatice (arene) ............................................................................. 992.3.1. Benzenul reprezentant al arenelor .............................................................................992.3.2. Proprietile chimice ale benzenului .......................................................................... 1032.3.3. Obinerea hidrocarburilor aromatice i utilizarea lor ............................................. 1062.3.4. Legtura genetic dintre hidrocarburi ....................................................................... 108



4/208

4

2.3.5. Probleme de calcul n baza formulei generale i a ecuaiilor reaciilorcaracteristice arenelor ................................................................................................... 109

Evaluare sumativ ...........................................................................................................111

2.4. Surse naturale de hidrocarburi i prelucrarea lor ............................................... 1122.4.1. Surse naturale de hidrocarburi .................................................................................... 1122.4.2. Produsele prelucrrii surselor naturale de hidrocarburi ..........................................1142.4.3. Protecia mediului ambiant de poluanii formai

n urma utilizrii gazului natural, petrolului i crbunilor .................................... 1172.4.4.* Probleme de calcul la tema Surse naturale de hidrocarburi ..................................... 1192.4.5.* Evaluare sumativ ..........................................................................................................121

3. DERIVAI AI HIDROCARBURILOR ........................................................................ 122

3.1. Compui hidroxilici .............................................................................................. 1233.1.1. Alcooli monohidroxilici saturai .................................................................................1233.1.2. Proprietile chimice ale alcoolilor ..............................................................................129

3.1.3. Alcooli polihidroxilici saturai .................................................................................... 1333.1.4. Fenolul ............................................................................................................................. 1383.1.5.-3.1.6. Probleme de calcul la tema Compui hidroxilici.................................................. 1453.1.7. Amine .............................................................................................................................. 1483.1.8. Amine aromatice ........................................................................................................... 1513.1.9. Probleme de calcul pe baza ecuaiilor reaciilor caracteristice aminelor .............. 1553.1.10. Legtura genetic dintre hidrocarburi, compui hidroxilici i amine ...................1573.1.11.* Evaluare sumativ ..........................................................................................................158 Evaluare sumativ ..........................................................................................................159

3.2.* Compui carbonilici (aldehide i cetone) ............................................................. 1623.2.1. Aldehide monocarbonilice saturate ............................................................................ 162

3.2.2. Metode de obinere a aldehidelor i *cetonelor ......................................................... 1643.2.3. Proprietile fizice i chimice ale compuilor carbonilici saturai.

Utilizarea lor ................................................................................................................... 1673.2.4. Legtura genetic dintre alcani, alchine, alcooli i compui carbonilici ............... 1713.2.5. Probleme de calcul dup ecuaiile reaciilor chimice caracteristice

compuilor carbonilici ................................................................................................... 172

3.3.* Acizi carboxilici ......................................................................................................1743.3.1. Acizi monocarboxilici saturai .....................................................................................1743.3.2. Proprietile acizilor monocarboxilici saturai i utilizarea lor .............................. 1783.3.3.-3.3.4. Rezolvarea exerciiilor i a problemelor la temaAcizi carboxilici .................... 1833.3.5. Studierea proprietilor acidului acetic. Lucrarea practic nr. 3 ............................. 186

3.3.6. Esteri ai acizilor carboxilici .......................................................................................... 1873.3.7. Rezolvarea exerciiilor i a problemelor la tema Esteri............................................. 1923.3.8. Legtura genetic dintre acizii carboxilici, esteri i alte clase

de compui organici ........................................................................................................ 1943.3.9. Evaluare sumativ .......................................................................................................... 195

4. RECAPITULARE ........................................................................................................ 196

4.1. Relaii ntre diferite clase de compui organici ................................................... 1964.2. Modele de exerciii i probleme specifice chimiei organice ............................... 1974.3. Tipuri de probleme experimentale cu rezolvri .................................................. 201

4.4. Generalizarea cunotinelor teoretice cu aplicaii practice ...............................206



5/208

5

Manualul de fai ofer posibilitatea de a-i lrgi i aprofunda cunotinele n

domeniul chimiei organice unul dintre compartimentele de baz ale chimiei.Chimia organic impresioneaz prin numrul enorm de date acumulate, prin

profunzimea i diversitatea problemelor abordate.Numai nsuind la perfecie limbajul chimic formulele substanelor i ecuaiile

reaciilor chimice, care constituie mijlocul de exprimare a legitilor transformrilorsubstanelor, vei putea decodifica tainele chimiei organice contemporane.

Manualul a fost elaborat conform obiectivelor formulate n Curriculumul de chimiepentru nvmntul liceal. Bazndu-ne pe experiena pedagogic proprie (liceal iuniversitar) de predare a acestei discipline, am considerat c tratarea accesibil i exacta temelor (fr simplificri excesive) este una dintre cele mai eficiente metode de nsuirei consolidare a cunotinelor la chimia organic. Totodat, studierea unor teme privind

nomenclatura substanelor organice, relaiile structur-proprieti, interaciile electroniceintramoleculare etc. va servi drept baz n edificarea disciplinei ca tiin real i pentrustimularea gndirii logice a viitorului cercettor, profesor sau inginer-chimist.

Materia expus n manual este structurat n 4 compartimente. Fiecare compartimentncepe cu o foaie de gard ce include rezumatul coninutului care urmeaz a fi studiati competenele specifice ce urmeaz a fi dezvoltate.

n prezentarea claselor de compui organici ne-am strduit s expunem materiaconform structurii generale: definiie i clasificare; nomenclatur i izomerie; structuri reactivitate; metode generale i industriale de sintez; proprieti fizice, chimice iutilizare. Denumirile compuilor organici corespund Regulilor Nomenclaturii IUPAC.

Fiecare compartiment, n funcie de complexitate, include diverse rubrici: Tem

(exerciii), Experiment demonstrativ, Probleme de calcul, tiai c, Activitate nechip, Activitate creativ, Problem creativ, Autoevaluare (dup fiecare unitatedidactic),avnd drept scop facilitarea nsuirii i consolidrii materiei expuse.

Experimentele demonstrative, prezentate n manualconform unui algoritm riguros,pot fi efectuate n faa clasei de un elev, de un grup de elevi sau de ctre profesor.

Cele 3 lucrri practice, incluse la finalul unei teme sau al unui compartiment, au menireade a consolida cunotinele i de a evalua gradul de nsuire a acestora de ctre elevi.

Compartimentele 2 i 3 sunt succedate de o schem general la rubrica Repet i consoli-deaz,ce rezum principalele metode de preparare i proprietile chimice ale compuilorclasei respective, care contribuie la generalizarea i consolidarea cunotinelor.

Rubrica Evaluare sumativ,ce are drept scop verificarea cunotinelor teoreticeacumulate de ctre elevi, corespunde celor prevzute de curriculum (indicndu-se

profilul respectiv sau prin * (asterisc) itemii pentru profilul real). Itemii propui nEvaluare sumativ sunt prevzui pentru dou variante (la discreia profesorului, n

funcie de nivelul de pregtire al elevilor).Pentru a asigura activitatea difereniat a elevilor dotai, au fost incluse i unele

coninuturi suplimentare, care n text au fost evideniate cu rubricile Extinderesau Studiude caz. Aceste coninuturi nu sunt obligatorii pentru a fi memorate sau evaluate, ns

permit elevilor pasionai de chimie s acumuleze informaii noi la tema respectiv.Sperm c acest manual i va servi drept cluz n calea anevoioas, dar interesant

a cunoaterii i nsuirii tainelor chimiei organice.

Autoarele

Cuvnt-nainte



6/208

6

Semnificaia rubricilor i simbolurilor:

* coninuturi obligatorii pentru elevii din clasele cu prol real.

coninuturi suplimentare pentru elevii dotai (fr a evalu-

ate).

ntrebri ce contribuie la reactualizarea cunotinelor nsuite

anterior pentru a evidenia caracterul unitar al chimiei orga-nice.

Tem sarcini de lucru imediate, ce atrag atenia elevilor, ori-entndu-i spre observare, cutare, comparare i descoperire,

facilitndu-le, totodat, nsuirea materiei noi.

Experiment demonstrativ activitate practic cu scopul consoli-drii materiei expuse.

Text evideniat color definiii ce urmeaz a fi memorate.

Extinderei Studiu de caz informaii suplimentare pentru elevii

din clasele cu profil real (fr a fi evaluate).

tiai c... informaii ce trezesc interesul i curiozitatea n acumu-larea cunotinelor la tema respectiv.

Autoevaluare autocontrolul cunotinelor dup fiecare unitatedidactic (activitate n clas sau acas).

Evaluare sumativ testarea cunotinelor acumulate la compar-

timentele prevzute de curriculum (destinate pentru dou

variante la ambele profiluri).

Repet i consolideaz rezumatul materiei studiate la comparti-mentul respectiv cu scheme generalizatoare ale metodelor de

obinere i ale proprietilor chimice caracteristice compuilororganici.

s



7/208

7

n compartimentul ce urmeaz vei afla despre istoria apariiei chimiei organice

ca tiin, despre noiunile fundamentale specifice acestei discipline. Astfel, dacLegea periodicitii a lui D. Mendeleev i Tabelul Periodic al elementelor stau labaza studierii compuilor anorganici, apoi teoria structurii compuilor organici,elaborat de A. Butlerov, ocup un loc de seam n studierea profund a naturiisubstanelor organice i n nelegerea modului de unire a atomilor n molecul.

nsuirea principiilor acestei teorii i va servi drept cluz n studierea ntre-gului curs de chimie organic. Vei afla c existena numrului enorm i variat decompui organici are la baz proprietatea unic a atomilor de carbon de a formaun numr practic infinit de legturi covalente ntre ei, genernd lanuri de atomi,numite catene. Totodat, vei sesiza c studierea aprofundat a naturii substane-lor, nelegerea dispunerii spaiale a atomilor n molecule, caracterului electronical legturilor i vor ajuta s-i formezi o anumit concepie despre legitile obiec-tive ale microuniversului i despre esena transformrilor chimice, despre unita-tea material a lumii organice i a celei anorganice.

Dup studierea acestui compartiment vei fi capabil:

S descrii obiectul de studiu al chimiei organice.

S difereniezi substanele organice de cele anorganice.

S formulezi tezele principale ale teoriei structurii chimice a compuilor organici i importanaei pentru dezvoltarea ulterioar a chimiei organice, noiunile de izomer, izomerie.

