- •Н.Л.Глинка общая химия
- •XIX периодической системы 587
- •I учение
- •I Вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам.
- •Глава il! Большую роль в установлении сложной природы атома и расшифровке его структуры сыграло открытие и изучение радиоактивности.
- •Эрнест Резерфорд |1871—1937|
- •I группа II группа V группа
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •I3mpacmtopaj I tsaM h?q
- •IX основы электрохимии
- •Растворитель г
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы
- •Глава XXI
- •XIX периодической системы 587
- •XIX периодической системы 587
- •1 Масса (вес) веществ, вступающих в реакцию, равна массе (весу) веществ, образующихся в результате реакции.
- •1 Точнее, 273,15 к.
XIX периодической системы 587
• • • Ве^. Be во • •» 591
Н\А /н н/ V Чн 610
: г : Ai ^ * А1: г : 615
|СаСОз=СаО+СОг 683
Таким образом, многообразие органических соединений определяется и тем, что при одинаковом числе атомов углерода в молекуле возможны соединения с открытой, незамкнутой цепью углеродных атомов, а также вещества, молекулы которых содержат циклы (циклические соединения).
3. Ковалентные связи между атомами углерода, образованные одной парой обобщенных электронов, называют простыми (или ординарными) связями.
Связь между атомами углерода может осуществляться не одной, а двумя или тремя общими парами электронов. Тогда получаются цепи с кратными — двойными или тройными связями; эти связи можно изобразить следующим образом:
— С^нС—
Простейшие соединения, содержащие кратные связи, — углеводороды этилен (с двойной связью) и ацетилен (с тройной связью):
•к
н/ N
н н
С:: С" Н:С:!С:Н
этилен ацетилен
Углеводороды с кратными связями называются непредельными или ненасыщенными. Этилен и ацетилен — первые
Рис-
124- Схема образования Cf-связей
в молекуле этана.
представители двух гомологических рядов — этиленовых и ацетиленовых углеводородов.
Простая ковалентная связь С—С (или С: С), образованная перекрыванием двух 5р3-гибридных электронных облаков по линии, соединяющей центры атомов (по оси связи), как, например, в этане (рис. 124), представляет собой ст-связь (см. § 42). Связи С—Н также являются а-связями — они образуются перекрыванием по оси связи 5р3-гибридного облака атома С и шарового облака ls-электрона атома Н.
Природа кратных углерод-углеродных связей несколько иная. Так, в молекуле этилена при образовании двойной ковалентной связи С = С (или С : :С) в каждом из атомов углерода в гибридизации участвует одна s-орбиталь и только две р-орбитали (sp2- гибридизация); одна из р-орбиталей каждого атома С не гибриди- зуется. В результате образуются три 5р2-гибридных электронных облака, которые участвуют в образовании трех освязей. Всего в молекуле этилена пять ст-связей (четыре С—Н и одна С—С); все они расположены в одной плоскости под углами около 120° друг к другу (рис. 125).
Таким образом, одна из электронных пар в связи С=С осуществляет а-связь, а вторая — образуется р-электронами, не участвующими в гибридизации; их облака сохраняют форму объемной восьмерки («гантели»), ориентированы перпендикулярно к плоскости, в которой расположены а-связи, и перекрываются над и под этой плоскостью (рис. 126), образуя я-связь (см. § 42).
Рис.
125. Схема образования (J-связей
в молекуле этилена.
0,134
нм K^vvw
г*
^
Ряс.
126. Схема образования я-связи в молекуле
этилена.
Следовательно, двойная связь С = С представляет собой сочетание одной а- и одной я-связей.
Тройная связь С = С (или С •• С) является сочетанием одной о-связи и двух я-связей. Например, при образовании молекулы ацетилена в каждом из атомов углерода в гибридизации участвует одна s-орбиталь и только одна р-орбиталь (яр-гибридизация); в результате образуются два sp-гибридных электронных облака, участвующих в образовании двух о-связей. Облака двух р-элек- тронов каждого атома С не гибридизуются, сохраняют свою конфигурацию и участвуют б образовании двух я-связей. Таким образом, в ацетилене всего три а-связи (одна С—С и две С—Н), направленные вдоль одной прямой, и две я-связи, ориентированные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 127).
Кратные (т. е. двойные и тройные) связи при реакциях легко превращаются в простые; тройная вначале переходит в двойную, а последняя — в простую. Это обусловлено их высокой реакционной способностью и имеет место при присоединении каких-либо атомов к паре атомов углерода, связанных кратной связью.
Рис,
127. Схема образования я-связей в молекуле
ацетилена,
0,120
нм:
Ркс.
128. Модели молекулы этилена:
а
— шариковая; б — сегмснтовая.
Кратные связи прочнее простых. Так, энергия разрыва связи С = С составляет 535 кДж/моль, связи С = С — 423 кДж/моль, а связи С—С только 264 кДж/моль.
Из t сказанного следует, что в формулах две черточки из трех в связи С = С и одна черточка из двух в связи С = С выражают связи менее прочные, чем простая связь С—С.
На рис. 128 и 129 представлены шариковые и сегментовые пространственные модели соединений с двойной (этилен) и с тройной (ацетилен) связями.
