Көміртек атомының электрондық құрылысы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 32 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
А.Байтұрсынов атындағы Қостанай өңірлік университеті
В.Двуреченский атындағы ауылшаруашылық институты

Мектептегі химия курсындағы көмірсутектерді оқыту әдістемесі
КУРСТЫҚ ЖҰМЫС
5В011200 Химия мамандығы

Орындаған:Бакиткиреева Н.А.
Ғылыми жетекшісі:Баймаганбетова К.Т.
туризм магистрі, аға оқытушы

Қостанай,2020
Мазмұны
Кіріспе 3
1 Органикалық заттарды оқып үйрену әдістемесі 5
1.1 Органикалық химия пәні және оның даму тарихы 5
1.2 Органикалық химия пәнінің міндеттері, мазмұны мен құрылым 5
2 Мектептегі химия курсындағы көмірсутектерді оқыту әдістемесі 10
2.1 Көмірсутектер класына жалпы сипаттама ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...10
2.2 Қаныққан көмірсутектер 13
2.3 Қанықпаған көмірсутектер 17
2.4 Қанықпаған ацетиленді көмірсутектер (алкиндер) 19
2.5Көмірсутектерді оқыту әдістемесі бойынша сабақ жоспарлары. Көмірсутектер тақырыбын оқыту ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 21
Қорытынды 31
Пайдаланған әдебиеттер тізімі 33

КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі: Қазіргі кезде орта мектептерде органикалық химия курсы терең мағыналы теориялық негізде құрастырылған. Демек, бұл мұғалімнің жан-жақты және тиянақты дайындығын талап етеді.
Химия - табиғат жайлы ілімдердің бірі. Ол зат, оның элементтік құрамы, ішкі құрылысы және өзгерістер жайлы оқытады. Бейорганикалық химия арқылы ол геологиямен, минералогиямен және заттардың бейорганиклалық табиғаты жайлы басқа ғылымдармен шекараласады. Органикалық химия тұрғысынан ол тірі табиғат жайлы ілім биологиямен байланысады. Сондықтан химия саласындағы білімсіз әлемнің ғылыми бейнесін көзалдымызға елестету қиын. Осылайша химия жалпы білім берудің ажырамайтын бөлігіне айналды. Органикалық химия өсімдік, жануар, адам ағзасын құрайтын заттар жайлы түсініктерді қалыптастырып, ол заттардың бейорганикалық заттардын түзілуі жайлы, оларда болатын өзгерістер жайлы түсінік қалыптастырады.
Органикалық химияны оқу барысында әрі қарай заттар табиғатына үңілу, яғни молекуладағы атомдардың орналасуын, химиялық байланыстың электрондық табиғатын, микроәлемдегі өзгерістерді тереңірек түсінуге мүмкіндік береді. Осы айтылғандар органикалық химияның танымдық мәнін, оқушылардың ғылыми-материалистік көзқарасының қалыптасуын анықтайды. Табиғаттағы заттардың алуан түрлілігі, органика мен бейорганиканың бірлігі, заттардың табиғаттағы айналу процесінің өзіне тән заңдылықпен өтуі, оның материалдық процесс екендігі, атом молекулада өтетін өзгерістер т.б.
Біздің елімізде химия және химиялық-технологиялық білімдер мен ғылымдарға деген қызығушылық белең алуда. Оның себебі түсінікті де - елімізде химиялық шикізат көздері, атап айтқанда, мұнай, газ, көмір, металдар т.б кен байлықтары көп. Өкінішке орай, сол байлықтардың көпшілігі сан жылдар бойы шикізат ретінде ғана пайдаланылып келеді, тек қана сырт мемлекеттерге шығарылады. Осыған орай, жер байлықтарын шикізат емес, дайын өнім түрінде іске асыру мақсатында көптеген химиялық өнеркәсіп орындары салынып, біразі іске қосылуда. Бұл тұрғыда органикалық химия пәнінің атқаратын маңызы зор.
Осыған байланысты таңдап алынған зерттеу жұмыстың тақырыбы табиғат байлықтарының іргетасын құрайтын көміртек элементінен тұратын Көмірсутектер тақырыбын оқыту жүйесі.
Осыдан барлық табиғат шікізатының қорларының негізгі көзін құрайтын неге бір ғана көмірсутек деген сұрақ туындайды, осы және басқа да сұрақтар бойынша таңдап алынған зерттеу жұмысының тақырыбы өзекті болмақ.
Зерттеу нысаны: Органикалық химия сабағында Көмірсутектер тақырыбын оқытудың әдістемесін талдау.
Зерттеу мақсаты: Жұмысты жазу барысында Көмірсутектер тақырыбын оқытуда оқушының өз бетінше барынша ізденіп жұмыс істей алу мүмкіндігін саралап дамыту, оқу материалдарын өңдеудің жекелей тәсілдерін қолдану арқылы жұмыс істей білуге үйрету.
Зерттеу жұмысының міндеттері:
Тақырып бойынша әдеби материал жинау және жүйелеу;
Органикалық химия пәнінің шығу тарихы және оны оқып үйрену әдістемесін зерттеу;
Көмірсутектердің негізгі үш класына жалпы сипаттама беру;
Көмірсутектер тақырыбына практика негізінде өткізген бір сабақ жоспарымен таныстыру.
Курстық жұмыстың құрылымы: Кіріспеден , екі тараудан, қорытындыдан және пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.