S explici noiunile: substan organic, elemente organogene, structur chimic, catene

carbonice. S caracterizezi carbonul dup locul lui n Tabelul Periodic, repartizarea electronilor pe ni-

vele n stare fundamental i excitat, formele norilor electronici s i p.

*S descrii fenomenul hibridizrii, formarea legturilor chimice C C (unitare, duble, triple)i C H.

S argumentezi cauzele diversitii compuilor organici.

*S cunoti modul de determinare a compoziiei calitative i cantitative a substanelor or-ganice.

S rezolvi probleme de calcul de stabilire a formulei brute, formulei moleculare acompuilor organici, aplicnd densitatea relativ, prile de mas a elementelor i aproduilor de ardere.

Subcompetene:

BAZELE TEORETICEALE CHIMIEI ORGANICE

1Chim

ieorganic Ch

imiean

organic

Compartimentul

A.Butlerov

D.Mendeleev

Capitolul_1_CS3.indd 7 05.06.2014 14:06:16


8/208

Noiuni generale de chimie organicBazele teoretice ale chimiei organice

8

Dup cum cunoti din cl. a IX-a a X-a, spre deosebire de substanele anor-ganice, exist substane care au n componena lor, de rnd cu alte elemente, nmod obligatoriu, carbon. Aceste substane au fost numite substane organice. Eleconstituie obiectul de studiu al chimiei organice.

Pornind de la aceast constatare, a fost elaborat pe la mijlocul secolului trecutdefiniia:

Chimia organicstudiaz compuii carbonului i transformrile lor.Aceast definiie, mult utilizat, nu este complet satisfctoare, deoarece exist

un ir de combinaii ale carbonului care nu fac parte din compuii organici suntsubstane anorganice. Exemple de astfel de substane sunt: oxizii carbonului (COi CO

2

), acidul carbonic (H2

CO3

) i srurile lui carbonaii, carburile metalice(Al4C3, CaC2) etc.

nsui carbonul pur, n cele dou forme alotropice cristaline (diamantul i grafitul),este considerat substan anorganic. Existena substanelor de natur mineral, ncompoziia crora intr i carbonul, denot c definiia de mai sus este parial corect.

Studiul compoziiei chimice a substanelor izolate din plante sau animale(acidul formic, acidul oxalic, acidul citric .a.) a demonstrat c ele se deosebescesenial de cele de origine mineral (care erau deja cunoscute sau obinute de c-

K. Schorlemmer(1834-1892)

Chimist german.Fondatorul chimiei

hidrocarburilor.

tre alchimiti). Astfel, s-a constatat c n substanele organice,alturi de carbon, se gsesc i alte elemente (cteva la numr),care apar mult mai des dect cele cunoscute. Aceste elementesunt: hidrogenul, oxigenul, azotul, halogenii, sulfulifosfo-rul numite elementeorganogene. Dintre aceste elementehidrogenul se distinge n mod deosebit: el apare combinat cucarbonul n aproape toate substanele organice. Prin urmare,se poate deduce c hidrogenul este tot att de important ca icarbonul n ce privete compoziia compuilor organici.

ntr-adevr, s-a constatat c exist un numr enorm de sub-stane organice care reprezint combinaii ale carbonului cuhidrogenul, cunoscute sub denumirea de hidrocarburi. Celelalte combinaii orga-nice, care conin i alte elemente pe lng carbon i hidrogen, pot fi considerate caderivai ai hidrocarburilor obinui prin nlocuirea unui sau a mai multor atomi dehidrogen cu atomii altor elemente organogene. Aceasta i-a permis savantului ger-man K. Schorlemmer (1889) s elaboreze urmtoarea definiie a chimiei organice:

Chimia organiceste chimia hidrocarburilor i a derivailor acestora.Aceast definiie nu tinde s traseze o linie de hotar ntre chimia organic i

cea anorganic, ns separarea aceasta este justificat de o serie de considerenteimportante. Vom elucida doar cteva:

a) existena unui numr extrem de mare de compui organici (circa 18 mln.);b) marea diversitate a combinaiilor organice;c) caracteristicile specifice ale compuilor organici;d) importana deosebit a compuilor carbonului n dezvoltarea industriei i

economiei rii.

Obiectul de studiu al chimiei organice.Substane organice i anorganice1.1.



9/208

IntroducereBazele teoretice ale chimiei organice

9

Caracterul specific al compuilor organici

Este surprinztor, la prima vedere, faptul c majoritatea substanelor organice,fiind alctuite din cteva elemente (C, H, O, N, S, Hal, P), sunt mult mai numeroa-

se dect numrul combinaiilor tuturor celorlalte elemente (aproape 12 mln. fade 900 mii). Anual savanii descoper circa 200 mii de combinaii organice noi.Numrul att de mare de combinaii organice se datoreaz unor proprieti speci-

fice atomului de carbon de a se uni cu ali atomi de carbon, formnd catene sau cicluricare conin un numr mare de atomi, iar legturile dintre ei fiind de diferite tipuri.

Exemple de catene carbonice: Exemple de tipuri de legturi dintre atomii de carbon:

a) (caten liniar); a) (legturi simple);

b) (caten ramificat); b) (legtur dubl); c) (legtur tripl).

c) (catene ciclice).

Atomul de carbon, unindu-se cu cele cteva elemente organogene ntr-un modmult mai variat dect celelalte elemente, formeaz un ir de compui, numii de-rivai ai hidrocarburilor sau clase de compui organici (tabelul 1.1).

Tabelul 1.1. Hidrocarburile i derivaii lor

Tipul hidrocarburii Derivai ai hidrocarburilor(clase de compui organici) Formula general

Alcani

Cicloalcani

Alchene

Alcadiene

Alchine

Arene

Derivai halogenai R-X (X=Cl, Br, I, F)Alcooli, fenoli R-OH, Ar-OH

Nitrocompui R-NO2,

Amine R-NH2, Ar-NH2,

Aldehide, cetone R-CH=O, R-CO-R

Acizi carboxilici R-COOH

Esteri R-COOR

R, Ar resturi de hidrocarburi.

Din formulele generale ale derivailor hidrocarburilor se constat c hidrocar-burile sunt combinaii de baz, iar de la ele deriv toate clasele de compui orga-nici, ce conin atomi sau grupe de atomi formate din celelalte elemente organogene(numite grupe funcionale).

Pentru a caracteriza o substan organic, nu este suficient s ne bazm doarpe compoziia ei molecular (formula molecular), deoarece exist un ir de sub-stane care au aceeai formul molecular, dar se deosebesc dup proprietilechimice. Substanele organice cu aceeai formul molecular, dar care difer dup

proprieti, se numesc izomeri.De exemplu, se cunosc dou substane izomere cu formula C2H6O: un lichid

alcoolul etilic, i un gaz eterul dimetilic.



10/208


10

EXPERIMENT DEMONSTRATIV

Arderea compuilor organici (alcool, parafin, celuloz)

1. Introdu n 3 capsule de porelan numerotate urmtoarele

substane: I. 1 ml alcool etilic de 96% (medicinal) II. O bucic (ct un grunte de porumb) de parafin III. Cteva bucele de hrtie de filtru sau de vat2. Aprindecu un chibrit pe rnd coninuturile capsulelor.3. Urmretemodul de ardere a celor 3 substane (culoarea flcrii,

fumegarea).4. Cerceteazdup arderea complet coninutul fiecrei capsule.5. Formuleazconcluzii.6. Rspundela ntrebrile: a) de ce n capsula Ii n capsula IInu a rmas nimic? b) de ce n capsula IIIa rmas un reziduu?

Experiena se efectueaz sub ni!

Izomeria constituie una din cauzele multitudinii i diversitii de compuiorganici. Astfel, oricnd se poate alctui un nou aranjament, adic un alt mod deunire a atomilor n molecul, care de acum reprezint un nou compus organic.

Dei numeroase sinteze chimice au dovedit c substanele organice se supunacelorai legi fizice i chimice ca i substanele anorganice, totui, ntre ele existdeosebiri eseniale (tabelul 1.2).

Tabelul 1.2. Deosebirile eseniale dintre compuii organici i cei anorganici

Compuii organici Compuii anorganici

Sunt formai prin legturi covalente sau aucaracter covalent dominant.

Puini dintre ei sunt solubili n ap i maipuini electrolii.

Au temperaturi de topire i de fierbere

relativ joase; majoritatea sunt lichide latemperatur obinuit.

Au densitatea 1.

Se descompun relativ uor la nclzire; doarunii sunt rezisteni la o temperatur mainalt de 500C.

Majoritatea se supun combustiei.

Reaciile organice decurg lent, reversibil iincomplet.

Mai des sunt formai prin legturi covalentepolare sau au caracter ionic dominant.

Majoritatea sunt solubili n ap, fiind ielectrolii.

Au temperaturi de topire i de fierbere

ridicate; majoritatea sunt substane cris-taline la temperatur obinuit.

Au densiti variabile cu valori mari.

n general, au stabilitate termic mare.

Doar unii se supun combustiei.

Reaciile substanelor anorganice decurgrapid i deseori ireversibil.

Deosebirile eseniale ale proprietilor i reactivitii chimice a compuilor

organici de cei anorganici au dus la elaborarea unor metode specifice de cercetarea compuilor organici. Compuii organici au aplicare larg n dezvoltarea indus-triei i economiei rii. Cerinele mereu crescnde ale diferitor industrii, ct i aleagronomiei, medicinei, biologiei etc. favorizeaz dezvoltarea chimiei organice.

Considerentele examinate mai sus au determinat divizarea chimiei n: chimieanorganici chimie organic.

Fig 1.1.Arderea unorcompui organici.



11/208


11

Termenul chimie organica fost naintat de savantulJ.Berzelius n anul 1808 n tratatul su de chimie. Prinaceast noiune el definea domeniul chimiei, care se ocupde studiul compuilor formai n organismele vii (regnu-rile animal i vegetal), ce difer de compuii anorganiciprovenii din regnul mineral.

Pe atunci se presupunea c un compus organic poates apar numai n procesul vieii, ca rezultat al unei foremisterioase proprii organismelor vii, numit for vita-l n concepia adepilor teoriei vitaliste. Genernd falsa

convingere c o substan organic nu poate fi obinutn laborator pornind de la alte substane, teoria vitalist ainfluenat negativ dezvoltarea chimiei organice, descura-jnd inteniile de a sintetiza substane noi.

