Скачать

Спирты

1.Титульный лист

по химии

Тема:

Спирты.

Выполнил:Юрченко Антон

Проверила:Иманкулова Т.А.

Арсеньев 1999г.

2.Содержание курсовой работы

а)Строение

б)Физические и химические свойства

в)Получение и применение

Дополнительная литература

3.Охрана окружающей среды

Литература:

Ситабников . В.Н

Роститер . И.Н.

Процюк . Т.Б.

Э.С.М. 1976.

Учебник по химии за 10-ый класс .

Л.А.Цветков.

1.Стрение этилого спирта.

Этиловый спирт С8Н6О-бесцветная жидкость со своебразным за-

коном, легче воды Р=0,8г/см , кипит при t-78,3 С, хорошо раство-

ряется в воде и сам является растворителем многих неорганиче-

ских и органических веществ. Зная молекулярную формулу спирта

и валентность элементов , попытаемся изобразить его строение.

Напишим две структурные формулы.

Н Н Н Н

Н-С-О-С-Н (1) Н-С-С-О-Н

Н Н Н Н

Сопостовляя формулы ,мы замечаем , что если справидлива первая из них , то в молекуле спирта все атомы водорода

соеденены с молекулами углерода , и можно предполагать,

что они одинаковы по свойствам . Если же истинна вторая

формула , то один атом водорода в молекуле соединён с атомом

углерода через кислород и он , по-всевидимому , будет отличаться

от других водородных атомов . Оказывается , можно проверить

опытом, одинаковы или различны по свойствам атомы в спирте.

Поместим в пробирку со спиртом (не содержащий воды)

кусочек натрия . Начинается реакция , сопровождающаяся выделением газа . Нетрудно установить , что это водород . При

помощи другого , более сложного опыта можно определить ,

сколько атомов водорода выделяется при реакции из каждой

молекулы спирта . В колбу с мелкими кусочками натрия (рис.1)

приливается по каплям из воронки определённое количество спирта

Выделяющийся из спирта водород вытесняет воду из двугорлой

склянки в цилиндр . Обьём вытесненной воды в цилиндре

соответствует обьёму выделевшегося водорода .Опыт показывает,

что из 0,1 моль спирта удаётся получить 1,12л. водорода . Это

означает , что из 1 моль спирта натрий вытесняет 1,12л. т.е.

0,5 моль водорода.

Иначе говоря , из каждой молекулы спирта натрием вытесняется

Только один атом водорода . Формула (1) не даёт обьяснения

такому факту . Согласно этой формуле все атомы водорода равноцены . Наоборот, формула (2) отражает наличие одного атома,

находящегося в особом положении : он соединён с атомом углерода через кислород ; можно заключать , что именно этот

атом водорода связан менее прочно. Он и вытесняется натрием .

Следовательно вторая из приведёных формул и будет структурной

формулой этилого спирта . Чтобы подчеркнуть , что в молекуле

спирта содержится гидроксильная чруппа-ОН , соединённая с

углеводородным радикалом , молекулярную формулу этилового

спирта часто пишут так :

СН3-СН2-ОН или С2Н5ОН

Очивидно , здесь мы снова встречаемся с влиянием атомов друг

на друга . Чтобы понять сущность этого влияния , обратимся к

электроному строению молекулы . Характер связей С-СuC-Н нам

уже хорошо известен – это ковалентные q –связи . Атом О2 образует с атомом “H” и с углеводородным радикалом такие же

связи , при этом его наружный электронный слой дополняется до октета .

