Konformacije alkana

Veza među atomima ugljika je σ – veza. Zbog mogućnosti rotacije oko jednostrukih veza atomi u molekuli mogu mijenjati položaj (a da se ne kida veza između atoma ugljika u molekuli). Ti različiti oblici molekula, koji su posljedica rotacije oko jednostrukih veza zovu se konformacije.

Izomerija kod alkana

Izomeri su molekule koje imaju jednaku molekulsku formulu, a različite strukturne formule.

Izomeri pentana (C₅H₁₂):

n - pentan

izopentan

neopentan

Prikazani izomeri su konstitucijski ili strukturni izomeri. Međusobno se razlikuju po fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Što je veći broj atoma ugljika u molekuli moguć je veći broj konstitucijskih izomera.

Broj C-atoma	Broj izomera
1	1
2	1
3	1
4	2
5	3
6	5
7	9
8	18
9	35
10	75
20	366 319

Nomenklatura alkana

• pravila Međunarodne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC).

• sustavni naziv nerazgranatog alkana dobije se dodatkom nastavka -an korijenu koji označuje broj atoma ugljika u spoju.

Homologni niz alkana

Broj C-atoma	Naziv spoja	Kondenzirana strukturna formula	Broj izomera
1	metan	CH4	1
2	etan	CH3CH3	1
3	propan	CH3CH2CH3	1
4	butan	CH3(CH2)2CH3	2
5	pentan	CH3(CH2)3CH3	3
6	heksan	CH3(CH2)4CH3	5
7	heptan	CH3(CH2)5CH3	9
8	oktan	CH3(CH2)6CH3	18
9	nonan	CH3(CH2)7CH3	35
10	dekan	CH3(CH2)8CH3	75

Ugljikovodične skupine se zovu alkilne skupine. Imaju strukturu odgovarajućeg alkana, a jedan vodikov atom manje. Njihovi nazivi nose nastavak –il.

Kao neodređene alkilne skupine se formulama prikazuju s R.

Opća formula za alkilne skupine je R = C_nH_2n+1

Neke važnije alkilne skupine

Ime alkilne skupine	Formula
metil
etil
propil
izopropil
butil
izobutil
tert-butil
pentil

Pravila za određivanje sustavnih imena razgranatih alkana

1. Kao korijen imena uzima se naziv najduljeg ugljikovog lanca.

2. Odrede se nazivi alkilnih skupina vezanih na odabrani lanac.

3. Položaj za koji je vezana alkilna skupina označuje se brojem. Redni brojevi ugljikovih atoma glavnog lanca određuju se tako da supstituent bude na ugljikovu atomu sa što manjim rednim brojem.

4. Broj se stavlja ispred supstituenta na koji se odnosi.

5. Supstituenti se navode abecednim redom.

6. Broj istovrsnih supstituenata na glavnom lancu označuje se umnoženim prefiksima.

• di –          za dvije skupine

• tri –         za tri skupine

• tetra –     za četiri skupine

• penta –   za pet skupina

Alkani

• s obzirom na broj atomskih vrsta u molekuli, mogu se smatrati najjednostavnijom skupinom organskih spojeva.

• najvažniji sastojci zemnog plina i nafte

• raniji naziv parafini – potječe od njihovog svojstva da teško reagiraju s drugim elementima i spojevima

STRUKTURA ALKANA

Opća formula

C_nH_2n+2

n = 1,2,3,4,5......

HOMOLOGNI NIZ ALKANA – niz spojeva među kojima je razlika u strukturi jedna metilenska skupina (– CH₂–).

Strukturne formule

• dvodimenzijski prikaz građe spojeva

Strukturna formula propana

Lewisova strukturna formula propana

Formula propana s veznim crticama

H₃C – CH₂ – CH₃ ili CH₃CH₂CH₃

Kondenzirana ili sažeta strukturna formula propana

Molekule su trodimenzijske tvorevine s određenim prostornim razmještajem atoma. Prostorno se mogu prikazati pomoću kalotnih modela (Stuart – Brieglibovih modela), pomoću modela sastavljenih od kuglica i štapića ili pomoću crteža iz kojeg se vidi prostorni razmještaj atoma.

Različit način prikazivanja molekule metana

Vezni kut je međuatomski kut nekog dijela molekule. U molekuli metana svi su jednaki i iznose 109,5°.

Veličina veznih kutova u alkanima i drugim organskim molekulama može se najjednostavnije objasniti teorijom odbijanja elektronskih parova valentne ljuske (engl Valence shell electron pair repulsion, VSPER – teorija). 

Ugljikovodici

• skupina organskih spojeva česta u prirodi

• molekule ugljikovodika sastoje se samo od atoma ugljika i vodika

• kostur molekule čine povezani atomi ugljika

• prema strukturi molekule dijele se na:

1. acikličke ili alifatske ugljikovodike → atomi ugljika vezani su u lance

2. cikličke ili prstenaste ugljikovodike → atomi ugljika povezani su u prsten

• u svakoj od ovih skupina prema vrsti kovalentnih veza između atoma ugljika razlikuju se:

1. zasićeni ugljikovodici → s jednostrukim kovalentnim vezama

2. nezasićeni ugljikovodici → s dvostrukim i trostrukim kovalentnim vezama

Areni ili aromatski ugljikovodici su posebna skupina cikličkih nezasićenih ugljikovodika.