Aceast perioad, ns, nu a durat mult, deoarece uneleexperiene au demonstrat c din substane anorganice sepot obine substane organice. Astfel, prin celebra experi-en, realizat de F. Whler n 1828, s-a dovedit c n timpulevaporrii unei soluii de cianat de amoniu la temperaturade 100 C aceasta se transform n uree o substanorganic tipic, coninut i extras anterior din urin:

NH4 O CN NH2CONH2Cianat de amoniu Uree

Sinteza ureei, realizat de F. Whler, marcheaz nce-putul unei noi ere n chimie, deschide calea spre sintezaorganic, servind ca imbold pentru noi descoperiri n acestdomeniu, dintre care putem meniona:

sinteza anilinei, n 1842, de ctre savantul rus N. Zinin;

obinerea pe cale artificial a acidului acetic, n 1845,de ctre H. Kolbe;

sinteza grsimii, alcoolului etilic, n 1854, iar n 1857

a alcoolului metilic, de ctre M. Berthelot; sinteza unei glucide, n 1861, de ctre A. Butlerov; sinteza acetilenei, n 1862, de ctre M. Berthelot.

Laborator de cercetare

(anul 1820).

J. Berzelius(1779-1848)

Remarcabil savant sue dez,autorul primului manual de

chimie organic (1827).

F. Whler(1800-1882)

Chimist german. A efec-

tuat cercetri valoroase ndomeniul chimiei organice.

Chimia organic este o tiin att de aparte, nct atunci,cnd un chimist trece de la studiul substanelor anorganice la celal substanelor organice, el pete pe un teren cu totul nou.

J. Berzelius

Date istorice privind dezvoltarea chimiei organice

Ca rezultat, chimia organic a nceput s se dezvolte vertiginos, iar realizrileei au demonstrat c legile chimiei sunt valabile att pentru substanele organice,ct i pentru cele anorganice.

tiai c ...Sinteza compuilor organici progreseaz foarte rapid: n anul 1880 numrul lor constituia 12 000;n 1910 150 000; n 1940 500 000; n 1980 peste 4,5 milioane, iar n anul 2014 circa18 milioane de substane organice.



12/208


12

Surse de materie organic pe TerraDin cursurile de biologie i chimie anorganic ai aflat despre circuitul carbonu-

lui n natur, pe parcursul cruia se formeaz i se consum substane organice. n

urma proceselor de oxidare (pariale sau totale), inclusiv a respiraiei animalelor,substanele organice degradeaz oxidativ pn la oxid de carbon (IV) i ap sub-stane anorganice.

n organele verzi ale plantelor de la suprafaa solului oxidul de carbon (IV) se trans-form, n prezena apei i a energiei solare, n substane organice necesare plantelor(glucide, proteine, grsimi), cu eliberarea unor anumite cantiti de oxigen. Acestproces se numetefotosintezi n form simplificat poate fi exprimat astfel:

xCO2 +yH2O materie organic +zO2n realitate, reacia de asimilare a oxidului de carbon (IV) de ctre plante este mult

mai complex, fiind catalizat de clorofil i dirijat de enzimele vegetale.

O bun parte din substanele organice formate n procesul fotosintezei servescla dezvoltarea de mai departe a plantei, care la un anumit stadiu de maturitateeste consumat ca hran de ctre animale. Astfel, o parte din substanele organiceasimilate de ctre animale din plante sunt transformate n produse necesare celuleianimale, iar altele, furniznd energie organismului, degradeaz n oxid de carbon(IV) i ap. Acest ciclu se repet ncontinuu (fig. 1.2).

n afar de substanele organice, produse de plantele i animalele ce populeazsuprafaa planetei, n scoara terestr exist diferite materii organice, depozitate subform de zcminte: crbuni, petrol i gaze naturale. Marea lor majoritate provinedin plante care au existat n epoci geologice foarte ndeprtate i au suferit apoi trans-formri biochimice (sub aciunea bacteriilor) i chimice (n condiii anaerobe).

Fig. 1.2. Circuitul carbonului n natur i formarea materiei organice.

CO2

CO2

CO2

n prezent numrul de substane organice obinute prin sintez (medicamente,cauciucuri, colorani, mase plastice, substane explozibile .a.) este mai mare ca acelor extrase din surse naturale.

Substanele organice eliminate din natur se numesc compui naturali, iar celeobinute prin sintez (reacii chimice) compui sintetici.

Chimia organic modern studiaz att compuii naturali, cat i cei sintetici:structura lor, cile de obinere, proprietile, posibilitatea de a fi utilizate npractic.



13/208


13

AUTOEVALUARE

1. Indicobiectul de studiu al chimiei organice.2. Numete si caracterizeaz elementele organogene dup locul amplasrii lor

n Tabelul Periodic.3. Selecteazcompui organici din urmtoarele substane: a)CO2; b)CH4; c)C2H6O; d)CH3Cl; e)CaC2;

f)CH3OCH3; g)HCOOH; h)H2CO3; i)Al4C3; j)H2C2O4.4. Definetenoiunea chimie organic formulat de J. Berzelius.5. Explic: a)care este cauza diversitii mari a compuilor organici; b)ce semnifica iniial termenul chimie organic; c)esena teoriei vitaliste; d)care a fost reacia ce a marcat nceputul unei ere noi n dezvoltarea chimiei

organice.6. Numete autorii i descoperirile lor prin care a fost dezminit teoria vitalist.7. Completeaz spaiile libere: A.Hidrocarburile sunt formate din dou elemente .......................... B.Numrul compuilor organici este foarte ............. datorit proprietilor spe-

cifice ale elementului .................... C.Valena carbonului n compuii organici este ............. D.Totalitatea elementelor chimice ce intr n componena substanelor organice

se numesc ............8. Numetesursele de materie organic pe Terra.9. Indic care este deosebirea dintre compuii naturali i compuii sintetici? D

exemple.10. De ce formulelemoleculare nu sunt suficiente pentru a caracteriza o substan

organic?11. Activitate de tip proiect: alctuiete un eseu despre circuitul carbonului n natur.

CaracteristiciCompui

organici anorganici

1.Numrul existent de compui (cauza)

2.Compoziia chimic (speciile de atomi)

3.Multiplicitatea legturilor (simpl, dubl, tripl)

4.Tipuri de legturi chimice

5.Starea de agregare, volatilitatea, inflamabilitatea

6.Stabilitatea termic (combustie)

7. Solubilitatea n ap

8. Prezena fenomenului izomeriei

Activitate n echip Completai tabelul ce ar evidenia deosebirile compuilor anor-ganici de cei organici (fiecare elev expune deosebirile prin exemple concrete).



14/208


14

Caracteristicile legturilor chimicen compuii organici1.2.

Cunoti deja c compuii organici sunt foarte numeroi, iar cauza existeneiunui numr mare de compui ce conin neaprat carbon este legat de proprietilespecifice ale carbonului.

Pentru a nelege specificul comportrii atomului de carbon, vom examinastructura lui electronic.

n conformitate cu locul amplasrii carbonului n Tabelul Periodic, atomul decarbon n stare fundamental are urmtoarea structur electronic:

C (Z = 6): 1s22s22p2

Astfel, n stare fundamental (neexcitat) atomul de carbon are n primul stratelectronic (s) doi electroni, n stratul al doilea doi electroni s i doi electroni p.

Fig. 1.3.Forma orbitalilor (s)-a, forma celor 3 orbitali (px, p

y, p

z)-b, forma orbitalului hibridizat-c.

Dac admitem c aceti orbitali monoelectronici ce se deosebesc dup form sevor ntreptrunde cu orbitalii altor elemente organogene, ar trebui ca i legturilechimice ce se formeaz s fie diferite. Experimental, ns, s-a constatat c cele

Avnd doi electroni impari pe stratul doi, exterior, el ar trebui s fie bivalent,ns n toi compuii organici carbonul este tetravalent. Tetravalena atomului decarbon n compuii organici a fost explicat prin aceea c energiile straturilor 2si 2p sunt foarte apropiate i de aceea un electron de pe stratul 2s se decupleazi trece pe stratul 2p, ocupnd orbitalul liber (2pz). Ca urmare, atomul de carbon

trece n stare excitat (C*) i va avea urmtoarea structur electronic:(C) 1s22s22p1x2p

1y2p

0z

activare (C*) 1s22s12p1x2p1y2p

1z

Astfel, n atomul de carbon excitat a avut loc o redistribuire a electronilor pestraturile electronice i el va avea 4 electroni impari care se pot cupla cu ali elec-troni, realizndu-se o configuraie a carbonului de 8 electroni:

*Dac vom reprezenta cei patru electroni de valen (impari) ai carbonului n stareexcitat cu ajutorul orbitalilor, vom reprezenta un orbital sferic (s) i 3 orbitali (p) n

form de haltere simetrice aranjate n trei planuri reciproc perpendiculare px, py, pz.

a b c



15/208


15

4 legturi chimice ce se formeaz sunt identice dup trinicie i distana inter-atomic, ceea ce nseamn c i orbitalii atomului C*, care particip la formarealegturilor, sunt echivaleni.

Cauza formrii legturilor identice dup trinicie a fost elucidat prin aplicareateoriei hibridizrii orbitalilor atomici introdus n chimie de ctre L. Pauling.

Teoria hibridizrii (L. Pauling) susine c orbitalii de energie i simetrie diferitse pot contopi, modificndu-i forma i orientarea iniial, devenind egali n energiei form. Orbitalii astfel formai sunt numii orbitali hibridizai i au forma uneihaltere deformate (fig. 1.3,c).

Fenomenul de contopire a orbitalilor electronici urmat de echivalarea lor caform i energie se numete hibridizare.

Hibridizarea este un fenomen care are loc doar la formarea legturii covalente;ea nu exist n atomii liberi.

Legtura chimic ce se formeaz cu participarea electronilor orbitalilor hibrizi

este mult mai trainic dect legtura ce se formeaz cu participarea orbitalilor (ssauppuri) nehibridizai, deoarece interptrunderea orbitalilor hibrizi este mai mare.Hibridizarea are loc atunci, cnd la formarea legturilor chimice ale atomului datiau parte electroni de diferite tipuri (de exemplu sip), ns ntotdeauna numrulorbitalilor hibridizai obinui este egal cu numrul de orbitali puri iniiali.