Формула спирта в таком случае можно изобразить так :

Н С С О Н

Н Н

Однако распределение электронной плотности в молекуле спирта

не такое равномерное , как в углеродах . Связь О-Н полимерная ,

так как наибольшая электронная плотность её смещена к атому

О2 , как элементу более электроотрицательному . Атом “Н” оказывается как бы более свободным от электронов , менее

связаным с молекулой и поэтому может сравнительно легко

вытесняется натрием . Смещение электронной плотности можно

показать в формуле следующим образом

Н Н

Н-С-С-О Н

Н Н

О пространственном расположении атомов в молекуле спирта

дают представление модели , изображённые на (рисунки 2)

другими атомами под некоторым углом друг к другу , а не по

прямой линии . Вспомним , что в наружном электронном слое

наряду с двумя спаренными S-электронами и двумя спареными

р-электронами имеются два неспареных р-электрона . Оси этих

электронных облаков взаимно перпендикулярно . В направлении их и образуются ковалентные связи атома кислорода с другими

атомами (фактически в следствии гибридизации и действия других факторов валентный угол несколько отклоняется от

прямого). Мы знаем , что молекуле воды имеет подобное пространственное строение .

Гомологический ряд спиртов .

Этиловый спирт –один из членов гомологического ряда .

Другие спирты ряда имеют аналогичное химическое и электронное строение . Первый член ряда метиловый спирт .

Н

Н –С –О –Н

Н

Ближащий следующий гомолог этилого спирта пропиловый спирт.

Н –С –С –С –О –Н

Н Н Н

В молекулах спиртов может содержаться не одна , а две и больше гидроксильных групп как мы уже видели на примере

реакции с натрием и убедимся ещё далее , наличие гидроксильных

групп в молекулах обусловливает характерные химических свойства спиртов , т.е. их химическую функцию .

Такие группы атомов называются функциональными группами .

содержат одну или несколько функциональных гидроксильных

групп , соединённых с углеводородным радикалом

Они могут расматриваться поэтому как производные углеводородов ,

в молекулах которых один или несколько атомов водорода

заменены на гидроксильные группы .

Спирты приведённого высше ряда можно считать производно

предельных углеводоров , в молекулах которых один атом водорода заменён на гидроксильную группу . Это гомологический

ряд предельных одноатомных спиртов . Общая формула веществ

этого ряда СпН2п+ОН или R-OH .

Таблица №1 Гомологический ряд предельных одноатомных спиртов .

Согласно систематической номеклатуре названия спиртов ,

производится от названий спиртов , соответствующих углеводородов с добавлением суфикса -0^ ; цифрой указывают атом углерода при

котором находится гидроксильная группа . Нумерацию углеродных

атомов начинают с того конца , к которому ближе функциональная

группа .

Изомерия спиртов обуславливается как изомерией углеводородного

скелета , так и положением гидроксильной группы .

Химические свойства .

Спирты горят при поджигании , выделяет кислоту , например:

С2Н5ОН+3О2 -2СО+3Н2О+137

однако при горении у них наблюдаются и различия . Нальём по одному миллилитру разных спиртов в форфоровые чашки и подожжём жидкости . Заметим , что спирты –первые члены ряда –

легко воспламеняются синеватым почти не светящимся пламенем , и

после сгорания их остаётся чёрный налёт .

Взаимодействие этилого спирта с натрием .

2С2Н5ОН+2Na –2C2Н5Оna+H2

Продукт замещения водорода в э.с. называется этилатом натрия , он может быть выделен после реакции в твёрдом виде. Также реагируют

со щелочными металлами другие растворимые спирты образуя

соответствующие алкоголиенты .

Однако спирты к классу кислот не относятся , так как степень дисоциации их крайне незначительна , даже меньше чем у воды , их

растворы неизменяют окраску индикаторов .

Положение степени дисоциации спиртов по сравнению с водой можно

обьяснить влиянием углеводородного радикала : смещение радикалом

электронной плотности связи . 6 –0 в сторону атома кислород ведёт

к увиличению на последнем частичного отрицательного заряда вседствии чего он прочнее удерживает атом водорода .

Можно повысить стпень , если в молекулу ввести заместитель

притягивающий к себе электроны химической связи . Так , степнь

дисоциации если 2 –хлорэтанола ClCu2 –CH2OH возрастает в несколько

раз по сравнению с этанолом (этиловым спиртом) .