• alkani

• alkeni

• alkini

• areni

Sigurnost u laboratoriju

OZNAČAVANJE OTROVA

ZNAKOVI OPASNOSTI

ZNAKOVI ZABRANE

ZNAKOVI OBVEZE

ZNAKOVI INFORMACIJA

Oznake opasnosti na simbolima – KODOVI

B - Biološka opasnost

C - Nagrizajuće

E - Eksplozivno

F+ - Vrlo zapaljivo

F - Zapaljivo

Xn - Štetno za zdavlje

Xi - Iritirajuće

N - Štetno po okoliš

O - Oksidirajuće

R - Radioaktivno

T - Otrovno

T+ - Vrlo otrovno

Zadaci iz kemije za prvi razred

1. Elementarna ćelija aluminija je plošno centrirana kocka. Duljina brida elementarne ćelije je 405 pm. Izračunaj gustoću aluminija.

2. Elementarnom analizom utvrđeno je da neki spoj sadrži 60,4% ksenona, 22,1% kisika i 17,5% fluora. Relativna molekulska masa spoja je 217,3.

a) Odredi molekulsku formulu spoja.

b) Lewisovom simbolikom prikaži strukturnu formulu.

c) Predvidi geometrijski oblik molekule (VSEPR – teoriji).

3. 2 kg vodene otopine vodikovog peroksida masenog udjela 12% potrebno je razrijediti vodom da bi se maseni udio vodikova peroksida smanji, na 3%. Koliko je kilograma vode potrebno dodati ishodnoj otopini?

4. a) Koja od navedenih atomskih orbitala nije moguća?

A 2 d

B 3 s

C 4 p

D 5 f

b) Napiši simbole i elektronske konfiguracije iona 2., 3., 6. i 7. elemenata treće periode periodnog sustava elemenata.

5. Koji je od navedenih kemijskih procesa moguć i ispravno napisan?

A 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + NO₂ + 2H₂O

B 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃ + CaCl + 2H₂O

C 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃ + CaCl₂ + 2H₂ + O₂

D 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃ + 2CaCO₃ + 2HCl

E nijedan

6. Koji od navedenih iona ima najmanji polumjer?

A Al³⁺

B Mg²⁺

C Na⁺

7. U posudi stalnog volumena nalazi se 2 · 10³ molova molekula vodika i dvostruko manje molekula kisika. Smjesa je upaljena iskrom, pa je u posudi nastalo 2 · 10³ molova vodene pare. Što se dogodilo s tlakom u toj posudi nakon navedene reakcije? Tlak se:

A smanjio

B ostao nepromijenjen

C povećao

D zbog naglog povećavanja tlaka sustav je eksplodirao

8. Zaokruži slovo ispred niza tvari u kojem je kod svih članova niza prisutna i ionska i kovalentna veza.

A jod, kalijev jodid, kalij

B natrijev fosfat, aluminijev sulfat, kalijev nitrit

C ugljikov (IV) oksid, ugljična kiselina, natrijev karbonat

D natrijev klorid, kalcijev nitrid, željezov (II) klorid

E amonijev hidroksid, amonijak, amonijev klorid

9. U smjesi plinova ima 1,2 mola molekula vodika i 0,6 mola molekula dušika. Izračunaj:

A masu smjese

B ukupan broj molekula vodika i dušika

C volumen smjese plinova pri s.u.

10. Napiši formule sljedećih spojeva:

A amonijeva sulfida

B natrijeva hidrogenkarbonata

C octene kiseline

D modre galice

Ugljik

Skupina: 14

Perioda: 2

Atomski broj: 6

Relativna atomska masa: 12,0107

Oksidacijski brojevi: -4, +2, +4

Element: nemetal

Talište (°C): 3550

Vrelište (°C): 4827

Elektronegativnost (Paulingova skala): 2,55

Najstabilnija kristalna struktura (pri 20°C): heksagonska

Element u čvrstom stanju

Atomski polumjer (pm): 77,2

Gustoća (g cm^-3): 3,51 – dijamant (20°C)

Prva energija ionizacije (kJ mol^-1): 1086,46

Druga energija ionizacije (kJ mol^-1): 2352,65

Treća energija ionizacije (kJ mol^-1): 4620,50

Elektronska konfiguracija: [He] 2s²2p²

http://www.carboncycle.biz/element-carbon.html

 ^{IZOTOPI:
 12}C

• relativna atomska masa: 12

• maseni udio: 98,90%

¹³C

• relativna atomska masa: 13,003354838

• maseni udio: 1,10%

¹⁴C

• relativna atomska masa: 14,003241988

• maseni udio: *

Od ukupne količine ugljika na Zemlji 99,8% je vezano u mineralima (uglavnom karbonatima – kalcijev i magnezijev karbonat). 0,01% vezano je u živim bićima. U atmosferi se pojavljuje kao ugljikov dioksid (CO₂) volumnog udjela 0,033%.

U Svemiru sudjeluje u termonuklearnim reakcijama na tzv. vrućim zvijezdama.

Alotropske modifikacije ugljika su dijamant, grafit, fuleren i amorfni ugljik.

Ugljik (u obliku ugljena) koristi se kao gorivo. Suhom destilacijom ugljena proizvodi se koks. Koks se upotrebljava kao redukcijsko sredstvo u metalurgiji, naročito u proizvodnji željeza. Grafit se upotrebljava u proizvodnji olovaka, u strojarstvu kao mazivo za ležajeve i ključanice, u nuklearnoj industriji za izgradnju nuklearnih reaktora.

Dijamant se koristi za izradu nakita, a zbog svojih svojstava i pri izradi alata za rezanje, bušenje, brušenje i poliranje. Čađa se koristi kao pigment u proizvidnji tinti.

Izotop ugljika (¹⁴C) koristi se za određivanje starosti fosila.

Povratak na periodni sustav elemenata.