Hibridizarea sp3

Carbonul se afl n stare de hibridizaresp3,cnd i distribuie cei patru electronide valen (2s12p3) n patru orbitali hibridizai sp3, egali dup energie i form:

Cei 4 orbitali hibridizai sp3ai atomului de carbon sunt orientai n spaiu n formaunui tetraedru regulat, n al crui centru se afl nucleul atomului de carbon (fig. 1.4).

Fig. 1.4.Formarea orbitalilor hibridizai sp3.

Atomul de carbon se gsete n stare de hibridizare sp3doar n compuii culegturi simple (alcani, derivai halogenai etc.).

Hibridizarea sp2

Carbonul se afl n stare de hibridizare sp2,cnd orbitalul 2sse contopetenumai cu doi din cei trei orbitali 2p (2pxi 2py), formnd trei orbitali hibridizaisp2echivaleni, cu energia mai mare dect energia orbitalului si mai mic dectenergia orbitalului 2pz, care rmne nemodificat.



16/208


16

Spre deosebire de orbitalii sp3, orbitalii hibridizai sp2sunt aezai trigonal nacelai plan, formnd ntre ei unghiuri de 120. n aceast stare de hibridizare ato-mul de carbon are trei orbitali monoelectronici sp2, cu care realizeaz trei legturisimple (), i un orbital monoelectronic nehibridizat, orientat perpendicular peplanul axelor orbitalilor sp2(fig. 1.5).

120

Atomul de carbon se gsete n stare de hibridizare sp2n compuii cu legturiduble i n radicalii liberi.

Hibridizarea spCarbonul se gsete n stare de hibridizare sp,cnd orbitalul 2sse contopete

numai cu un orbital din cei trei orbitali 2p (2px), formnd doi orbitali sp monoelec-tronici, care conduc la dou legturi simple (), i doi orbitalip monoelectronici

nehibridizai.

Fig. 1.5.Formarea orbitalilor hibridizai sp2.

Orbitalii hibridizai sp se gsesc pe aceeai linie i sunt ocupai cu cte unelectron , iar orbitalii 2p, nehibridizai, sunt dispui perpendicular ntre ei i peplanul axelor celor doi orbitali hibridizai sp (fig. 1.6).

Fig. 1.6. Formarea orbitalilor hibridizai sp.

Hibridizarea spse ntlnete n compuii cu legturi triple (alchine).



17/208


17

Legtura covalent n compuii organici

Deja cunoti c n moleculele substanelor organice atomii elementelor orga-nogene sunt unii ntre ei prin legturi chimice covalente.

Modul de formare a legturii covalente poate fi descris att prin aplicarea cu-plurilor comune de electroni, ct i prin aplicarea metodei orbitalilor electronici.Legtura covalent este legtura dintre atomi realizat pe baza cuplurilor comu-ne de electroni sau prin ntreptrunderea orbitalilor electronici ai acestora.

Se numete legtur simpl legtura ce se realizeaz prin intermediul uneisingure perechi comune de electroni.

*Exemple:

Totodat, formarea legturii chimice covalente are loc la ntreptrunderea

reciproc a orbitalilor electronici ai celor doi atomi, ns legtura se realizeazn acea direcie, unde are loc ntreptrunderea cea mai complet a orbitalilor,concomitent densitatea electronic a lor crete esenial ntre nucleele atomilor ceinteracioneaz.

S-a constatat urmtoarea legitate: cu ct e mai mare (mai complet) ntre-ptrunderea orbitalilor electronici, cu att e mai trainic legtura chimic ce seformeaz. Gradul de ntreptrundere a orbitalilor electronici depinde de formai orientarea lor. Cea mai trainic legatur chimic se formeaza atunci cnd n-treptrunderea orbitalilor are loc de-a lungul axei ce uneste cele dou nuclee aleatomilor. n acest caz se formeaza legtura (sigma) (fig. 1.7).

Totodat, doi atomi se pot lega ntre ei, formnd n comun mai mult de o pe-reche de electroni (2 sau 3). Astfel de legturi se numesc multiple.Se numesc legturi covalente multiplelegturile ce se realizeaz prin inter-mediul a dou sau trei perechi comune deelectroni.

Exemple:

Dac din cauza orientrii orbitalilor electronici ntreptrunderea are loc nafara liniei (axei) ce unete nucleele ambilor atomi, atunci se formeaz legtura (pi), de exemplu n etilen i acetilen (fig. 1.8; 1.9).

n cazul cnd molecula este format din atomi ai unor elemente diferite, cu-plurile de electroni sunt deplasate spre atomul cu electronegativitatea mai mare.Astfel de legturi se numesc legturi covalente polare.

MULTIPLSIMPL

H2C = CH2HC CH

H2C = OR C N

H3C CH3 H3C OH

Polar PolarNepolar Nepolar

Legtura covalent

Schema 1.1. Tipuri de legturi covalente n compui organici



18/208


18

*Modul de formare a legturilor i n hidrocarburi

n molecula de etan (C2H6), ntre atomii de carbon (C-C)i ntre atomii de carbon i hidrogen (C-H), se realizeaz

doar legturi . (fig. 1.7)

n molecula de etilen (C2H4) fiecare atom de carbonconine cte trei orbitali hibridizai sp2care prin ntrep-trundere de-a lungul axei formeaz o legtur (C-C) icte dou legturi (C-H). Cei doi orbitalipnehibridizaide la fiecare atom, fiind paraleli ntre ei i perpendiculari peplanul legturilor , se ntreptrund deasupra i sub planullegturilor , formnd un alt tip de legtur - (fig. 1.8).

Prin urmare, ntre atomii de carbon se realizeaz leg-tura dubl (C=C) format dintr-o legtura simpl i una. Toate legturile dintre carbon i hidrogen (C-H) sunt,de asemenea, legturi .

n molecula de acetilen (C2H2) fiecare atom de carbonare cte doi orbitali hibridizai spcare se ntreptrund de-alungul axei ce unete cele dou nuclee, formnd o legtu-r (C-C) i cte o legtur (C-H), iar cei doi orbitalipnehibridizai de la fiecare atom de carbon, fiind perpendi-culari ntre ei i perpendiculari pe planul legturilor , sentreptrund doi cte doi n diferite planuri, formnd incdou legturi (fig. 1.9).

Astfel, n molecula de acetilen, ntre atomii de carbonse realizeaz legtura tripl, (CC), format dintr-o legtur i dou legturi .

Fig. 1.7.ntreptrundereaorbitalilor i formarealegturilor (C-C) i

(C-H) n molecula de etan.

Fig. 1.8.ntreptrundereaorbitalilorpi formarealegturii n molecula

de eten.

Fig. 1.9.ntreptrundereaorbitalilorpi formarea

legturilor n moleculade acetilen.

Legtura TipullegturiiLungimea,

nmTipul de

hibridizareOrientarea

spaialValoarea unghiului

dintre orbitali

C-C unitar 0,154 sp3 tetraedric 10928'

C=C dubl 0,134 sp2 plan 120

CC tripl 0,120 sp liniar 180

Legturile ce se formeaz la ntreptrunderea orbitalilor,de-a lungul axei ce unete nucleele atomilor, se numesclegturi .

Legturile ce se formeaz la ntreptrunderea orbitalilorp nafara axei ce unete nucleele atomilor se numesc legturi .

Repet i consolideaz

Tabelul* 1.3. Caracteristicile legturilor covalente dintre atomii de carbon

C

H

H

H

C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

CH C H

Unele caracteristici ale legturilor covalente dintreatomii de carbon din compuii organici sunt reprezentaten tabelul 1.3.

Compuii organici ce conin n molecul doar legturi

simple (unitare) se numesc compui saturai. Compuii careconin n molecul legturi duble sau triple ntre atomii decarbon se numesc compui nesaturai.



19/208


19

1. Definete noiunile: *orbital hibrid;

legtur covalent; legtur covalent nepolar i polar.2. *Explic: a) ci orbitali hibrizi are atomul de carbon n stare de hibridizare sp3?

Deseneaz forma unui orbital hibrid. b) cum sunt aranjai cei trei orbitali hibrizi ai atomului de carbon n stare de

hibridizare sp2? Deseneaz forma orbitalului nehibridizat. Cum este situat nspaiu orbitalul nehibridizat fa de cei trei orbitali hibridizai? Ci orbitalii care dintre ei particip la hibridizarea sp? Cum sunt aranjai cei doi orbitalihibrizi ai atomului de carbon n stare de hibridizare sp?

c)ce tip de legtur ( sau) se formeaz: 1) prin suprapunerea frontal a doi

orbitali si a doi orbitalip; 2) prin suprapunerea frontal a unui orbital si aunui orbitalp ?3. *Argumenteaz: a) trinicia diferit a legturilor i, reieind din modul de suprapunere a

orbitalilor ce genereaz aceste legturi;b)proprietile specifice ale legturii covalente.

4. *Indictipul de hibridizare a fiecrui atom de carbon din molecula:

AUTOEVALUARE

LEGTURACOVALENT

Lungimea legturii, nm Multiplicitatea Energia legturii, kJ/mol

0,1540,1340,120

- simpl ()C=C dubl ()CC tripl ()

347607803

CH3

CH3 C = CH C C CH2 CH3

5. *Formuleazconcluzii despre relaiile dintre lungimea, energia i multiplici-

tatea legturii carbon - carbon, folosind schema de mai jos:

6. Rspunde cu A(adevrat) sau F(fals) la urmtoarele afirmaii:

A FA.*La hibridizarea sp3se formeaz 4 orbitali hibrizi cuaceeai energie, orientare tetraedric i unghiurile dintreaxe de 10928`.B.*La ntreptrunderea orbitalilor hibrizi se formeaz doarlegturi simple .C.ntre atomii de carbon n compuii organici se realizeazdoar legturi ionice.D.n compuii organici exist doar legturi .