1 Органикалық заттарды оқып үйрену әдістемесі

3.1 Органикалық химия пәні және оның даму тарихы

Органикалық химия жеке ғылым ретінде XIX ғасырдың ортасында пайда болды. Алғашқы кезеңде органикалық химия өсімдіктер мен жануарлар организмінде түзілетін заттарды зерттейді деп қарастырылды, тек қана организм деген атауға сәйкес органикалық химия деп есептеген.
Ал қазіргі кезде мүлдем басқаша органикалық химия деп көмірсутектер және олардың туындыларының химиясын атайды және органикалық заттардың қосылыстарын, құрамын, құрылысын, қасиеттерін және өзгерістерін зерттейтін ғылым. Ал органикалық қосылыстар дегеніміз құрамында С атомы болатын қосылыстар.
Алғашқы кезде органикалық заттар тек қана өсімдіктер мен жануарлар организмінде ғана түзіледі деген пікірде болды. Бұл ағым витализм (латынша: vita өмір, тіршілік сөзі) деп аталды. Бұл витализм ілімі органикалық заттарды синтездеуді тежеді, ғылымны дамуына кедергі жасады. Бірақ 1824 жылы неміс дәрігері және химигі Фридрих Велер тұңғыш рет бейорганикалық газ тәрізді зат дицианды сумен қыздырып, қымыздық қышқылын синтездеп алды. Осы тәжірбиеден кейін органикалық химиның дамуына жол ашылды.
Өткен ғасырдың бірінші жартысында органикалық заттарды синтездеумен қатар, органикалық заттарды анализдеу техникасы да едәуір жетілдірілді (неміс химигі Ю.Либих). Анализдау барысында бір ерекше оқиға, барлық синтездік жолмен алынған органикалық қосылыстардың құрамынан көміртек атомының бар екендігі анықталды. Осы жағдай органикалық химияға жаңа анықтама беруге негіз болды. Сөйтіп, 1848 жылы Гмелин көміртек қосылыстарының туындысы деген жаңа анықтаманы ұсынды.
Сонымен, органикалық химия көміртек қосылыстарының пәні болды. Неге тек бір ғана элементтің қосылыстары бүтіндей бір ғылымының қалыптасыуына түрткі болып отыр. Оның себебі:
1) Қазіргі кезде органикалық заттардың 10 миллионнан астам түрі бар, яғни олардың көптігі және де әлі ашылып жатқан қосылыстары бар. Қазіргі дамыған технологияның арқасында жылына 200 мыңдай органикалық заттың қосылысы синтезделеді. Ал бейорганикалық қосылыстардың саны шамамен 650 мыңды құрайды.
2) Органикалық заттардың көп болуы біріншіден, химик-ғалымдардың органикалық қосылыстарды синтездеу және зерттеу ісімен аса зор қарқынмен айналысуы болса, екіншіден, көміртек элементінің бір-бірімен және басқа да элементтердің атомдарымен ашық және тұйық циклді тізбектер түзе отырып, шексіз көп қосылыстар түзу қабілетінің болуы.
3) Көміртек қосылыстарының практикалық маңызының болуы. Органикалық қосылыстар тіршілік көзі - олар адам баласына қажетті.
Органикалық қосыластардың бейорганикалық заттардан өзара ерекшелігі бар:
:: органикалық қосылыстардың барлығы дерлік жанады, ал бейорганиалық заттардың көбісі жанбайды;
:: шамалы сыртқы әсерден, мысалы, сәл қыздырғанда органикалық заттардың көбісі өзгеріске ұшырайды немесе ыдырайды және т.б сол сияқты өзінің сипатын өзгертеді.Сондықтан олармен жұмыс істеу аса сақтық талапты қажет етеді;
:: көміртек периодтық жүйедегі барлық элементтермен (инертті газдардан басқасы) қосыла алады, ал басқа кез келген элементте мұндай қасиет байқалмайды;
:: органикалық заттардың молекуласында әр уақытта біртекті атомдардың бірнешеуі, көміртек атомдарының бірнешеуі кезектесіп орналаса береді;
:: органикалық заттардың көбісі дерлік иондарға ыдырамайды (диссоциацияланбайды), ал бейорганикалық қосылыстардың көбісі иондарға ыдырайды;
:: органикалық қосылыстардың реакиялары бейорганикалық қосылыстың реакцияларына қарағанда баяу жүреді және көбісінде аяғына жетпейді, әрі шығымы аз болады;
:: органикалық қосылыстарға изомерия құбылысы тән. Ол дегеніміз молекулалық құрамы мен массасы бірдей, бірақ құрылысы әр түрлі заттар.
Қорытындылай келе, XIX ғасырдың аяғы мен ХХ ғасырдың басында органикалық химияның дамуы бірқатар жаңа өнеркәсіп салаларының пайда болына әкелді. Мінекей, органикалық химия пәні химия ғылым саласының маңызы жоғары, үлкен бір саласы ретінде мектеп курстарынан бастап оқытылады.[1]