У спиртов может вступать не только гидроксильный атом водорода ,

но и вся гидроксильная группа . Если в колбе с присоеденённым к ней холодильником нагревать этиловый спирт с галогеноводородной

кислотой , например с бромоводородной (для образования бромоводорода берут смесь бромида калия или бромида натрия с

серной кислотой) , то через некоторое время можно заметить , что в

пробирке под слоем воды собирается тяжёлая жидкость–броэтан .

С2Н5ОН+НBr–С2Н5Br+H2O

Она напоминает нам реакцию оснований и этилового спирта , образуется бромистан .

При нагревании с концентрированной кислотой в качестве католизатора

спирты легко дигидратируются , т.е. отщепляет воду . Из этилового

спирта при этом образуется этилен .

Н Н

Н –С –С –Н –СН2=СН2+Н2О

Н ОН

Дигидрация последующих ломологов приводит к получению других

непредельных углеводородов .

Н Н Н

Н –С –С –С –Н СН3 –СН =СН2+Н2О

Н Н ОН

При несколько иных условиях дигидрация спиртов может , происходить с отщиплением молекулы воды не от каждой молекулы

спирта , а от двух молекул . Так , при более слабом нагревания этилового спирта с серной кислотой (не выше +140 С и при избытке

спирта) диэтиловый эфир .

С2Н5ОН+ОНС2Н5 –С2Н5 –О –С 2Н5+Н2О

Диэтиловый эфир –летучая , легко воспламеняющаяся жидкость , применяют в медицине в качестве наркоза . Он относится к классу простых эфиров–органических веществ , молекулы которых состоят из

двух углеводородных радикалов , соединёных посредственно атома

кислорода .

С диэтиловым эфиром мы встречались когда выяснили строение этилового спирта . Из двух возможных структур отвечающих формуле

С2Н6О , мы выбрали одну позволяющую понять свойства спирта . Другая не принетая нами формула хотя она также отвечает правилом

важности , выражает стрение диментилового эфира . Имея одну и эту же молекулярную формулу , эти вещества , следовательно , являются изомерами , принадлежат к различным классам органических соединений .

Физические свойства.

Вы , несомненно обратили внимание , что , в отличие от ранее рассматривавшихся предельных и непредельных углеводородов , в данном гамологическом ряду ней газообразных веществ , уже первый член ряда –метиловый спирт –жидкость. Как обьяснить такое повышение

температуры кипения веществ . Может тем , что при вступлении атома

кислорода в молекулу сильно возрастёт молекулярная масса вещества

Но у метилового спирта молекулярная масса –32 , у пропана –44 , однако и он представляет собой газообразное вещество . Тогда что же

удерживает молекулы метилового спирта , сами по себе довольно лёгкие , в жидком состоянии ?

В молекулах спирта , как мы выяснили , углеводородный радикал и атом кислорода не на одной прямой , а под некоторым углом друг к другу . У атома О2 имеются ещё свободные электронные пары . Поэтому он может взаимодействовать с атомом водорода другой молекуы , имеющий некоторый положительный заряд в результате

смещения электронов к атому кислороду (рис.3 а) . Так между атомами возникает водородная связь , которая обозначается в формулах

точками :

Прочность водородной связи значительно меньше обычной ковалентной связи (примерно в десять раз) . За счёт водородных связей молекулы спирта оказываются ассоциированными , как бы прилипли друг к другу . Поэтому на разрыв этих связей необходимо затратить дополнительную энергию , чтобы молекулы стали свободными и вещество преобрело летучесть . Это и является причиной более высокой температуры кипения всех спиртов по сравнению с соответствующими углеводородами . Теперь можно понять почему вода при такой небольшой молекулярной массе имеет необычно высокую температу кипения (рис.35) .