20/208


20

Premisele elaborrii teoriei structurii chimice

La nceputul sec. al XIX-lea chimia organic necesita oteorie care ar fi explicat de ce:

anume carbonul i hidrogenul pot forma un numratt de mare de compui, numii hidrocarburi?

substanele organice sunt cu mult mai numeroasedect cele anorganice?

valena carbonului pare a fi variabil i care este,totui, valena atomului de carbon n compuii or-ganici?

exist substane cu aceeai compoziie i, deci, cuaceeai mas molecular, dar cu proprieti diferite(pe care mai trziu Berzelius le-a numit izomeri)?

Formularea conceptului de legare a atomilor n mo-lecul a constituit premisele elaborrii teoriei structuriichimice a compuilor organici.

Datorit eforturilor a numeroi savani din sec. al XIX-lea, inclusiv E.Frankland, F.Kekul i H.Kolbe etc., darmai cu seam A.Butlerov, care a generalizat i interpretat

tiinific descoperirile de pn la 1860, n chimia organica fost introdus noiunea de structur chimic, ce reflectmodul de legare a atomilor n molecule.

n 1861, A. Butlerov a formulat pentru prima dat tezeleacestei teorii (schema 1.2).

E.Frankland(1825-1899)

Chimist-organician englez.A introdus noiunea de

for de combinaie (1852),ce a precedat noiunea de

valen.

A.Butlerov(1828-1886)

Chimist rus, autorul

teoriei structurii chimicea compuilor organici. A

prezis i a studiat izomeriamultor compui organici.

Teoria structurii chimicea compuilor organici1.3.

Atomii n molecul suntlegai, conform valenei lor,ntr-o ordine anumit, nu-mit structur chimic.

Proprietile substanei suntdeterminate nu numai decomponena moleculelor ei,dar i de structura acestora.

Reactivitatea atomilor din moleculdepinde i de natura altor atomi cu careei sunt legai, ceea ce prezint rezultatulinfluenei lor reciproce.

Uneia i aceleiai componene cantitati-ve i calitative pot s-i corespund maimulte structuri chimice, ceea ce cauzea-zfenomenul izomeriei.

Tezele de baz ale teo-riei structurii chimicea compuilor organici

Schema 1.2. Tezele de baz ale teoriei structurii chimice

S elucidm aceste teze. innd seama de tezele teoriei citate i lund dreptexemplu hidrocarburile studiate n cl. a IX-a, observ succesiunea n care sunt legaiatomii n molecul. Notnd n mod convenional valena elementelor prin liniue,putem prezenta ordinea de legare a atomilor n molecula metanului (fig. 1.10, a).



21/208


21

Pentru ca n molecula de etan (C 2H6) toi atomiide carbon i de hidrogen s formeze o molecul, ato-mii de carbon trebuie s fie legai ntre ei (fig. 1.10, b).Consumnd cte o valen pentru a se uni unul cu al-tul, atomii de carbon mai dispun de cte trei valenelibere, care pot fi saturate cu ase atomi de hidrogen(fig.1.10,c). n molecula de propan atomii sunt legai nsuccesiunea indicat n formulele alturate (fig.1.10, d).

Lanurile lungi de atomi de carbon legai covalent senumesc catene.

n chimia organic pe larg se folosesc cteva tipuri deformule.

Formula molecular indic specia de atomi (calitatea)i numrul de atomi de fiecare element (cantitatea) din

molecul.Formulele chimice care reprezint ordinea de legare a

atomilor n molecul se numesc formule de structur.

CH3CH2CH2CH3a

CH3CHCH3 |CH3

b

Fig. 1.11.a butan;b izobutan.

a

Fig. 1.10.a metan;b, c etan; d propan.

b

c

d

Formulele de structur oglindesc numai succesiunea n care sunt legai atomiintre ei, nu i poziia ce o ocup n spaiu.

Formulele de structur ale substanelor se scriu desfurat (fig. 1.10, a,b, c, d) sau deseori semidesfurat (fig.1.10, d), de exemplu pentru butan:CH3CH2CH2CH3.

n aceste formule liniuele indic legtura dintre atomii de carbon, dar nu dintre

atomii de carbon i hidrogen.Izomeria

Ce influen are ordinea de legare a atomilor n molecul asupra proprietilorsubstanelor?

Un merit deosebit n soluionarea acestei probleme i re-vine lui A.Butlerov, care a prezis existena celor doi izomeriai hidrocarburii C4H10. Pe baza teoriei structurii chimice (lahidrocarburi, ncepnd cu butanul, sunt posibile diferite mo-duri de legare a atomilor n molecul), n 1867 el a sintetizatizomerul prezis, confirmnd astfel justeea teoriei sale. Acest

izomer a fost numit izobutan (fig. 1.11, a, b), deoarece diferde butanul normal prin structura moleculei i prin proprieti,dei ambii au aceeai formul C4H10. Izomeria constituiecauza existenei unui numr enorm de compui organici.

Izomeriaeste fenomenul existenei compuilor cu aceeai componen i masmolecular, dar diferii prin structura molecular i deci prin proprieti.

Compuii ce au o compoziie molecular identic, aceeai formul molecular,dar o structur chimic diferit i, ca urmare, proprieti diferite, se numesc izomeri.

n chimia organic fenomenul izomeriei este foarte rspndit. Despre el vei aflamai detaliat la studierea tuturor seriilor omoloage de compui organici.



22/208


22

Catene de atomi de carbonO proprietate caracteristic a atomului de carbon este cea de a se lega ntre ei

n diferite moduri, formnd lanuri de atomi.

Lanurile de atomi de carbon unii prin legturi covalente se numesc catene.

n funcie de numrul legturilor covalente realizate, atomul de carbon poate fi:

1)primar are o singur covalen realizat cu un alt atom de carbon: ;

2) secundar are 2 covalene realizate prin legturi carboncarbon (o legturdubl sau dou legturi simple):

3) teriar are trei covalene realizate cu ali atomi de carbon (trei legturi simple

sau una simpl i una dubl, sau o legtur tripl):

4) cuaternar are toate covalenele realizate cu ali atomi de carbon (o legturdubl i dou legturi simple sau o legtur tripl i una simpl):

Importana teoriei structurii chimice

Teoria structurii chimice, elaborat de A.Butlerov, este descoperire funda-mental. Ea a pus bazele tiinifice ale chimiei organice i a permis s se explice:

1) structura moleculelor compuilor organici;2) diversitatea mare a compuilor organici;3) prezicerea teoretic a existenei unor noi compui organici, precum i calea

de sintez a lor.Datorit acestei teorii a fost posibil prezicerea tuturor structurilor existente

pentru o formul molecular concret, fapt ce a avut o deosebit nsemntate ndezvoltarea ulterioar a chimiei organice.

Noiunea de structur chimic a fost completat n decursul anilor. etapimportant reprezint introducerea noiunii de stereochimie, adic posibilitateareprezentrii spaiale cu trei dimensiuni a legturilor dintre atomi.

Datorit metodelor moderne de cercetare au putut fi determinate unghiurile

dintre valene, precum i distanele dintre atomi. alt completare important a noiunii de structur chimic constituie teoria

despre rolul electronilor de valen n legtura chimic.Teoria mecanicii cuantice explic legtura chimic i distribuia densitii

electronice ntr-o interpretare modern. Astfel, n viziunea concepiilor moderne,structura chimic reprezint ordinea i orientarea legturilor, distanele interato-mice i repartiia densitii electronice n molecul.

C C

C C C

C

C C C C C

C

C

C

C

C CC CC C

C C C

C

C

C CCC C

C

C



23/208


23

Proprietatea specific a atomilor de carbon de a se lega ntre ei n lanuri lungi (ca-tene) sau cicluri face posibil existena unui numr enorm de compui organici.

Catenele n care atomii de carbon se unesc numai prin legturi covalente simple

() se numesc catene saturate.Catenele n care pe lng legturile simple se gsesc i legturi covalente duble

() sau triple () se numesc catene nesaturate1.

n funcie de modul de dispunere a atomilor de carbon n catene, acestea pot fi:

a liniare: (saturate i

nesaturate)

b) ramificate:

(saturate inesaturate)

c) ciclice (simple i cucaten lateral)

i aromatice (cicludin 6 atomi de car-bon cu trei duble le-gturi alternante):

Aceste tipuri de catene permit divizarea compuilor organici n dou clase mari:compui aciclici icompui ciclici.

1 n exemplele de mai sus tipurile de atomi de carbon primar, secundar, teriar, cuaternar sunt evideniaterespectiv prin: cerc, romb, triunghi, ptrat.

Se cunosc substane organice, n care atomii de carbon formeaz lanuri saucatene, ce includ de la 2 pn la zeci de mii de atomi de carbon.

Repet i consolideaz

CATENE CARBONICE

Aciclice

simple

saturate simplesaturate saturate

mixtenesaturate nesaturate nesaturate

aromaticeliniare ramificate

Ciclice

Scrie cte un exemplu de fiecare tip de caten, preciznd natura fiecrui atomde carbon.



24/208


24

Modelai diverse catene, utiliznd plastilin ibeioare.

1.Modelarea catenei carbonice liniare saturat din 4 atomi de carbon.

a) modeleazdin plastilin patru bile de aceeai culoare idimensiuni, care vor simboliza patru atomi de carbon;

b) unetecele patru bile cu trei beioare (chibrituri), aranjatesub un unghi de aproximativ 109, sub forma unui zigzag;

c) aplicpe suprafaa bilelor din captul catenei carbonicecte trei beioare orientate tetraiedric, iar unghiul dintrebeioare de asemenea s fie de aproximativ 109;

d) aplicpe suprafaa bilelor 2 i 3 cte dou beioare, formndntre ele un unghi de 109 28 (fig. 1.12,a);

e) verificposibilitatea rotaiei atomilor de carbon n jurullegturilor simple.

2.Modelarea unei catene ramificate saturat din 4 atomi de carbon.a) modeleazdin plastilin patru bile egale;b) unetetrei bile cu dou beioare, aranjate sub un unghi de

~109;c) aplicpe suprafaa bilei din mijloc un beior unit la alt capt

cu alt bil (fig. 1.12,b);

3.Modelarea unei catene ciclice saturate din patru atomi de carbon.a) modeleazpatru bile i pregtete 12 beioare;b) unetecele patru bile cu patru beioare n form de ciclu;c) aplicpe suprafaa fiecrei bile cte dou beioare ce vor

simboliza valenele libere ale atomilor de carbon (fig. 1.12,c).

