Что такое гомология и гомологи в химии кратко
Теория строения органических соединений: гомология и изомерия (структурная и пространственная). Взаимное влияние атомов в молекулах
Содержание:
Что такое органическая химия?
Органическая химия – это раздел химии, который изучает структуру, свойства и методы получения (синтеза) углеводородов и их производных. Сейчас число известных органических соединений составляет почти 30 млн, однако оно продолжает расти (в мае 1999 года было известно около 12 млн органических веществ). Этот рост обусловлен необычными свойствами углерода. Например, данный элемент может образовать цепи любой длины, способные замыкаться и образовывать циклы, а также атом углерода способен создавать одинарные, двойные или тройные связи. Валентность углерода всегда равна 4-м, поэтому он всегда будет создавать вокруг себя 4 связи. Это могут быть четыре одинарных, две двойных, одна тройная и одна одинарная и др. В любом случае, способов образовывать связи много, однако чаще всего углерод связывается с водородом, кислородом, фосфором, азотом и некоторыми другими атомами этих элементов.
Теория строения органических соединений
Ещё в глубокой древности люди могли получать органические вещества, но теория их строения была сформулирована только в 1860-х годах русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым. Теория получила название в честь своего автора и стала фундаментом органической химии. До возникновения этой теории существовала такая точка зрения, что органические вещества нельзя получить из неорганических, то есть для их синтеза необходима некая сила, существующая только у живых организмов. Естественно, что появление теории, противоречащей всем знаниям в области органики, вызвало непонимание у химиков того времени. Научившись самостоятельно синтезировать органические вещества, ученые столкнулись с соединениями с одинаковой молекулярной формулой и молярной массой, но абсолютно другими свойствами. Например, диметиловый эфир при нормальных условиях представляет собой газ, а этиловый спирт, имеющий такой же состав, – жидкость. Подобные соединения стали называть изомерами, а явление – изомерией.
Основные положения теории Бутлерова
Данная теория оказала сильное влияние на скорость развития органической химии. С ее помощью А.М. Бутлеров объяснил явление изомерии, а также самостоятельно получил некоторые изомеры, в очередной раз доказав верность своих мыслей.
Гомология и изомерия.
Гомология (от греч. «подобный») – явление, при котором вещества имеют похожие строение и свойства, но отличаются между собой по молекулярному составу на одну или несколько групп CH2. Например алканы: CH4(метан), C2H6(этан), C3H8(пропан), C4H10(бутан). В органической химии существуют целые гомологические ряды. У каждого класса органических веществ есть свой гомологический ряд, отражающий общую формулу соединений, входящих в него.
Гомологический ряд алканов
Формула
Название вещества
Изомерия (от греч. «равный») – явление, при котором вещества имеют похожий количественный и качественный состав, но разные строение и свойства. Изомерия бывает структурная и пространственная.
Структурная изомерия
Структурные изомеры – вещества одинакового количественного и качественного состава, но разного химического строения. Структурная изомерия бывает 3-х типов.
Изомерия углеродного скелета
(В 1-м случае CH3 – часть углеродной цепи, а во 2-м – радикал).
Изомерия положения
(Меняется положение двойной связи. В 1-м случае двойная связь у первого атома углерода, а во 2-м – у второго).
2.2 функциональной группы
(Меняется положение гидроксогруппы от 1-го атома углерода ко 2-му).
(Меняется положение атома хлора (галогена) от 1-го атома углерода ко 2-му).
Межклассовая изомерия
(Меняется класс вещества).
Пространственная изомерия
Пространственные изомеры (стереоизомеры) – вещества одинакового количественного и качественного состава и одинакового химического строения, отличающихся друг от друга пространственным расположением атомов в молекуле. Пространственная изомерия бывает 2-х типов.
Геометрическая изомерия
Встречается у веществ, имеющих цикл или двойную (С=С) связь. Данный вид пространственной изомерии еще называют цис – и – транс изомерией.
(Атом водорода и группа CH3 меняются местами).
Оптическая изомерия
Суть оптической изомерии заключается в том, что если атом углерода в молекуле связан с 4-мя различными атомами или атомными группами, то из него можно получить два соединения с одинаковой структурой, молекулы которых будут являться зеркальными копиями друг друга (как правая и левая руки человека). В пример можно привести D-глюкозу и L-клюкозу.