3.2 Органикалық химия пәнінің міндеттері, мазмұны мен құрылымы

Орта мектепте органикалық заттар немесе көмірсутек қосылыстарының химиясы арнайы курс ретінде өтіп, бірқатар тәрбиелік міндеттерге жауап береді.Оқушылар санасында органикалық қосылыстар туралы негізі мағлұматтар қалыптасады.
Оқушыларда органикалық заттардың саналуандығы мен оның себептері жөнінде алғашқы ұғымдар қалыптасады.Олар органикалық заттар мен бейорганикалық заттар арасындағы айырмашылық пен қасиеттерін, ерекшеліктерін біліп, ажырата алатын болады. Органикалық заттар өзімізге белгілі саны жағынан ең көп тараған, жер шарындағы қосылыстардың (34) бөлігін құрайды. Органикалық заттардың негізін С элементі құраса, қосымша олардың құрамына оттегі, сутегі, азот, күкірт және де фосфор элементтері кіреді. Органикалық химияда заттардың құрылымы мен қасиеттерінің арасындағы тәуелділікке аса назар аударылмайды, тек бұл салада бейорганикалық химиядан алған білімдері тереңдеп, одан әрі толықтырумен қамтамасыз етеді.
Заттардың жіктелуі жөніндегі білімі кеңейеді. Оқушылар органикалық қосылыстардың маңызды кластары туралы жаңа ұғым алады, олардың құрамының күрделенуімен танысып генетикалық байланыс ұғымымен танысады.
Органикалық химияның теориясын дамытуда және ғылыми жаңалықтарын ашуда ғаламдардың ашқан жаңалықтарына тоқталып, қосқан үлесіне баса назар аударылып интернационалдық және патриоттық тәрбие беру мақсатында оқытылады. Бұл кезде оқушылардың теориялық білімдері дамып, тереңдеп, толығып жаңа сатыға көтеріледі. А.М.Бутлеровтың органикалық заттардың құрылыс теориясы, В.В.Марковниковтың атомдардың өзара әсері жөніндегі ережесі және де Н.Н.Зининнің анилин алудағы реакциясы мен М.Т.Кучеровтың ацетиленді гидраттау сияқты бірқатар маңызды реакцияларды түсіндіріледі. Органикалық химия пәнінің ерекшелігі мұнда әрбір сабақты өткен сайын ғылымаралық және пәнаралық байланыстарды жүзеге асыруға зор мүмкіндік бар. Органикалық химия саласы тірі организмдердің құрамына кіретін, олардың негізін құрайтын, биохимиялық өзгерістерге қатысатын заттарды зерттейді. Биологиялық аса маңызы бар заттарды: көмірсуларды, майларды, белоктарды, олардың химиялық құрамын толығырақ зерттей отырып, олардың қасиеттерін толықтай қарастырады. Сол себепті органика курсы география, биология, өлкетану сияқты бірнеше пәндермен байланыстыра отырып кірістіріп оқытылады. Органикалық химияны өткенде оқушылардың зертханалық, сарамандық біліктері артады әрі дамиды. Едәуір сапасы және сан жағынан тәжірбиелер жасауды үйренеді, күрделі эксперимент есептерді шешуге дағдыланады.
Орта мектепте оқытылатын органикалық химия пәнінің ең алғаш рет тұрақты бағдарламасын әзірлеген, оқулығы мен оқу әдістемесін жазған В.Н.Верховский мен Л.М.Сморгонский болатын.
Алғашқы бағдарламады оқу материалының құрамы қарапайым көмірсутек қосылыстарынан басталады. Одан әрі олардың құрылысы мен қасиеттері сияқты ұғымдармен толықтырылып, күрделене береді. Ал, кейінгі бағдараламасында яғни 1956 жылдан кейін бұл пәннің бағдарламасына кішкене толықтырулар мен өзгерістер енгізілді.[2]
Органикалық химия пәнінің құрылымы туралы айтқанда іс жүзінде сыналған дидактикалық мәліметтер мен әдістемелік ұстанымдар жүзеге асырылады.
Орта мектеп буынында органикалық химия курсын оқытқанда онда оқылатын күрделі заттардың ең маңызды деген қосылыстары ғана оқытылады. Ол қосылыстардан майлар, спирттер көмірсулар мен ақуыздар және т.б маңыздыларына тоқталады. Сондай-ақ май карбон қышқылдары мен көп атомды спирттердің күрделі эфирлері, көмірсулар - альдегид, спирттер, көмірсутек радикалдары мен амин, карбоксил топтары кіреді.Демек, биологиялық активті майлар, көмірсулар және ақуыздар кластарын қарастыру үшін көмірсутектер, спирттер, альдегидтер мен карбон қышқылдары өтіледі. Бұл дегеніміз органиакалық химия курсында бір тақырып келесі бір тақырыптың мазмұнымен тікелей байланысты деген сөз. Ол себепті де бұл курста генетикалық байланысқа арналған есептер көптеп қолданылады.
