Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Alkinlar, benzol va stirol

Karbid va suvdan qanday gaz chiqadi va u nega metallni eritadigan alanga beradi?

Vaziyat

Ustaxonada payvandchi ikki ballonni ochadi: ko‘k ballonda kislorod, oq ballonda asetilen. Gorelka uchida ko‘zni qamashtiradigan kichkina havorang konus paydo bo‘ladi — uning yonida harorat taxminan 3100 °C, po‘lat bir zumda eriydi. Asetilenni maktab laboratoriyasida ham olish mumkin: kulrang kalsiy karbid bo‘lagiga suv tomizilsa, gaz «qaynab» chiqadi. Asetilendan esa yuqori haroratda benzol olish mumkin, benzoldan — stirol va polistirol stakanlar. Asetilen molekulasidagi uch bog‘ va benzol halqasining sirri nimada?

Mavzu

Alkinlar va aromatik uglevodorodlar. Asetilen payvandlash alangasi va benzol halqasi: karbiddan asetilen, asetilendan benzol, benzoldan stirol

Asosiy tushunchalar

C≡C: σ + 2π, 180°
Benzol halqasi
Trimerlanish, stirol

Formulalar

C_{n} H_{2 n - 2}

Alkinlar (bitta $C \equiv C$ : σ + 2π, 180°, sp); arenlar — $C_{n} H_{2 n - 6}$ (benzol halqasi).

CaC_{2} + 2 H_{2} O \overset{}{\to} C_{2} H_{2} ↑ + Ca (OH)_{2}

Laboratoriyada asetilen: kalsiy karbid va suv. 1 mol $CaC_{2}$ (64,1 g) → 22,4 l $C_{2} H_{2}$ (n.sh.).

3 CH \equiv CH \overset{\overset{}{C_{akt .}, 600^{\circ} C}}{\to} C_{6} H_{6}

Trimerlanish (N.D. Zelinskiy): uch molekula asetilendan benzol.

C_{6} H_{6} + Br_{2} \overset{\overset{}{FeBr_{3}}}{\to} C_{6} H_{5} Br + HBr

Benzol uchun almashinish xos: halqa saqlanadi, H o‘rniga Br.

C_{6} H_{5} - CH_{2} - CH_{3} \overset{\overset{}{Fe_{2} O_{3}, 600^{\circ} C}}{\to} C_{6} H_{5} - CH = CH_{2} + H_{2}

Stirol: etilbenzolni degidrogenlash; stirol polimerlanib polistirol beradi.

Nazariya

Alkinlar: tuzilishi, izomeriyasi, nomlanishi (2.13)

Alkinlar — molekulasida bitta uch bog‘ $C \equiv C$ bor uglevodorodlar, $C_{n} H_{2 n - 2}$ : etin (asetilen) $C_{2} H_{2}$ , propin $C_{3} H_{4}$ , butin $C_{4} H_{6}$ … Uch bog‘dagi uglerodlar sp-gibridlangan: ikkita gibrid orbital bir chiziqda (180°) σ-bog‘lar beradi, ikkita gibridlanmagan p-orbital o‘zaro perpendikulyar ikkita π-bog‘ hosil qiladi — π-bulut bog‘ o‘qini silindr kabi o‘raydi. $C \equiv C$ uzunligi 120 pm ( $C = C$ 134, $C - C$ 154 pm). Nomlash: alkan nomidagi «-an» «-in» ga almashadi, uch bog‘ raqami ko‘rsatiladi: $CH \equiv C - CH_{2} - CH_{3}$ — butin-1, $CH_{3} - C \equiv C - CH_{3}$ — butin-2. Izomeriya: uglerod zanjiri, uch bog‘ holati va sinflararo — alkadiyenlar bilan (butin-1, butin-2 va butadiyen-1,3 — hammasi $C_{4} H_{6}$ ).