Взаимное влияние атомов в молекулах
С момента появления электронной теории химической связи (1912-1916 гг.) знания о структуре химических соединений, как о последовательности соединенных атомов, были значительно пополнены. Данная теория объясняет причину влияния атомов или групп атомов внутри молекулы друг на друга. Всего существует два способа такого взаимодействия.
Индуктивный эффект
Мезомерный эффект
Заключение
Органическая химия играет большую роль в существовании живых организмов. С давних времен люди пытались разгадать тайны органических веществ, но стремительно развиваться этот раздел химии начал только в середине XIX века. Разгадав тайны строения этих соединений, люди продолжили двигаться вперед, открывая новое и в большинстве случаях полезное для человечества (например, препарат пенициллин). Прочитав данную статью, вы узнали о теории А.М. Бутлерова, о таких явлениях как гомология и изомерия и о взаимном влиянии атомов в молекулах. Все эти открытия, сделанные людьми несколько столетий назад, являются основами органической химии по сей день.
Гомологи. Гомологический ряд
Урок 5. Химия 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Гомологи. Гомологический ряд»
Гомологи – это вещества близкие по строению и свойствам, которые отличаются на одну или несколько групп – СН2.
Каждый класс органических соединений имеет свою общую формулу и для каждого класса органических соединений можно составить их гомологический ряд.
Например, алканы имеют общую формулу CnH2n+2, где n – число атомов углерода, причём каждый член гомологического ряда будет отличаться от предыдущего на группу – СН2. Такая последовательность соединений называется гомологическим рядом (от греческого homolog – «сходный»), отдельные члены этого ряда называются гомологами, а группа атомов, на которую отличаются соседние гомологи (группа – СН2) – гомологической разностью.
Понятно, что гомологи отличаются молярной массой, а значит физическими свойствами. Как правило, с увеличение числа атомов углерода в молекуле увеличиваются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность.
Для алкенов характерна общая формула СnH2n. Первый член гомологического ряда имеет формулу С2Н4 и называется этен, второй представитель алкенов – пропен – С3Н6, третий – бутен-1,четвёртый – пентен-1. И так далее, то есть в данном гомологическом ряду также каждый последующий член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу – СН2.
Для алкинов также можно составить гомологический ряд. Общая формула алкинов – СnH2n-2, поэтому первым представителем этого ряда будет этин, али ацетилен – С2Н2, вторым членом ряда является пропин – С3Н4, третим – бутин-1 – С4Н6, четвёртым – пентин-1 – С5Н8.
Составим гомологический ряд альдегидов. Учитывая, что общая формула альдегидов СnH2n+1CHO, то первым представителем данного гомологического ряда будет метаналь, или муравьиный альдегид – НСОН, вторым членом ряда – этаналь, или уксусный альдегид – СН3СНО, третьим – пропаналь, или пропионовый альдегид – СН3СН2СНО, четвёртым – бутаналь, или масляный альдегид – СН3СН2СН2СНО и так далее.
Аналогично и для карбоновых кислот. Так, общая формула насыщенных одноосновных карбоновых кислот – CnH2n+1COOH. Поэтому первым представителем данного гомологического ряда является метановая кислота, или муравьиная – НСООН, вторым – этановая кислота, или уксусная – СН3СООН, третьим – пропановая, или пропионовая кислота – СН3СН2СООН, четвёртым – бутановая, или масляная кислота – СН3СН2СН2СООН, пятым – пентановая, или валериановая кислота – СН3СН2СН2СН2СООН.
Таким образом, для каждого класса органических соединений можно составить гомологический ряд, учитывая общую формулу данного класса. Каждый последующий член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу – СН2, которую называют гомологической разность. А сами вещества этого ряда называются гомологами. Как правило, с увеличением числа атомов углерода в гомологическом ряду увеличиваются температуры плавления и кипения, увеличивается плотность.
Например, если говорить о гомологическом ряде алкинов, он состоит из следующих гомологов:
Гомологический ряд алканов в таблице
Алканы обладают следующими свойствами:
в последовательности гомологического ряда происходят изменения агрегатных состояний веществ с газообразного на жидкое и на твёрдое;
нерастворимы в воде, но могут растворяться в неполярных растворителях;
Алканы могут вступать в следующие реакции:
Замещение с галогенами: CH4 + Cl2 = CH3Cl + HСl.