Әр класты сипаттау үшін қажетті заттардың саны мен оқылу реті гомологтық қатар бойынша теориялық және сарамандық талаптарға сай таңдалып алынған. Теориялық жағынан алғанда заттың құрылысы мен қасиеттері айқын білінетін және генетикалық байланысты дұрыс ашатын, яғни оқушыларға түсінікті болуы тиісті. Сарамандық талап кезінде мұғалім оқушыларға органикалық заттардың әр қайсысының өзіне тән сипаттамасы мен таныстырып, химиялық қасиетін ескертіп отыру қажет. Органикалық заттардың басы дерлік өте қауіпті екенін түсіндіріп, сарамандық жұмыс кезінде қауіпсіздік техникасымен қамтамасыз етіліп отыруы шарт. Гомологтық қатар жекеден жалпыға қарай немесе жалпыдан жекеге қарай ауысу тәсілімен оқытылады.
Осы талаптарға сәйкес гомологтық қатарларға сәйкес жататын заттардың ішінен көмірсутектердің бірінші өкілдері - метан қатары, этилен қатары, ацетилен қатары, дивинил, бензол қатары толығымен реті бойынша қарастырылады. Ал гомологтық қатардың екінші қатарына жататын кластардан - спирттер, альдегидтер және карбон қышқылдары кластарының қатарына этил спирті, сірке альдегиді және сірке қышқылы оқытылады. Әр заттың құрамы, электрондық және кеңістік құрылысы, физикалық, химиялық қасиеттері, алынуы мен қолданылуы жоспар бойынша сипатталады. Заттардың құрылысы мен қасиеттерінің, алынуы мен қолданылуы арасындағы байланыстардың ара жігі ажыратылып толықтай мысалдар келтіре отырып түсіндіріледі, ашылып баяндалады.
Органикалық химия курсының теориялық негізі - А.М.Бутлеров жасаған органикалық заттардың құрылыс теориясы. Бұл теория бензолдың Кекуле ұсынған, құрылыс формуласы мен сипатын, дивинил мен изопренге қосылу реакцияларының механизімін және де т.б көптеген күрделі құбылыстардың мән-жайын түсіндіре аламайды. 140 жылдан астам уақыттың ішінде бұл теория стереохимялық және электрондық көзқарастармен толықтырылып бірқатар жаңалықтар енгізілді. Сондықтан қазіргі құрылыс теориясы дәстүрлі теориядан, стереохимялық теориядан және химиялық байланыстың электрондық табиғаты жөніндегі ілімнің ізін жалғастырушы болып саналады. Осы үш теорияның ықшамдалған көрінісі ретінде бұл құрылыс теориясы мектеп бағдарламасында өтіледі.
Дәстүрлі құрылыс теориясының идеялары:
:: көміртегінің атомдары тізбек түзіп байланысады;
:: атомдар молекулаға валенттіліктеріне сәйкес белгілі бір ретпен байланысады;
:: қосылыстың қасиеттері құрамындағы атомдардың байланысу ретіне және өзара әсерленісуге тәуелді атомдардың байланыс ретімен және химиялық тәсілдерен анықталады;
:: құрылысы құрылымдық формула арқылы көрсетіледі.
Стереохимялық теорияның негіздері:
:: көміртегі атомының тетраэдр пішінді кеңістікте орналасуы;
:: ковалентті байланыстардың бағытталуының болуымен түсіндіріледі;
:: көміртегі тізбегінің иректі құрылысы;
:: атомдардың жай, еркін айналысы;
:: транц-циц изомерлер және олардың қасиеттеріндегі айырмашылықтар;
:: молекулалардың ретсіз және стереоретті құрылысының болуы.
Электрондық теорияның негіздері:
:: көміртегі атомының қалыпты және қозған күйлері;
:: электрон бұлты, валенттік электрон бұлттарының бағыттары;
:: sp³, sp², sp - гибридтену туралы ұғымдар;
:: электрон бұлттарының әсерлесуі, ковалентті байланыстар;
:: сигма және пи- байланыстар, олардың түзілуі мен беріктігі.
Органикалық химия курсында оқушылар санасына политехникалық мағлұматтар көптеп беріледі. Сол себепті алғашқыда бұл мағлұматтарды қабылдау оқушыларға ауыр тиуі мүмкін. Сондықтан мұғалім түсіндіргенде аса сақтықпен мұқият қарапайымнан күрделіге өту сатысын пайдаланып түсіндіре білгені жөн. Органикалық химия курсын өткенде тек қана органикалық заттар туралы ғана емес, осы күрделі заттардың халық шаруашылығындағы және ауыл шаруашылығындағы маңызы жөніндегі де ақпаратттармен қамтылған. Химиялық өндірісте органикалық заттар қалай қолданылады сонымен қоса жоғары молекулалы қосылыстар туралы оқулық соңында жеке тарау ретінде кірістірілген. Бұл талаптарға сәйкес метил спиртін өндіру, этиленнен сірке қышқылын алу сияқты маңызды тақырыптар кездеседі. Көптеген химиялық реакцияларды өткенде бұл курстың еркешелігі атауларының болуы. Олардың өндірістегі маңызына назар аударылады.[3]