Asetilen: olinishi, xossalari, ishlatilishi (2.14)

Olinishi: laboratoriyada — kalsiy karbidga suv ta’sir ettirib (texnik karbid qo‘lansa hid beradi, toza asetilen deyarli hidsiz); sanoatda — metanni 1500 °C da qisqa vaqt qizdirib: $2 CH_{4} \overset{}{\to} C_{2} H_{2} + 3 H_{2}$ . Xossalari: ikki bosqichda birikadi — vodorod (Ni; avval etilen, keyin etan), brom (bromli suv rangsizlanadi; 1 mol $C_{2} H_{2}$ 2 mol $Br_{2}$ oladi), vodorod xlorid (vinilxlorid — PVX monomeri), suv — Kucherov reaksiyasi (1881, $Hg^{2 +}$ tuzlari): beqaror vinil spirti orqali sirka aldegidi. $KMnO_{4}$ eritmasini rangsizlantiradi. Uch bog‘ chetida turgan H atomi metallga almashina oladi: ammiakli kumush oksid eritmasidan $AgC \equiv CAg$ cho‘kmasi tushadi — chetki uch bog‘ning sifat reaksiyasi. 600 °C da faollashtirilgan ko‘mir ustida trimerlanadi — benzol (Zelinskiy, 1927). Havoda tutunli alanga bilan, kislorodda ≈ 3100 °C li alanga bilan yonadi — metallarni payvandlash va kesishda ishlatiladi. Xavfsizlik: asetilen havo bilan 2,5 % dan boshlab portlovchi aralashma hosil qiladi — yondirishdan oldin asbobdagi havo chiqib ketsin; karbidni quruq idishda, qo‘lqopda oling; himoya ko‘zoynagi taqing.

Payvandlash alangasi

Gorelkada asetilen va kislorod aralashadi. Taxminan 1 hajm kislorodga 1 hajm asetilen — neytral alanga: aniq, yorqin ichki konus, uning uchi oldida harorat taxminan 3100–3200 °C; to‘liq yonish uchun yetmagan kislorod tashqi qobiqda havodan olinadi ( $2 C_{2} H_{2} + 5 O_{2} \overset{}{\to} 4 CO_{2} + 2 H_{2} O$ , 1 mol asetilen ≈ 1300 kJ). Asetilen ortiqcha bo‘lsa — karbyurizatsion alanga (konus atrofida oq «pat», harorat pastroq, chok uglerodga to‘yinib mo‘rt bo‘ladi); kislorod ortiqcha bo‘lsa — oksidlovchi alanga (kalta, shovqinli konus, eng issiq, lekin po‘latni oksidlaydi). Po‘lat 1400–1500 °C atrofida eriydi, shuning uchun neytral alanga undan ancha issiq. GOST bo‘yicha kislorod ballonlari ko‘k, asetilen ballonlari oq rangga bo‘yaladi.

Benzol va arenlar: tuzilishi (2.15)

Aromatik uglevodorodlar (arenlar) benzol halqasini tutadi, gomologik qatori $C_{n} H_{2 n - 6}$ : benzol $C_{6} H_{6}$ , toluol (metilbenzol) $C_{7} H_{8}$ , etilbenzol va ksilollar $C_{8} H_{10}$ . Benzolni 1825-yilda M. Faradey yoritish gazi qoldig‘idan ajratgan, halqa formulasini 1865-yilda A. Kekule taklif etgan. Kekule formulasida qo‘sh va oddiy bog‘lar navbatlashadi, lekin haqiqatda oltita C–C bog‘ning hammasi bir xil — 139 pm (oddiy va qo‘sh bog‘ orasida): oltita uglerod sp²-gibridlangan, oltita p-orbital yagona halqasimon π-bulut hosil qiladi (6 ta π-elektron). Ikki o‘rinbosarli arenlarda o‘rinbosarlar holati izomeriyasi bor: orto (1,2), meta (1,3), para (1,4) — masalan, o-, m-, p-ksilol.

