18.1. Алифатические углеводороды

В предыдущей главе уже было указано, что углеводороды - это ковалентные соединения, которые содержат только углерод и водород. В данном разделе мы сосредоточим внимание лишь на алифатических углеводородах. Эти соединения могут иметь неразветвленную либо разветвленную углеродную цепь. Тремя важнейшими классами алифатических углеводородов являются алканы, алкены и алкины (табл. 18.1).

Таблица 18.1. Алифатические углеводороды

Алканы представляют собой насыщенные соединения, так как они включают только простые ковалентные связи. Алкены и алкины относятся к ненасыщенным соединениям, поскольку они включают двойные и соответственно тройные связи.

ЭВДИОМЕТРИЯ

Сгорание любого углеводорода в присутствии избыточного количества кислорода протекает по следующему уравнению общего вида:

где х и у - целые числа.

На использовании этого общего уравнения основана методика определения молекулярных формул газообразных углеводородов. Эта методика называется эвдиоштрия. Известный объем газообразного углеводорода смешивают с известным объемом кислорода (взятого в избыточном количестве) в градуированной трубке для сжигания. После охлаждения трубки водяные пары, образовавшиеся при реакции, конденсируются, и единственными газами в трубке остаются диоксид углерода и избыточный кислород. После измерения объема этих газов их встряхивают с раствором гидроксида калия. Этот раствор поглощает диоксид углерода, и в газообразном состоянии остается только избыточный кислород.

Таким образом, эвдиометрическая методика включает четыре измерения (все они выполняются при одних и тех же температуре и давлении): - объем углеводорода, -суммарный объем кислорода, - объем избыточного кислорода объем диоксида углерода, объем избыточного кислорода.

Это позволяет определить следующие величины:

Объем израсходованного кислорода Объем диоксида углерода

На основании уравнения (1) и закона Авогадро можно понять, что из одного объема получается объемов Следовательно, из объемов должно образоваться объемов Это позволяет записать

Путем аналогичных рассуждений можно показать, что

Отсюда находим

Пример

В эвдиометрическую трубку для сжигания поместили 10 см3 неизвестного газообразного углеводорода. Затем туда добавляли кислород, до тех пор пока суммарный объем не стал равным 110 см3. После сжигания смеси и последующего охлаждения трубки объем газообразных продуктов в ней оказался равным 80 см3. Затем газы, находящиеся в трубке, встряхивали с раствором гидроксида калия. В результате объем газа уменьшился до 50 см3. Какой углеводород подвергали анализу?

Решение

Значения неизвестных х и у в общей формуле углеводородов можно вычислить с помощью уравнений (2) и (3). Объемы, которые необходимо подставить в эти уравнения, определяют из экспериментальных данных:

Подставляя значения в уравнение (2), находим

Подставляя значения в уравнение (3), находим

Таким образом, анализируемый углеводород имеет молекулярную формулу , а следовательно, представляет собой пропан.