2 Мектептегі химия курсындағы көмірсутектерді оқыту әдістемесі

2.1 Көмірсутектер класына жалпы сипаттама

Құрамына тек қана екі элемент - көміртек пен сутек атомдары кіретін органикалық қосылыстар көмірсутектер деп аталады.
Органикалық қосылыстарды қарапайым жүйелеудің негізінде ең алғаш оқытылатыны көмірсутектер класы болып есептеледі. Бірақ бұл қарапайым ғана кластың өзі бірнеше топқа жіктеледі. Көмірсутектерден басқа барлық органикалық қосылыстарды көмірсутектер молекуласындағы сутек атомдарымен өзара басқа атом топтары алмасқанда түзілетін басқа да заттар ретінде қарастыруға болады. Ондай заттарды көмірсутектер туындылары деп атайды. Сөзімізді нақтылау үшін төмендегі сызбанұсқаға назар салыңыз.

Сызбанұсқа-1
Органикалық қосылыстардың құрамы бойынша жіктелуі
Органикалық қосылыстар
Органикалық қосылыстар

Көмірсутектер
Көмірсутектер
Көмірсутектер туындылары
Көмірсутектер туындылары

Бұл органикалық қосылыстардың құрамындағы көміртек атомына байланысты және де басқа да қасиеттеріне байланысты бейорганикалық заттардан бірнеше қасиетімен ерекшеленеді. 1) балқу және қайнау температуралары төмен болады, тез көмірленіп кетеді. 2) жанғыш болып келеді, жанғанда және шірігенде кіші молекулалы ұшқыш бейорганикалық заттарға айналып кетеді. 3) ішкі молекулалық байланысы ковалентті. 4) электролиттерге жатпайды, яғни суда ерімейді, ал басқа органикалық қосылыстардың барлығында дерлік ериді. 5) органикалық заттар табиғатта өте кең тараған, олар барлық жануарлар мен өсімдіктердің құрамынан кездестіруге болады. 6) реакциялары қайтымды процесте өтеді. 7) көміртек атомының тағы да бір ерекшелігі - олар өзара байланысып, ұзын ашық және тұйық ( циклді) байланысты тізбектер түзе алады, және осы қасиетіне сәйкес олардың түрлері сан алуан болып келеді.[4]
Көміртек атомының электрондық құрылысы. Органикалық химия - көмірсутектер және олардың туындыларын зерттейді. Сол себепті органиаклық химияда ең басты рөлді - көміртек атомы атқарады. Осы органикалық заттардың жер бетінде көп таралуының ең басты себебі де осы күрделі заттардың құрамындағы көміртек атомының құрылысы мен қасиетіне байланысты болып отыр. Осы орайда неге бір ғана шағын саланың яғни органикалық химияның таралу мен шығуына бір ғана элемент түрткі болды? Көміртек атомының қасиеті қандай? Тұтастай бір саланың қалыптасуына негіз болған қандай қасиет? Және т.б осындай көптеген сұрақтар туындауы мүмкін, сондықтан осы сұрақтарға жауап ретінде көміртек атомын жеке,дара элемент ретінде оның қасиеттерін, ерекшеліктерін қарастырайық. Көміртек өзімізге белгілі Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінде 6-реттік нөмірде орналасқан. Нақтырақ айтсақ 2-периодта, 4-топтың негізгі топшасын құрайды. Атом ядросында 6 протон, 6 нейтрон және де сыртқы энергетикалық деңгейінде 6 электрон бар. Олар екі энергетикалық деңгейге бөлініп орналасады: 2е,4е.
ΙV А топшасында орналасқан көміртек атомы тізбектей де, тор да, кеңістікте ұзын тізбек жасау арқылы құрылымдарда да орналаса алады. Мінекей сол себепті де көміртек атомы аллотропиялық өзгерістерге көп ұшырайды. Яғни көміртектің табиғатта таралуы осы қасиетіне негізделген. Көміртектің аллотропиялық түр өзгерістеріне: алмаз, графит, карбин, кумулен, фуллерен және т.б заттар болып табылады. Сол сияқты көміртек атомдары кеңістіктікте өзара байланысып, ұзын тізбек жасау арқылы күрделі кеңістікті құрылымды - органикалық химияның негізін құрайды.