Разложение при высокой температуре: СН4 = C + 2H2.
Гомологический ряд алкенов в таблице
Алкены обладают следующими свойствами:
не способны растворяться в воде, но полностью растворяются при взаимодействии с органическими растворителями;
имеют очень высокую температуру плавления и кипения;
применяются в промышленности для синтеза таких важных соединений, как фенола, полипропилена, стирола, ацетона, глицерина и других.
Алкены участвуют в следующих химических реакциях:
Галогенирование (присоединение к галогенам): CH2=CH2 + Cl2 = Cl-CH2-CH2-Cl.
Гомологический ряд альдегидов
К примерам альдегидов относятся метаналь, этаналь, пропаналь, бутаналь, пентаналь, гексаналь и так далее.
Альдегиды принимают участие в следующих реакциях:
Присоединение воды: R-CH = O + H2O = R-CH(OH)-OH.
Восстановление водородом: R-CH = O + H2 = R—CH2-OH.
Альдегиды обладают следующими свойствами:
низшие представители класса имеют резкий запах;
в гомологическом ряду происходит изменение агрегатных состояний от жидкого до твёрдого;
используются в лекарственной промышленности, парфюмерии и т. д.
Хоть органическая химия и требует внимательного изучения, совсем необязательно полностью зазубривать все классы веществ. Намного проще для понимания и качественного запоминания обращать внимание именно на закономерности изменения свойств и характеристик ближайших соединений, следуя плану.
Гомологи
Органические вещества разных классов тесно взаимосвязаны.
Соединения, содержащие одинаковые функциональные свойства, проявляют схожие химические и физические свойства.
| Вещества, которые содержат одинаковые функциональные группы, имеют сходное строение, но отличаются друг от друга на одну или несколько групп –СH2–, образуют гомологический ряд. |
| Гомологи – это вещества, которые входят в один и тот же гомологический ряд. |
Группу –СH2– называют гомологической разностью.
| Например, 2-метилбутан и 2-метилпентан являются гомологами: | |
 |  |
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
Гомологи в химии — общие структурные формулы, признаки и примеры
Определение и группы
Все вещества имеют разную молярную массу и структуру молекулы, следовательно, их физические свойства, такие как температуры изменения агрегатного состояния, плотность, прочность и т. д. будут различаться. Наиболее похожими будут свойства ближайших друг к другу веществ.
Свойства изменяются от начальных веществ к высшим, это можно увидеть на примере гомологического ряда алканов:
Есть определенные правила, по которым проходит систематизация органических соединений.
Номенклатура углеводородов
Согласно ИЮПАК (Международного союза теоретической и прикладной химии), первые четыре углеводорода имеют стандартные, сложившиеся с годами приставки: мет-, эт-, проп, — бут-. В зависимости от гомологического ряда (алканы, алкены, алкины и т. д. ), к этой приставке добавляется суффикс. Начиная с пятого наименование основано на греческих цифрах, соответствующих числу атомов углерода. Для углеводородов с разветвлённой структурной формулы существует определенная система наименования:
Называя соединение, для начала нужно перечислить в алфавитном порядке радикалы, перед названием которых ставится цифра, соответствующая номеру главного атома углеродной цепи, где этот заместитель расположен. Далее указывают главный углеводород. Следует помнить, что слова от цифр отделяют дефисом. Например: 3-метилпентанол, 2,3-диметилпентадиол и т. д.
Следует помнить, что существует еще один вид химических соединений, противоположный гомологам.
Изомерия вещества
Изомеры, в отличие от гомологов, имеют одинаковую структурную формулу и молярную массу.
Отличие состоит в строении или расположении самого атома в пространстве, вследствие чего различаются и свойства. Так, различают структурную и стереоизомерию.
Первый вид соединений отличается по химическому строению:
При стереоизомерии различия возникают в пространственной конфигурации молекулы.
Эти соединения составляют очень большой перечень неорганических веществ. У многих из них существует два, или более изомеров. Подсчитать же точное количество подобных веществ в органической химии не представляется возможным, поскольку даже в одном гомологическом ряду может существовать несколько миллионов изомеров без учета стереоизомерии.