Fig. 1.12.Mode-le

"bil-ax" ale

unor catenecarbonice:

a caten liniarsaturat;

b caten rami-fcat saturat;

c caten ciclicdin 4 atomi.

a)

b)

c)

Activitate n echip

109o

109o

AUTOEVALUARE

1. Enumerpremisele elaborrii teoriei structurii chimice a compuilor organici.2. Alege rspunsul corect:

Cte substane sunt reprezentate prin urmtoarele formule de structur?a)

CH

3CH

2CH

3; b)CH

3CHCH

2CH

3; c)

CH

3CH

2CH

2CH

2CH

3;

CH3

d) ; e) ; f) .

A.2; B.3; C.4; D.5.

3. Reprezint pentru compusul cu formula molecular C5H10 : a)o caten nesaturat; b)o caten saturat (ce form va avea?).

4.* Indic tipul atomilor de carbon n formula de structur ce urmeaz:

5.* Reprezint structura unei catene care conine:a)patru atomi de carbon primari, doi atomi de carbon teriari, unul secundar iunul cuaternar;b)cinci atomi de carbon secundari, unul teriar i unul primar.



25/208


25

Compoziia substanelor organice1.4.*

*Separarea i purificarea substanelor organice

Se cunoate c studiul unei substane organice ncepe cu stabilireacompoziiei ei. ns pentru a purcede la aceast procedur, substanarespectiv trebuie s fie chimic pur, adic s fie format din acelaifel de molecule. n acest scop substana organic se purific.

Separareaipurificareacompuilor organici poate fi efectuat prindiferite metode. n practica de laborator, ns, mai des se utilizeaz doarcteva metode: cristalizarea, sublimarea, extracia i distilarea.Cristalizarea metod ce se aplic la separarea i purificarea substan-

elor solide i se bazeaz pe diferena de solubilitate a componenteloramestecului ntr-un dizolvant oarecare la temperatura de fierbere aacestuia. n consecin se obine soluie saturat din care prin rcireaei se cristalizeaz substana pur. Separarea cristalelor din soluie seefectueaz prin filtrare la presiune redus (fig. 1.13).Sublimarea metod de purificare bazat pe fenomenul sublimrii proprietatea unor substane de a trece prin nclzire din starea soliddirect n cea gazoas. Condensarea vaporilor rezultai permite obi-nerea cristalelor cu puritate nalt fa de proba iniial (fig. 1.14).Extracia metod aplicat pentru separarea att a substanelor li-chide, ct i a celor solide cu ajutorul unui dizolvant n care substanasupus separrii se dizolv bine, comparativ cu impuritile sau altecomponente din amestec. Extracia se efectueaz cu utilizarea plni-ilor de decantare (fig. 1.15).Distilarea metod ce se aplic la separarea i purificarea substanelororganice dintr-un amestec, de obicei, lichid alctuit din mai mulicomponeni. Ea se bazeaz pe diferena dintre punctele de fierbereale componenilor amestecului. Instalaia folosit n acest scop estereprezentat n fig. 1.16.

Aprecierea gradului de puritate a substanelor organice se face prindeterminarea unor mrimi caracteristice compuilor organici, numiteconstante fizice. Pentru substanele solide aceast mrime este punctulde topire, iar pentru cele lichide punctul de fierberei indicele de re-

fracie. Aceste constante fizice sunt incluse n ndrumarele chimice.

EX T I N D ERE

Fig. 1.15.Plnii de decantare.

Fig. 1.16.Instalaie pentru distilare.

Fig. 1.14.Dispozitive pentru sublimare.

Fig. 1.13.Operaiile unei

cristalizri:a dizolvarea

substanei;b ltrarea soluieierbini; c ltrareasub vid a cristalelor.

b

c

a



26/208


26

*Stabilirea compoziiei substanelor organice

Pentru a cunoate o substan organic este necesar s tii, n primul rnd, ceelemente conine i n ce proporie se gsesc ele una fa de alta n molecula dat.

n acest scop, dup purificare substana organic este transformat n compui an-organici simpli (prin ardere), care sunt determinai, aplicndu-se metodele chimieianalitice i anorganice.

Analiza elemental calitativ

Analiza elemental calitativ stabilete specia atomilor prezeni n substanaorganic dat. O cantitate mic de substan bine uscat (de ce?) se nclzete la otemperatur nalt cu oxid de cupru (II). Carbonul i hidrogenul din substanaorganic formeaz cu oxigenul din oxidant (CuO) oxid de carbon (IV) i ap:

(C, H) din substana analizat + CuO CO2+ H2O + CuPentru a determina celelalte elemente organogene (azot, sulf, halogen), proba de sub-

stan organic se nclzete pn la incandescen cu sodiu metalic. n urma reaciei seformeaz compui anorganici ce pot fi uor identificai prin reacii simple specifice.

Tabelul 1.4.Reaciile de identificare a carbonului, hidrogenului, halogenilor

Elementul Reacia de identifcare

Carbon

Hidrogen

Halogen

CaCl2+ H2O CaCl2 .H2O2 KOH + CO2 K2CO3+ H2OAmbele substane se gsesc n vase de

absorbie cntrite n prealabil. Diferen-ele de mas ale vaselor, nainte i duparderea substanei, reprezint masa deap i oxidul de carbon (IV) obinut laarderea substanei. Dup aceste date secalculeaz partea de mas de carbon ide hidrogen n procente.

O2 O2H2O

CaCl2

CuOA

KOH

CO2

Instalaie pentru determinarea carbonuluii hidrogenului n compui organici.

Fig. 1.17.

Anhidru (alb) Cristalohidrat (albastru)

(proba Beilstein)

Analiza elemental cantitativMetoda de determinare cantitativ a carbonului i hidrogenului dintr-o sub-

stan organic ce conine carbon, hidrogen, eventual oxigen, n general, se bazeazpe aceleai principii ca i analiza elemental calitativ i are drept scop stabilireacantitii fiecrui element (identificat n prealabil), ce intr n compoziia a 100pri de mas (g) de substan.

Instalaia pentru analiz const dintr-un tub de combustie, n care se introducesubstana A pentru analiz, i serie de vase de absorbie (fig. 1.17).

Hidrogenul este transformat n ap, care este reinut de clorura de calciuanhidr (CaCl2), iar carbonul este transformat n oxid de carbon (IV), care este

reinut de KOH:



27/208


27

Formula brut. Formula molecular (real)

Formula brut indic specia elementelor i cel mai simplu raport numericdintre numrul de atomi care intr n compoziia substanei respective.

Exemple: CH; CH2O; CHCl.Exist un numr mare de compui care au aceeai formul brut (F.b.). Prinurmare, formula brut nu poate servi pentru caracterizarea proprietilor fizicei chimice ale substanei date. n acest scop este necesar de a stabili formula eimolecular (F.M.).

Formula molecular (real) arat specia atomilor i numrul lor real dintr-omolecul de substan.

Ea poate fi identic cu formula brut sau poate constitui un multiplu de numerentregi ale acesteia, adic F.M.= (F.b.)n.

Exemple:(CH2O)6; (CH2O)2; (CH2)5.

Pentru a stabili formula molecular real, n afar de formula brut, trebuiecunoscut i masa molecular a compusului, deoarece n =

Mr(F.M.)

Mr(F.b.).

Masa molecular deseori se d n problem sau se determin experimental.

I. Stabilirea formulei brute i a formulei moleculare dup prile de mas aleelementelor constituente.

Problema 1

n urma analizei cantitative elementale s-a stabilit c o substan organic coni-ne 52,17% C, 13,05%H i 34,78%O. Masa molecular a substanei este 46. S sestabileasc formula brut i formula molecular a substanei.

Rezolvare:1. Se noteazprin x, y, z numrul de atomi respectivi dinformula substanei.2. Se determinx, y, z prin mprirea maselor elementelorla masele molare corespunztoare (considernd masa probeide substan egal cu 100 g, masele carbonului, hidrogenuluii oxigenului vor fi egale cu prile de mas respective).

Exemplu: m(C)=

m(C)=(C)

Prin urmare, x:y:z= = 4,35 : 13,05 : 2,17

3.Se mpartvalorile obinute la cel mai mic numr din cele obinute pentru simpli-carea raportului: x : y : z = 2 : 6 : 1

4. Se scrie cea mai simpl formul: C2H6O (formula brut).5.Se recurgela masa molar a substanei calculat dup formula brut pentru a stabiliformula molecular (real) (C

2H

6O)n:

Mr(F.b.) C2H6O = 2 12 + 6 1 + 1 16 = 46 M = 46 g/mol

6.Se comparmasa molar a substanei dup formula brut cu cea din condiiileproblemei (obinut experimental). Deci, formula brut C2H6O este n acelai timp iformula molecular a substanei, indicele de multiplicare n fiind egal cu 1.

Se d:(C) = 52,17%(H) = 13,05%(O) = 34,78%M(CxHyOz) = 46 g/molCxHyOz ?



28/208


28

II. Stabilirea formulei brute i a formulei moleculare a substanelor organicedup raportul de mas a elementelor constituente.

Problema 2n molecula unei substane organice masa carbonului i hidrogenului se raport

ca 6:1 . Masa molar a substanei este egal cu 56 g/mol. S se stabileasc formulabrut i formula molecular a substanei.Se d:m(C): m(H)=6:1M = 56 g/mol

CxHy- ?

Deci, formula brut este: CH2, iar formula real va fi (CH2)n; Mr(CH2) =(12+2) =14.

3. Se determinn din relaia:

Deci, formula molecular: (CH2)4 = C4H8.R s p un s : Formula molecular a substanei organice este C4H8.

Rezolvare:1. Se noteaz prin x i y numrul de atomi respectivi n formulasubstanei CxHy.2. Se calculeazformula brut dup raportul de mas:

n=Mr(F.M.)

Mr(F.b.)

56

14

= =4.

m(C) 6 1m(H)x : y = = : = 0,5 : 1 = 1 : 2:M(C) 12 1M(H)

AUTOEVALUARE

1.Descriecu ajutorul ecuaiilor chimice principiile care stau la baza analizei ele-mentale calitative a unui compus format din C, H, Cl.