ΙV А топшасындағы элементтердің - Si,Ge,Sn,Pb ішінен көміртек атомы ең кішісі болып саналады.Оның валенттік атомдарындағы орбиталдарының тығыздылығы ең жоғарғы, сондықтан ол ең берік химиялық байланыстар түзеді. Периодтық жүйеде элементтердің ең кіші атомдар ішінен валенттік электрондары ең жоғарғы элемен болып саналады, ал топты ішінде ең кішісі - көміртек болып келеді. Сыртқы деңгейінде төрт электрон болғандықтан, көміртектің валенттілігі төртке тең. Органикалық химияда да осы қасиетін сақтайды, яғни төрт валентті болғандықтан кеңістікте құрылымдық байланыс жасайдыол дегеніміз - коваленттік байланысты құрайды. Органикалық қосылыстарда көміртек атомы өзінің тотығу дәрежесін -4-тен +4-ке дейін өзгерте алады. Мысалы:
-4 -3 -3 -2 -2 -1 -1 +2 +4
CH₄, СН3 ̶ СН3 , СН2 ̶ СН2 , СН≡СН , НСООН, CСl₄
Көміртек атомы электрондарының қалыпты жағдайдағы конфигурациясы 1s²2s²2p² күйде болады да, ал қозған кезінде 2s² электрондары ажырап, олардың бірі 2p деңгейшесінің бос орбиталына ауысады: 2s²2p² 2s¹2p³
Көміртек атомының сыртқы деңгейіндегі төрт атомдық орбитальдарында төрт электрон таралып, жеке-жеке орналасады: бұл жағдайды біз ереже бойынша көміртек атомының қозған күйі деп айтамыз.Осы көміртек атомының қозған күйі әр түрлі байланыстар түзеді. Олар: иондық байланыс, семиполярлы байланыс, сутектік және ковалентті байланыс. Бұл дара электрондар төрт валенттік бұрыш жасап дара орналасады, соған сәйкес ковалентті байланыс түзеді және осы арасындағы бұрыштардың әр түрлі жағдай жасап орналасуына байланысты органикалық химияда гибридтену ұғымы пайда болды. [5]
Гибридтену теориясы. Электрон орбитальдерінің пішіні немесе формасы сонымен қатар энергиялары әр түрлі болады. Бірақ зерттеудің нәтижиелеріне қарамастан, электрондардың химиялық байланыстар түзуіне байланысты, мысалы: CH₄ метан молекуласындағы электрон орбитальдерін алатын болсақ, барлық байланыстар бір-бірімен бағыты және энергиясы жағынан тең болатыны дәлелденген. Бұның себебін Л.Полинг ашқан гибридтелу теориясы арқылы түсіндіруге болады.
Химиялық байланыс таза электрон орбитальдерінен емес, гибридтелген, яғни будандасқан электрон бұлттарынан түзіледі.
Гибридтену дегеніміз - пішіндері әр түрлі, энергиялары шамалас орбитальдердің араласып , пішіні, энергиясы, байланыс бұрышы т.б шамалас сипаттамалары бірдей шамада гибридтенген жаңа орбитальдардың түзілуі.
Атомдық орбитальдардың гибридтенуі атомдар арасындағы ковалентті байланыстар арасында жүреді. Гибридтенуге жалпы айтқанда көміртек атомының төрт орбиталы бір s және үш p қатысады. Осы жағдайға сәйкесті органикалық химиядағы күрделі заттар үш түрлі жағдайда гибридтену күйлеріне ұшырай алады. Ол негізен жоғарыда аталып кеткен көміртек атомының күй-жағдайына байланысты.
Көмірсутектердегі ең маңызды ұғымдардың бірі - изомерлену құбылысы. Өздеріңе таныс Бутлеровтың органикалық қосылыстардың құрылыс теориясы жасалғанға дейін құрамы С4Н10 - ға сәйкесті тек бір ғана түрі болған, бірақ Бутлеров өзінің теориясын жасау барысында дәл осы бутанның тармақталған басқа да түрлері болатынын байқаған, кейін ол бутаннан құрылысы ерекше басқа затты синтездеп алу арқылы осы құбылыстың болатынын дәлелдеген және де ол бұл құбылысты - изомерия деп атады. Молекулалық құрамдары (яғни, молекулалық формулалары бірдей) болғанымен, молекуласының химиялық құрылысы әр түрлі болатын заттарды изомерлер деп атаймыз. Ол грек тілінен тәжімаланғанда изос - тең, мерос - бөлшек деген мағынаны білдіреді. Органикалық химияда көмірсутектердің бірнеше изомерлену түрлері бар. Олар құрылымдық ( структуралық) және кеңістіктегі изомерия (стереоизомерлену).[6,7]
Сызбанұсқа-2
Көмірсутектердің жіктелуі

Көмірсутектер
Көмірсутектер
Циклді (тұйық тізбекті)
Циклді (тұйық тізбекті)
Алифатты (ашық тізбекті)
Алифатты (ашық тізбекті)

Қаныққан алициклді (циклоалкандар)
Қаныққан алициклді (циклоалкандар)
Ароматты көмірсутектер (арендер)
Ароматты көмірсутектер (арендер)
Қанықпаған
Қанықпаған
Қаныққан
Қаныққан

