Склад, властивості, застосування окремих представників вуглеводнів (метан, етан, етен, етин), оксигено- (метанол, етанол, гліцерол, етанова кислота) і нітрогеновмісних (аміноетанова кислота) органічних речовин.

 

Серед органічних речовин найбільше вуглеводнів – сполук Карбону з Гідрогеном. Це числена група речовин, молекули яких складаються з атомів двох хімічних елементів — Карбону й Гідрогену. Розрізняють насичені (наприклад, етан) та ненасичені (наприклад, етен, етин) вуглеводні. Органічні речовини схожого складу, будови і властивостей об’єднують в один гомологічний ряд.

Гомологічний ряд — це ряд, у якому кожний наступний член відрізняється від попереднього на групу атомів СН₂, яку називають гомологічна різниця.

Пригадати назви та формули десяти членів гомологічного ряду насичених вуглеводнів (алканів) вам допоможе таблиця 1

Таблиця 1

Гомологічний ряд насичених вуглеводнів

Формула	Назва вуглеводню	Напівструктурна формула
СН4	Метан	СН4
С2Н6	Етан	СН3 – СН3
С3Н8	Пропан	СН3 – СН2 – СН3
С4Н10	Бутан	СН3 – СН2 – СН2 – СН3
С5Н12	Пентан	СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3
С6Н14	Гексан	СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 –СН3
С7Н16	Гептан	СН3 – (СН2)5 – СН3
С8Н18	Октан	СН3 – (СН2)6 – СН3
С9Н20	Нонан	СН3 – (СН2)7 – СН3
С10Н22	Декан	СН3 – (СН2)8 – СН3

 

У молекулах насичених вуглеводнів максимально використані валентні можливості атомів Карбону для сполучення з атомами Гідрогену, а між двома атомами Карбону існує лише один ковалентний зв’язок. Він утворений однією спільною парою електронів, наприклад:

С₂Н₆                        Н    Н

                               |      |   

                                Н –С ‑ С– Н

                                       |     |   

                                      Н   Н

 

У молекулах ненасичених вуглеводнів чотиривалентний стан атомів Карбону досягається завдяки тому, що між двома сусідніми атомами Карбону утворюється два або три зв’язки, як в етену:

С₂Н₄                         Н    Н

                               |      |   

                                Н –С = С– Н

                                       |     |   

                                      Н   Н

 

чи в етину:

С₂Н₂                                                  Н–С≡С–Н

 

Розглянута відмінність хімічних зв’язків атомів Карбону зумовлює різні хімічні властивості етану й етену як представників насичених і ненасичених вуглеводнів.

Пригадаймо, що насичені вуглеводні (алкани) не вступають у реакції приєднання, їм властиві реакції заміщення:

СН₄ + Сl₂ → СН₃Сl + НСl.

                    хлорометан

 

Для ненасичених вуглеводнів, навпаки, характерні реакції приєднання, наприклад:

 

 

C₂H₄ + НСl → С₂Н₅Сl;

                       хлороетан

C₂H₂ + 2H₂ → С₂Н₆.

                            етан 

 

Насичені й ненасичені вуглеводні мають спільну властивість — горіння, або повне окиснення. Продуктами горіння є вуглекислий газ і вода, а в навколишнє середовище виділяється значна кількість теплоти:

СН₄ + 2О₂ → СО₂↑+ 2Н₂О

2С₂Н₂ + 5О₂ → 4СО₂↑+ 2Н₂О

 

Унаслідок повного окиснення (горіння) вуглеводнів утворюються вуглекислий газ, вода й виділяється значна кількість теплоти.

 

Якщо в молекулі органічної речовини, крім атомів Карбону й Гідрогену, є один чи більше атомів Оксигену, то така речовина належить до оксигеновмісних органічних речовин.

Порівнюю чи структурні формули метанолу, етанолу й гліцеролу зі складом відповідного насиченого вуглеводню, можна дійти висновку, що в метанолу й етанолу гідроксильна група ‑ОН заміщує один з атомів Гідрогену в молекулі відповідного алкану. У гліцеролу гідроксильних груп — три, тому й атомів Гідрогену на три менше, ніж у пропану. Продовживши порівняння, виявимо відмінності у фізичних властивостях насичених вуглеводнів і спиртів. Метан, етан — гази без запаху й погано розчинні у воді. Метанол і етанол — рідини зі специфічним запахом, добре розчинні у воді. Уживання цих речовин навіть у невеликій кількості є небезпечним для здоров’я людини й згубно впливає на її організм. Пам’ятайте про це завжди й бережіть своє здоров’я!

Групу атомів ‑ОН називають характеристичною (функціональною) групою оксигеновмісних речовин — спиртів. Наявність цієї групи атомів у складі молекул метанолу, етанолу й гліцеролу свідчить про те, що ці речовини належать до класу спиртів.

Етанова кислота. Невипадково друге слово в назві цієї органічної оксигеновмісної речовини, що дістала назву від етану (у її молекулі теж два атоми Карбону), — «кислота». Подібно до неорганічних кислот у водному розчині вона дисоціює на катіон Гідрогену й аніон кислотного залишку. Особливість полягає в тому, що за наявності в молекулі етанової кислоти чотирьох атомів Гідрогену внаслідок електролітичної дисоціації утворюється лише один катіон Гідрогену Н⁺. Це відбувається за такою схемою:

СН₃СООН ↔Н⁺ + СН₃СОО^‑

Порівняйте з електролітичною дисоціацією нітратної кислоти:

                  HNO₃ ↔Н⁺ +NO₃^‑ 

 

Дисоціація етанової кислоти з утворенням катіонів Гідрогену — одна зі спільних її властивостей з неорганічними кислотами. За ступенем електролітичної дисоціації етанова кислота належить до слабких електролітів, вступає в реакцію з активними металами, оксидами металічних елементів, лугами, солями тих кислот, ступінь електролітичної дисоціації яких менший, ніж у неї.

Нітрогеновмісні органічні речовини.

У цю групу об’єднують органічні речовини, молекули яких містять атоми Нітрогену. Життєво важливими нітрогеновмісними речовинами є амінокислоти — без них неможливе існування білкових молекул. Наведена структурна формула аміноетанової кислоти

NН₂‑СН₂‑СООН

допоможе вам пригадати особливості складу її молекули. На відміну від спиртів чи етанової кислоти, ця речовина має дві характеристичні  групи — карбоксильну ‑СООН й аміногрупу ‑NН₂.

Застосування органічних речовин. Величезна кількість видів організмів, а ще в рази більше представників кожного виду тварин населяють нашу планету. Живляться вони білками, жирами, вуглеводами, їхні тіла складаються з органічних речовин. Це є свідченням ролі й призначення органічних речовин у природі. Корисні копалини—природний газ, нафта, кам’яне вугілля — містять у своєму складі органічні речовини. Їх застосовують як сировину для виробництва інших речовин, а також теплової та світлової енергії. Людство не обмежується використанням органічних речовин, що є в природі. Наукова спільнота працює над створенням речовин, відсутніх у природі, і досягає в цьому напрямі значних успіхів.