Benzolning xossalari; stirol (2.16–2.17)

Halqa barqaror: benzol bromli suv va $KMnO_{4}$ eritmasini rangsizlantirmaydi (bromli suv bilan chayqatilsa, brom benzol qatlamiga o‘tadi — u to‘q sariq bo‘ladi, lekin reaksiya bormaydi). Unga almashinish xos: bromlash ( $FeBr_{3}$ ), nitrolash ( $HNO_{3} + H_{2} SO_{4}$ → nitrobenzol), alkillash (etilen, $AlCl_{3}$ → etilbenzol). Birikish faqat og‘ir sharoitda: gidrogenlash (Ni, t, p → siklogeksan), yorug‘likda xlorlash ( $C_{6} H_{6} Cl_{6}$ ). Siklogeksen 120 kJ/mol issiqlik bilan gidrogenlanadi; uchta qo‘sh bog‘li «Kekule» halqasi 360 kJ/mol berishi kerak edi, benzol esa atigi 208 kJ/mol beradi — halqa ≈ 150 kJ/mol ga barqarorroq. Toluolda halqa metil guruhni faollashtiradi: $KMnO_{4}$ qizdirilganda uni benzoy kislotaga oksidlaydi. Sanoatda benzol neft riformingidan va toshko‘mir smolasidan olinadi; asetilenni trimerlab ham olish mumkin. Stirol $C_{6} H_{5} - CH = CH_{2}$ etilbenzolni degidrogenlab olinadi; yon zanjirdagi qo‘sh bog‘ tufayli bromli suvni rangsizlantiradi va polimerlanadi: polistirol (bir martalik idishlar, ko‘pik plastik), butadiyen bilan — butadiyen-stirol kauchugi. Xavfsizlik: benzol kanserogen (Xalqaro saraton tadqiqotlari agentligi — IARC bo‘yicha 1-guruh): u bilan faqat tortish shkafida, juda oz miqdorda ishlanadi; maktabda ko‘pincha toluol bilan almashtiriladi.

Masalalar va model chegaralari (2.23)

Namuna: 6,4 g $CaC_{2}$ dan necha litr asetilen olinadi? $n = 6,4 / 64 = 0,1$ mol, $V = 0,1 \cdot 22,4 = 2,24$ l (n.sh.). 0,56 l asetilen yonganda necha litr $O_{2}$ sarflanadi? $2 C_{2} H_{2} + 5 O_{2}$ : $0,025 \cdot 2,5 = 0,0625$ mol, 1,4 l. Model: karbid toza deb olingan (texnik karbid sof emas — unda ohak va boshqa aralashmalar bor, shuning uchun undan kamroq gaz chiqadi), har tomchi (0,05 ml) suv karbid bilan to‘liq reaksiyaga kirishadi, gaz hajmi gazometrda normal sharoitga keltirib ko‘rsatiladi; probirkalarda brom va permanganat bir zumda va to‘liq sarflanadi. Alanga harorati — payvandlash qo‘llanmalaridagi taxminiy qiymatlar (manbalarda ±100 °C farq). Molekulalar haqiqiy bog‘ uzunligi va burchaklarida, 1 Å ≈ 4,5 sm masshtabda; reaksiya animatsiyalari sekinlashtirilgan va mexanizmlar soddalashtirilgan.

Bilasizmi?

Benzolni 1825-yilda Maykl Faradey Londonda yoritish gazi ballonlarida yig‘ilgan moyli qoldiqdan ajratib olgan va uni «vodorodning bikarbureti» deb atagan. Halqa formulasini Avgust Kekule 1865-yilda e’lon qilgan.
Navoiyda «Navoiyazot» korxonasida 2019-yil oxirida yiliga 100 ming tonna polivinilxlorid (PVX) ishlab chiqaradigan majmua ishga tushdi; uning tarkibida kaustik soda va asetilen ishlab chiqarish ham bor.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Organik kimyo: tuzilish — 10-sinf
Izomerlar va nomenklatura — 10-sinf
Alkanlar va sikloalkanlar — 10-sinf
Alkenlar va alkadiyenlar — 10-sinf
Polimerlar, kauchuk, tolalar — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf
Uglevodlar: glyukoza va kraxmal — 10-sinf