Алкендер
Алкендер
Алкандар
Алкандар
Алкиндер
Алкиндер

Алкадиендер
Алкадиендер

2.2 Қаныққан көмірсутектер

Қаныққан көмірсутектер деп - молекула құрамында тек қана көміртек пен сутек атомынан тұратын, арасындағы байланыстар дара σ-байланыстан тұратын, жалпы формуласы СnН2n+2 болатын алифатты қосылыстар. Бұл қаныққан көмірсутектерді парафиндер немесе алкандар деп те атауға болады. Алкандар малекуласындағы әрбір көміртек атомының барлық төрт валенттілігі толығымен, жан-жағынан сутек атомдарымен байланысқан. Сондықтан оларды шектелген көмірсутектерге жатқызамыз. Олардың алғашқы қатары метан болғандықтан кейбір әдебиеттерде метан қатарының көмірсутектері деп те береді, сондықтан оларды қай атаумен атасақта қателеспейміз, тек қана қасиеттерін жақсы ажырата білсек болғаны. Қаныққан көмірсутектер табиғатта көптеп кездеседі, олар атап айтсақ тас көмірдің құрамында, табиғи газдарда, мұнай және мұнайға серіктес газдардың құрамында кездеседі. Олардың алғашқы өкілі - метан немесе оны шалшық, кеніш газ деп те атайды. Метан - түссіз, иіссіз, ауадан жеңіл газ, суда ерімейді бірақ та органикалық қосылыстарда жақсы ериді. Метан молекуласының кеңістік моделі тетраэдр тәріздес. Тетраэрдің төрт бұрышында төрт сутек атомы және ортасында бір көміртек атомы болады. Жалпы есептеп алғанда бұл модел барлық алкандардың құрылысына сәйкес келеді, сол себепті олардың құрылысы - тетраэдр болғандықтан, олардың бұрышыда барлығына ортақ 109°С шамасына тең болады. Шар өзекті модельде шарлар шартты түрде көміртек атомдары мен сутек атомдарының ядроларыын, ал оларды жалғастырған өзектер атомдар арасындағы байланысты бейнелейді. Алкандардағы байланыстар біреу болады. Сол себепті олардың атомдарындағы орбиталдар арасындағы гибридтелу түрі - sp³ болып саналады.
Гомологтық қатар дегеніміз - құрамы мен құрылысы, химиялық қасиеттері ұқсас, бір-бірінен CH₂ тобына айырмашылығымен ерекшеленетін органикалық химиялық қосылыстар. Кез келген органикалық қосылыстардың мүшелері осы гомолгтық қатарға бағынады. Кез келген гомолгтық қатарды жалпы формуламен сипаттауға болады және оларға көбінесе бірдей химиялық қасиеттер тән болады.[8]
Физикалық қасиеттері
Алкандардың физикалық қасиеттері басқа да органикалық қосылыстар тәріздес молекулалық құрылысы мен құрамына тәуелді. Тура тізбекті гомологтық қатарындағы алғашқы төртеуі газдар, пентаннан бастап пентадеканға дейінгілері - сұйық заттар, ал одан әрі қатты күйде болады. Гомолгтық қатардағы заттардың қасиеттері ұқсас болады және белгілі бір заңдылыққа сүйене отырып өзгереді.Молекула құрамына алкил тобы өскен сайын заттар қасиетінің біртіңдеп өзгергенін көруге болады. Гомологтық қатар бойынша алкандардың қайнау температурасы өседі, бірақ жақын орналасқан алкандардың қайнау температуралары аз болады. Тармақты тізбекті изомерлерге қарағанда тура тізбекті изомерлер жоғары температурада қайнайды. Алкандардың балқу температурасы қатар бойынша баяу өседі. Алкандар судан жеңіл. Алкандар үшін ИК спектрде - 2800-3000 смˉ¹ байланыс валенттілік тербелісіне сай келсе. 1380-1480 смˉ¹ байланысының деформациялық тербелісі аралығындағы жұтылу жолақтарына сәйкес келеді. Жалпы айтқанда алкандар полюссіз және қиын полюстенетін заттар.
Химиялық қасиеттері
Алкандар кәдімгі жағдайда химиялық инертті. Молекуласындағы С─С берік байланыс қатаң жағдайда үзіліп, реакцияға қиын түседі. Сондықтан да алкандарды парафиндер деп те атайды. Лат бейғам деген мағынады - көмірсутектердің реакцияға белсенді емес екендіктерін білдіреді, демек олар гетеролоиттік үзіліске бейімсіз. Алкандарда жүретін реакциялар сутек атомының үзіліп кетіп, оның орнына басқа да атом топтары келуі арқылы жүреді, яғни алкандарға орын басу және ыдырау реакциялары тән.
Алкандардың басқа көмірсутектермен салыстырғандағы ерекшелігі - молекула құрамындағы көміртек атомдарының валенттіліктері толығымен сутек атомымен қаныққан, сондықтан олар қосылу реакциясына түспейді. Ал енді ерекшелігіне келетін болсақ тізбектегі С─С арасындағы δ-байланыстың үзілуіне 350 кДжмоль энергия қажет, С─Н байланысқа 413,7 кДжмоль энергия керек.
Орынбасу арқылы жүретін реакциялар.
Бұл кезде молекуладағы С─Н байланыс үзіліп,сутек атомы басқа атом таптарына алмасу арқылы жүреді. Жалпы схема бойынша былай көруге болады RH+XY--RX+HY
Галогендену реакциялары - алкандардың практикалық маңызды реакцияларының бірі, жарықтың немесе жоғары температурның әсерінен іске асады.Сутектердің орнын гологендерге алмастырғанда алкандардың гологентуындылары түзіледі.
Жарықтың әсерінен жүретін реакциялар фотохимиялық реакциялар деп аталады. Алкандардың галогендермен орынбасу реакциялары хлормен жеңіл, броммен қиындау, йодпен қиын жүреді. Ал фтормен қопарылыс түзе жүретін болғандықтан, реакцияны инертті газ қатысында сұйылтып жүргізеді. Реакцияның жылдамдығы Ғ Сl Вr І қатары бойынша азаяды. Жылдамдық (һυ) арқылы немесе белгілі бір температураның көмегімен жүреді. Реакцияның механизімі бойынша метанның құрамындағы сутек атомдары гологенге біртіңдеп алмаса отырып қышқыл түзу арқылы жүреді. Мысалы: метанның хлормен әрекеттесу теңдеуі мына саты бойынша өтеді.