4. Теория строения объяснила многочисленные случаи изомерии органических соединений.
МММ
с—с—с—с—с—с-
м
м м
I
I
I i
-с—с—с-с—
.UJ
1
I
—с—
—с-
Так, состав C5Hi2 имеют три предельных углеводорода (пента- на) с различным строением цепей — один с неразветвленной цепью (нормального строения) и два с разветвленной (и з о- строения):
СН3 СН3
I I
СНз—СНг-СНа—СН2—СН3 СНз—СН—СН2—СНз СНз—С—сн3
I
сн3
пептан изонентаны
Состав С4Н8 имеют три непредельных углеводорода (бутилена)— два нормального строения, но изомерные по положению
If
Рис.
129. Модели
молекулы ацетилена;
а
— шариковая; б — сегментовая.
двойной связи и один — изостроения:
СНз
СН2=СН—СН2—СНз СНз—СН=СН—СНз СН2=С—СНз
бутилены изобутнлен
Этим непредельным соединениям изомерны два циклических углеводорода, также имеющие состав С4Н8 и изомерные друг другу по величине цикла:
Н2С—СН2 СН2
II /\
Н2С—СН2 Н2С СН—СНз
циклобутан метилциклопропан
При одном и том же составе соединения могут различаться по строению вследствие различного положения в углеродной цепи и других, не углеродных, атомов, например:
СН3—СН2—СН2 СН3—СН—СН3
I I
Br Вг
изомеры пропилбромида С3Н7ВГ
СНз—СН3—ОН СН)—О—СНз
этплопыи спирт С2НуО диметпловып эфир С2Н>,0
Изомерия может быть обусловлена не только различным порядком соединения атомов. Известно несколько видов пространственной изомерии (с т е р е о и з о м е р и и), заключающейся в том, что соответствующие изомеры (стерео изомер ы) при одинаковом составе и порядке соединения атомов отличаются различным расположением атомов (или групп атомов) в пространстве.
Так, если в соединении имеется атом углерода, связанный с четырьмя разными атомами или группами атомов (асимметрический атом1), то возможны две пространственно-изомерные формы такого соединения. На рис. 130 представлены две тетра- эдрические модели молочной кислоты сн3—*сн—СООН, в которых
I
ОН
асимметрический атом углерода (он в формуле помечен звездочкой) находится в центре тетраэдра. Нетрудно заметить, что эти модели невозможно совместить в пространстве: они построены зеркально и отображают пространственную конфигурацию молекул двух различных веществ (в данном примере молочных кислот), отличающихся некоторыми физическими, а главным образом, биологическими свойствами. Такая изомерия называется з е р -
НО
калькой стерео изомерией, а соответствующие изомеры —■ зеркальными изомерами2. Различие в пространственном строении зеркальных изомеров может быть представлено и при помощи структурных формул, в которых показано различное расположение атомных групп при асимметрическом атоме; например, для приведенных на рис. 130 зеркальных изомеров молочной кислоты:
СООН
I
Н—С*—ОН
I
СНз
СООН
I
НО—с—н
!
СНз
Как уже указано, атомы углерода; соединенные двойной связью, лежат в одной плоскости с четырьмя связями, соединяющими их с другими атомами; углы между направлениями этих связей приблизительно одинаковы (рис. 126). Когда с каждым из атомов углерода при двойной связи соединены различные атомы или группы, возможна так называемая геометрическая сте- реоизомерия, или цис-траяс-н з о м е р и я. Примером могут служить пространственные геометрические изомеры дихлорэтилена СНС1 == СНС1:
Н^ /С1 Н^ /С1
/V 98
HlHlHjHlU 84
Ш j[fT] 85
°<о] 158
Н I H-.-I Н—I 174
.н н. . 221
с,/са = к 213
НСОз н+ + со 229
[нсо;] 252
у [Hi [cor] 252
Н20 н+ + он~ 242
■г [Hi [он-] 242
[Н+] [ОН"] = /сНа0 242
к [н,о] --- Кг 272
НСОз" + н20 4=4: Н2СОз + он" 274
НСОз -ь НоО н2со3 + он" 276
[sol-]2 279
Максимальное количество ионов, которое поглощается обмен- рым путем 1 ц ионита, называют емкостью поглощения, 314
Глава ВОДОРОД XI 331
но: н+ + о'- 336
Глава ГАЛОГЕНЫ XII 337
н /н ,с=с н—с=с—н 356
н/ N 356
сн3 445
^он \эн 453
сн3 сн» 455
сн2=сн—сн=сн2 си2=с—сн=сн2 456
CH3-CI-I3 5- сн2=сна 456
II1 1 II I II 459
Н2С/ \сн2—СНз р. 300 °с НС^ 460
сн/ СНз—сн/ 464
о 473
н -он ^ н —оч он: 476
«сн2=сн —* сн,—дн-сн2—сн— 484
пСН2=С—сн=сн2 —>■ V—СН2—с=сн—сн2—/„ 485
А н8 i 487
-сн2—сн=сн—сн2—сн2—сн—'N 488
то 531
УСТ к „ест [Ag+] [NH3]2 584