2.Explic: a)de ce determinarea formulei moleculare a substanei nu este suficient pentru

a stabili structura substanei; b)care este relaia dintre structura chimic i proprietile substanei organice.3.Determinformulele brute ale substanelor organice cu urmtoarea compoziie: a)(C)=82,77%;(H)=17,24%;

b)(C)=94,28%; (H)=5,62%; c)(C)=32,00%; (H)=6,66%; (N)=18,67%; (O)=42,66%; d)(C)=24,75%;(H)=2,06%;(Cl)=73,2%.4.Un compus organic are urmtoarea compoziie: (C)=68,2%; (H)=13,6%; (O)=18,2%. Masa molecular este egal cu 88. S

se determine formula brut i cea real. (R.:C5H12O)5.O substan organic conine elementele: C 82,7%; H 17,3%. Masa molecular

este egal cu 58. Care este formula molecular a substanei? (R.:C4H10)6.n urma analizei elementale cantitative s-a stabilit c substana organic conine: C 42,85%; H 2,38% i N 16,66%. a)s se stabileasc formula brut; b) s se afle masa molecular a substanei, dac valoarea lui n din formula

brut este 2.7.Stabileteformula molecular a substanei organice care conine n compoziia sa

40,6% C, 8,47% H, 23,73% N i are masa molecular egal cu 59 g/mol. Reprezintformulele structurale posibile, dac se tie c substana conine o legtur dublntre carbon i oxigen. (R.:C2H5NO)

8.Determinformula brut ce corespunde substanei organice, a crei compoziieexprimat prin raportul de mas este:a)C:H:N = 6:2:7; b)C:H:O = 6:1:8; c)C:H:N:O = 18:1:7:16.



29/208


29

Probleme de calcul la stabilirea compoziieisubstanelor organice

I. Calcule n baza corelaiei dintre densitatea relativ a gazelor i masa molecu-lar relativ.

Amintete-i!Densitatea relativ a gazelor (D) indic raportul masei moleculare relative a

unui gaz (Mr1) ctre masa molecular relativ a altui gaz (Mr2).

Problema 1Se d o substana organic cu formula molecular C4H10. S se determine densi-

tatea relativ a vaporilor acestei substane n raport cu hidrogenul.Se d:substana cuformula C4H10

D(H2)-?

R s p u n s : Densitatea relativ n raport cu hidrogenul este egal cu 29.

Problema 2Densitatea relativ a vaporilor unei substane organice n raport cu aerul este

egal cu 1,586. S se calculeze masa molecular a substanei.

Se d:D(aer)=1,586

Mr(sub.)-?

R s p u n s : Masa molecular a substanei este egal cu 46 g/mol.

III. Stabilirea compoziiei substanei organice dup densitatea relativ i pri-le de mas ale elementelor constituente.

Problema 3n urma analizei cantitative elementale s-a stabilit c o substan organic

conine 80% C i 20% H, iar densitatea relativ a vaporilor ei n raport cu hidrogenuleste egal cu 15. S se determine formula brut i formula molecular a acesteisubstane.

Rezolvare:1. Se calculeaz masa molecular relativ dup formula substanei:

Mr(C4H10) =4 .12 + 12 . 10=58.2. Se determin densitatea relativ n raport cu hidrogenul dupformula:

Rezolvare:Se remarc:masa molecular relativ medie a aerului este egal cu 29.Se calculeazmasa molecular relativ a substanei dup formula:

Mr (sub.) = 1,586 29 = 46.

M = 46 g/mol.

Mr1 Mr1 Mr1D = ; D(H2)= ; D (aer)= .Mr2 Mr(H2) Mr(aer)

582

Mr(C4H10)D(H2)= = = 29.Mr(H2)

Mr(sub.)D(aer)= ; Mr(sub.) = D(aer) Mr(aer);Mr(aer)

1.5.



30/208


30

1.5.*Se d:(C) =80%(O)=20%

D(H2)=15

Formula-?

2.Se admitec masa probei de substan este egal cu 100 g, atunci masa carbonuluii cea a hidrogenului vor fi egale cu prile de mas respective. Deoarece suma prilorde mas a C i H este 100%, substana nu conine al treilea element.

3. Se noteazprin x i y numrul de atomi respectivi n formula substanei: CxHy.Prin urmare:

4.Se scriecea mai simpl formul: CH3(formula brut), iar formula molecular este(CH3)n, unde n este numrul de multiplicare.5. Se determinmasa molecular relativ a substanei dup formula brut: Mr(CH3)=12 +1 .3=15.6.Se stabiletevaloarea lui n din relaia

Deci, formula molecular este (CH3)2 = C2H6.

R s p u n s : Formula molecular a substanei organice este C2H6.

*Metoda II

De obicei, dac se cunosc prile de mas (n procente) i masa molecular, secalculeaz direct formula molecular, neglijnd formula brut, aplicnd relaia:

(E) =nAr(E)

Mr 100%, de unde n(E)=

(E) MrAr(E) 100%

care se obine din proporia: Mr-----------------100%nAr(E) ----------(E)%,

unde n(E) numrul de atomi ai elementului respectiv;(E) partea de mas a elementului;Mr masa molecular relativ a substanei; Ar(E) masa atomic relativ a elementului.

Aplicnd relaia de mai sus la condiiile problemei, rezult c numrul atomilorrespectivi va fi:

de unde se stabilete formula molecular: C2H6.

R s p u n s : Formula molecular a substanei organice este C2H6.

Rezolvare:1. Se calculeazmasa molecular relativ a substanei dup formula:

Mr(sub.)D(H2)= ; Mr(sub.) = D(H2) Mr(H2) = 15 .2 = 30.Mr(H2)

M(sub.) = 30g/mol.

m(C) 20 g80 gm(H)x : y = : ; = 6,6 : 20 = 1 : 3x : y = :M(C) 1 g/mol12 g/molM(H)

(C) 100%m(C) = ; m(C) = (C); m(C) = 80 g; m(H) = 20 g.

100

Mr(F.M.) 30n = = = 2.

Mr(F.b.) 15

Metoda I

80% 30g/mol= 2;

12g/mol 100%20% 30g/mol

= 6,n(H) =n(C) = 1g/mol 100%

,



31/208


31

AUTOEVALUARE

1. Selecteazrspunsul corect: Care din compuii de mai jos conin 20% de carbon? a)CON

2

H4

; b)CO2

H2

; c)C2

H6

; d)COS; e)niciunul.2. Determinpartea de mas a fiecrui element din substanele organice cu ur-

mtoarele formule moleculare: a)C2H6; b)C7H14; c)C2H4O; d)C5H5N.3. Calculeazpartea de mas a clorului n tetraclorometan (CCl4) ce se folosete

ca dizolvant.4. Determinmasa a 0,5 mol de propan (C3H6).5. Ce volum vor ocupa 0,25 mol de etilen (C2H4)?6. Freonul-12 (difluorodiclorometan CF2Cl2) se utilizeaz ca agent frigorific.

Calculeaz densitatea relativ a freonului12 n raport cu aerul i cu azotul.(R.: 4,17; 4,32)

7. Stabileteformula molecular a substanei organice, care are urmtoarea com-poziie: 26,10% C, 4,35% H, 65,55% O i masa molecular relativ a ei este egalcu 46. (R.: C2H6O)

8. Care este formula molecular a substanei organice, care conine elementele:C82,7% i H17,3%, iar densitatea relativ a ei n raport cu aerul este egal cu 2.

(R.: C4H10)9. Determin formula molecular a gazului, care se folosete la obinerea peliculelor

pentru ambalarea diferitor produse cu partea de mas a carbonului 85,71% i ahidrogenului 14,29%. Densitatea relativ a acestui gaz n raport cu hidrogenul esteegal cu 21. (R.: C3H6)

10. Stabilete formula molecular a substanei organice care conine 37,5% C, 12,5%

H i 50% O, iar densitatea relativ a vaporilor ei in raport cu aerul este egal cu1,103. (R.: CH4O)

11.Determin formula molecular, dac se tie c n molecula unei substaneorganice masele carbonului, hidrogenului i oxigenului se raport, respectiv,6:1:4. Densitatea relativ a vaporilor ei n raport cu aerul este egal cu 3,035.

(R.: C4H8O2)

Alctuii i rezolvai probleme la stabilirea formulelor moleculareale hidrocarburilor CxHy (fiecare elev din echip alctuiete i rezolv prin dou metodeo problem, completnd tabelul de mai jos).

Hidrocarbura Densitatearelativ, D

Mr ,% x y FormulabrutCxHy

Formulareal

(CxHy)n

C H

A D(H2) = 28 ? 85,71 ? ? ?

B D(aer) = 0,97 ? ? 14,29 ? ?

C D(O2) = 1,81 ? 82,75 ? ? ?

D D(N2) = 2,78 ? ? 7,7 ? ?

Activitate n echip



32/208


32

1.6.*Probleme de calcul la stabilirea formuleisubstanei organice dup produsele de ardere

n enunurile acestor tipuri de probleme de calcul este dat masa substaneiorganice supus arderii, densitatea vaporilor ei n raport cu hidrogenul sau aeruli produsele de ardere CO2 i H2O[masa (g), volumul (ml) sau cantitatea desubstan (mol)].

Stabilirea formulei moleculare:a) dup masa de substan supus arderii, masa oxidului de carbon (IV) imasa apei, formate n urma arderii.

Problema 1La arderea n oxigen a unei probe de substan organic cu masa 3,6 g s-au format

11 g CO2i 5,4 g H2O. Densitatea vaporilor acestei substane n raport cu hidrogenuleste egal cu 36. S se determine formula molecular a substanei organice.

Metoda I

Mr(sub.)D(H2)= ; Mr(sub.) = Mr(H2)

.D(H2)= 2.36 = 72.

Mr(H2)

m 11 gv = =M(CO2)=44 g/mol; = 0,25 mol.M 44 g/mol

m 5,4 gv = =M(H2O)=18 g/mol; = 0,3 mol.M 18 g/mol

Se d:m(sub.)=3,6 gm(CO2)=11 gm(H2O)=5,4 gD(H2)= 36

Formula-?

Rezolvare:1. Se calculeazmasa molecular relativ a substanei dup formula:

2. Se calculeazcantitatea de substan CO2:

3. Se determinmasa carbonului din relaia:

(CO2)=(C) =0,25 mol; m(C) =(C) .M(C)=0,25 mol .12 g/mol =3 g.