СН4 + Сl2 -- СН3Сl +HCl (хлорметан)
CH3Cl + Cl2 -- CH2Cl2+ HCl (дихлорметан)
CH2Cl2 + Cl2 -- CHCl3 +HCl (трихлорметан)
СНСl3 + Сl2 -- ССl4 + HCl (тетрахлорметан)

Сульфохлорлау және сульфототығу реакциялары - жуғыш заттар алуда маңызы зор.1936 жылы Рид және Хорн ашқан. Кәдімгі температурада күкірт қышқылы алкандарға ісер етпейді, сол себепті қыздыру және түтіндеп тұрған күкірт қышқылы қатысында жүреді. Фотохимиялық сульфохлорлау реакциясына метаннан бастап барлық алкандар түседі. Сутек атомдарын сульфохлорид топшасын алмастыру селективті жүреді:екіншілік көміртегі сутек атомдар, біріншілік сутек атомдара қарағанда жеңіл алмасады. Кеңістік кедергісінің салдарынан үшіншілік көміртегі атомдары сульфохлорид топшасына алмаспайды.
Сульфототығу реакциялары тек жарықтың (hv)әсерінен немесе катализатор қатысында жүреді. Реакция механизімі Семеновтың тізбекті радикалдар бойынша жүзеге асады. Алкандарды хлорлау тәріздес мұнда да бос радикал басты рөл атқарады. Негізгі механизімі мына жағдайда өтеді:
Сl2 hv 2Сl
R─H+ SО2 + Сl2 R─SО2Сl + НСl (алкансульфохлорид)
Нитрлеу реакциялары - алкандардың құрамындағы сутек атомдары нитротоп (NО2) алмасуы арқылы жүреді. Бұл реакцияны нитрлеу реакциясы деп атайды. 1888 жылы орыс ғалымы М.И.Коновалов ашқандықтан кейбір әдебиеттерде коновалов реакциясы деп те атайды. Азот қышқылының әрекетінен алкандар құрамындағы сутек атомы тотығады, сол себепті бұл реакция қыздыру арқылы сұйылтылған азот қышқылы қатысында жүреді. Нитрлеу реакциясы да орын басу типіне жататын болғандықтан бос радикалды механизм бойынша жүреді.
Реакция механизімі: R─H + НО─ NO2 -- R─ NO2 + H2O
Мысалы: C2H6 + HNO3 C2H5NO2 + H2O
Тотығу реакциялары немесе жану ауадағы оттектің және кәдімгі тотықтырғыштардың (KMnO4, K2Cr2O7) әсерінен жоғары температурада алкандар көміртек тізбегін үзе отырып тотығады нәтижиесінде қышқылдар және жоғарғы май қышқылдарын алуға болады. Оның механизмі былай:
RН + О2 -- СО2 + Н2О
RH + [O] -- RCOOH

Жану - алкандар түсетін ең маңызды реакциялардың бірі болып табылады. Көмірсутектердің қолданылуының негізгі бір саласы жану реакциясының нәтижесінде энергия бөлінуіне байланысты болады. Ауада қыздырғанда кез келген органикалық заттар тұтанып жана бастайды, себебі: оның құрамында көміртектің болуы.

СН4 + 2O2 -- СO2 + 2Н2O ΔН =-890 кДжмоль

Метанның конверсиялануы - оттекпен, су буымен және көміртегі (IV) оксидімен тотығуы оның негізгі қолданылу салаларының бірі:

2СН4 + O2 -- 2СО + 4Н2
СН4 + Н2O ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.