4.Se calculeazcantitatea de substan H2O i respectiv masa hidrogenului:

Deoarece 1 mol de H2O conine 2 mol de hidrogen: (H)=0,3 mol . 2 = 0,6 mol;

m(H)=(H) .M(H)=0,6 mol .1 g/mol= 0,6 g.

5.Se calculeazsuma maselor carbonului i hidrogenului din substana organic: m(C) + m(H)= 3 g + 0,6 g=3,6 g.Prin urmare, substana supus arderii este o hidrocarbur (nu conine alt element).

6.Se stabileteformula brut:

(C) : (H)= 0,25: 0,6=2,5 : 6= 5 : 12.

Formula brut este: C5H12; Mr (C5H12)=72.

Mr(formula brut) = Mr(formula molecular) = 72.

Rspuns: Formula molecular a substanei este C5H12.



33/208


33

Metoda IISe demonstreaz c substana organic este o hidrocarbur n conformitate cu

etapele 1-5 din metoda 1.

1.Se scrieecuaia general de ardere a hidrocarburii:

2.Se determin cantitatea de substan CxHy, CO2, H2O:

3.Se calculeazvaloarea lui x i y din proporiile alctuite n baza ecuaiei:

Rspuns: Formula molecular este C5H12.

4x + yCxHy+ O2 xCO2 + H2O4

y

2

5,4 gv(H2O) = = 0,3 mol.18 g /mol

3,6 g 11 gv(CxHy) = = 0,05 mol; v(CO2) = = 0,25 mol;72 g /mol 44 g/mol

4x + y O2 xCO2 + H2O4

y

2CxHy+1 mol x mol 0,5 y mol

0,3 mol0,25 mol0,05 mol

0,05 0,050,25 0,30,25 1 0,31 1x 0,5 y0,05 0,05 0,5x y= == == =5; 12, de unde x = 5; y = 12.

Problema 2

La arderea unei substane organice cu masa 0,7 g s-au format cte 0,05 mol deCO2i H2O. Substana organic cu masa de 0,1 g ocup un volum egal cu 32 ml (c.n.).S se stabileasc formula molecular a substanei organice supus arderii.

Se d:m(sub.) = 0,7 gv(CO2) = v(H2O) == 0,05 molm(sub.) = 0,1 gV = 32mlFormula-?

3. Se determinmasa hidrogenului:

(H2O)2(H); (H2O = 0,05 mol;(H) = 0,05 mol 2 = 0,1 mol; m(H) = 1 g/mol 0,1 mol = 0,1 g.

4. Masa carbonului i a hidrogenului n substana organic este:m(C) + m(H) = 0,6 g + 0,1 g = 0,7 g; rezult c substana este o hidrocarbur(CxHy).

5. Se determinformula brut:

Formula brut: CH2; Mr(CH2) = 14.

6.Se stabileteformula molecular: (CH2)n, unde neste numrul de multiplicare:

R s p un s : Substana organic are formula brut CH2, iar formula molecular C5H10.

Rezolvare:1.Se calculeazmasa molar a substanei organice din relaia:

2. Se determinmasa carbonului din substana organic:M(C)=12 g/mol; m(C)=M=12 g/mol 0,05 mol=0,6 g.

m 0,1V 0,032 l= ; = ;

M MVm 22,4 l/mol

0,1 g 22,4 l/molM = = 70 g/mol.

0,032 l

m(C) 0,10,6m(H)x : y = : = : = 0,05 : 0,1 = 1 : 2.

Ar(C) 112Ar(H)

Mr(F.M.) 70n = = = 5; (CH2)5C5H10Mr(F.b.) 14

b) dup masa de substan organic supus arderii, cantitile de substaneCO2i H2O.

; ;



34/208


34

Schema 1.3.Algoritmul de rezolvare a problemelor de calcul

AUTOEVALUARE

Aplicai algoritmul reprezentat n schema 1.3 pentru a rezolvaproblemele de mai jos, nlocuind mrimile indicate cu datele din enunurile problemelor iale celor obinute prin calculele respective.

V(CO2) Vm

Mr

proporie

proporie

v(CO2) v(C)

m(C)

n

Mr

m(H)m(CO2)

m(H2O)m(s.o.)[m(C)+m(H)]

v(H2O) v(H)m(E) v(E)

CxHyEz (CxHyEz)n(f. brut) (f. molecular)

D(gaz)Mr(real)

Activitate n echip

1. O prob de substan organic cu masa de 4,3 g a fost ars n oxigen. n urmaarderii s-au format CO2cu volumul de 6,72 l (.) i H2O cu masa de 6,3 g. Den-sitatea relativ a vaporilor substanei iniiale n raport cu hidrogenul este egalcu 43. S se determine formula molecular a substanei.

(R.: C6H14)

2.*La arderea unei substane organice cu masa 2,3 g, ce conine C, H, O, s-au obi-nut oxid de carbon (IV) cu masa 4,4 g i ap cu masa 2,7 g. Densitatea relativ avaporilor acestei substane dup aer este egal cu 1,587. S se determine formulamolecular a substanei. (R.: C2H6O)

3. S sestabileasc formula molecular a substanei organice, dac la arderea unei

probe cu masa 1,5 g s-au format 4,4 g CO2i 2,7 g H2O. Masa unui litru de aceastsubstan n stare gazoas (c.n.) constituie 1,34 g. (R.: C2H6)

4. La arderea complet a 0,5 mol de hidrocarbur s-au format cte 1,5 mol de CO2iH2O. Densitatea relativ a hidrocarburii n stare gazoas, n raport cu hidrogenul,este egal cu 42. S se stabileasc formula molecular a hidrocarburii.

(R.:C6H12)

5. n condiii normale 1l de substan organic gazoas ce conine carbon, hidrogeni oxigen cntrete 2,05 g. La arderea complet a acestei substane s-au format3,95 g CO2i 2,44 g H2O. S se stabileasc formula molecular a substanei.

(R.: C2H6O)

6. Analiza cantitativ a unei substane organice lichide format din carbon, hidro-gen i oxigen a dat urmtoarele rezultate: la arderea a 4,25 mg de substan s-auformat 8,14 mg CO2i 5,08 mg H2O. S se stabileasc partea de mas a fiecruielement n molecula acestei substane. Care este formula brut a ei?

(R.:(C)=52,2%; (H)=13,3%; (O)=34,5%; C2H6O)

7. S se stabileasc formula molecular a substanei organice, dac la arderea uneiprobe cu masa de 4,5 g s-au format 8,8 g CO2,6,3 g H2O i 1,4 g azot. Densitateavaporilor acestei substane n raport cu aerul este egal cu 1,55.

(R.:C2H7N)



35/208

IntroducereHidrocarburi

35

Hidrocarburile sunt cele mai simple substane organice, ale cror molecule

sunt alctuite numai din atomi a dou elemente: carbon i hidrogen. Datoritposibilitii legrii ntre ei a unui mare numr de atomi de carbon i a moduluidierit n care acetia se pot lega, numrul hidrocarburilor este imens. Existcteva tipuri (serii omoloage) de hidrocarburi.

Denumireaseriei omoloage

CaracteristiciFormulageneral

Alcani

(parane)

Sunt formai din catene de carbon liniare sau ramificate; mo-

lecula lor conine numai legturi covalente simple. Atomii de

carbon sunt complet saturai cu hidrogen.

CnH2n+2; n1

Cicloalcani

(cicloparane)Sunt formai din cicluri; molecula lor conine doar legturi sim-

ple ntre atomii de carbon.CnH2n; n3

Alchene(olene)

Sunt formate din catene liniare sau ramificate; pe lng legtu-

rile simple, au o legtur dubl (cu excepia etenei, CH2=CH2).CnH2n; n2

Alcadiene(diene)

Sunt formate din catene de carbon liniare sau ramificate; pe

lng legturile simple, au dou duble legturi (cu excepia

alenei CH2=C=CH2).

CnH2n-2; n3

Alchine(acetilene)

Sunt formate din catene de carbon liniare sau ramificate; pe

lng legturile simple, au o tripl legtur (cu excepia ace-

tilenei CH=CH).

CnH2n-2; n2

Hidrocarburi

aromatice(arene)

Sunt formate din cicluri nesaturate cu legturi tipice benzenu-

lui, C6H6; molecula lor conine numai legturi simple alturi de

sextetul de electroni comuni pentru ase atomi de carbon.

CnH2n-6; n6

i altele

Dup studierea acestui compartiment vei fi capabil:

S difereniezi hidrocarburile saturate, nesaturate, aromatice.

S denumeti, dup IUPAC, hidrocarburile.

S modelezi izomeri posibili pentru o anumit formul molecular.

S descrii proprietile fizice i chimice ale hidrocarburilor, rspndirea n natur,

obinerea i utilizarea acestora.

S efectuezi calcule chimice pe baza ecuaiilor reaciilor chimice specifice diverselor ti-

puri de hidrocarburi.

*S identifici experimental carbonul, hidrogenul i clorul n compuii organici.

HIDROCARBURI

2

Compartimentul

F.Kekul

Subcompetene:

V.Markovnikov



36/208

Noiuni generale de chimie organicHidrocarburi

36

DenumireaFormula

molecularFormula de structur

prescurtatForma zigzag

a catenelor carbonice

Metan CH4

Etan C2H6

Propan C3H8

Butan C4H10

Pentan C5H

12

Hexan C6H

14

Heptan C7H16

Octan C8H18

Nonan C9H

20

Decan C10

H22

Definiie

Hidrocarburile, ce conin numai legturi covalentesimple [(CC) i (CH)] i la care raportul nu-meric dintre cele dou tipuri de atomi este exprimatprin ormula CnH2n+2(unde n numrul atomilor decarbon din molecul), se numesc alcani.

Seria omoloag a alcanilor

Cea mai simpl hidrocarbur saturat aciclic este me-tanul cu ormula molecular CH4. Celelalte hidrocarburidin aceast serie pot i considerate, ormal, ca derivai aimetanului, ce se obin la ruperea uneia din legturile echi-valente CH, iar n locul ruperii se adaug grupa CH2,numit diferen de omologie. Astel se obine hidro car-bura imediat superioar metanului etanul, cu compozi-ia C2H6 (fig. 2.1). Similar, din etan se poate obine

manual de chimie clasa 11

Documents