Водородные связи могут установливаться и между молекулами спирта

и воды (рис.31в) . Именно этим обьясняется растворимость спиртов в отличие от углеводородов , которые из-за малой полярности связей

С–Н не образуют с водой водородных связей и поэтому не растворяется в ней . норастворимость спиртов в воде (вспомним , что члены гамологических рядов при сходстве свойств имеют индивидуальные различия) . Если в равные обьёмом воды в стаканчиках

мы прильём по одинаковому обьёму (например 5мл.) , метилового ,

пропилового, этилового, бутилового и аминового спиртов и перемешаем

жидкости , то заметим , что первые три спирта расворяются полностью

а бутиловый и особенно аминовый спирты в меньшей степени . Понижение растворимости можно обьяснить тем , что , чем больше углеводородный радикал в молекуле спирта , тем труднее гидроксильной группе удержать такую молекулу в растворе за счёт образования водородных связей (углеводороды в воде не растворимы)

Применение и получение спиртов .

Получение .

До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно сбраживанием пищ углеводсодержащего сырья , и при обработки зерна

(рожь , ячмень , кукуруза , овёс , просо) . В 30-е по 50-е годы было разработанно несколько способов синтеза Э.С. из химического сырья

например : лидрирования ацентальдецида и д.р. . Оси современных способов –односейадистная (прямая) гидраитация . Этилена

(CU2=CU2+H2O –C2H5OH) , осуществляется на фосфорно-кислотном

католизаторе при 280-300 С и 7,2-8,3 Мн/м (72-83 кг/см ). Так , в США

в 1976 г. было выработано около 800 тыс. тонн этонола , в т.ч. 550 тыс. тонн прямой гидротацией (остальное сбраживание пищевого сырья) . В других странах (СССР , Франция и др.) Э.С. получают также двухстадийной (сернокислотной гидраитацией этилена при :

75-80 С и 2,48 Мн/м/24,8 нес/м ) этилен взаимодействует с

концетрированой серной кислотой с образованием смеси моно и

диэнтилеульфатов (С2Н5OSO2ОН и (С2Н5О)2SO2) , которые затем

гидрилизуясь при 100 С и 0,3-0,4 Мн/м дают Э.С. и Н2SO4 .

В ряде стран Э.С. получают также сбраживанием продуктов гидролиза растительных материалов . Очистку технических Э.С.

проводят различными способами . Пищевой спирт-сырец , обычно освобождают от примесей (сивушные масла и др.) рекитификацией .

Слинтентичиский Э.С. очищают от этилового эфира , ацетальдегида и др. рекитификаций в присутствии щёлочи и гидрированием в паровой

фазе на никелевых католизаторах при 105 С и 0,52 Мн/м (5,2 кгс/см)

Спирт –рекитификат представляет собой асеотропную смесь Э.С. с

Водой (95,57% спирта t кипения 78,15 С . ) . Для многих целей требуется обезвоженый , Т.Н. абсолютный , Э.С. Последний в промышленности готовят , воду в виде стройной азеотропной смеси вода-спирит-бензол (специальная добавка) , а в лабороторных условиях-

химическом связыванием воды различными реагентами , окисью кальция , металлическим кальцием или магнием Э.С. , предназначеный для технических и бытовых целей , иногда денантурируют .

Применение .

На многих производствах спирты применяются в качестве растворителей . В химической промышленности они используются для

различных синтезов . Метиловый спирт в больших количествах идёт на получение формальдегида , используемого в производстве пластмасс

уксусной кислоты и других органических веществ . В настоящее время

разрабатывается много новых технологических процессов на основе использования метилового спирта как исходного продукта , поэтому значение его в промышленном производстве нужных народному хозяйству , веществ и материалов будет всё более возрастать .

Перспективным считается использование метилового спирта в качестве

моторного топлива т.к. добавка его к бензину повышает актановое число горючей смеси и снижает образование вредных веществ в выхлопных газах .

Этиловый спирт в больших количествах идёт на производство синтетического каучука . Окислением спирта получают пищевую уксусную кислоту . Путём его дигидратации готовят диэтиловый (медицинский) эфир , с взаимодействием с хлороводородом получают хлорэтан , для местной анестозии. Спирт применяется при изготовлении

многих лекарств . В парфюмерии он идёт на изготовление духов и адеколонов .

Охрана окружающей среды .

Спирты оказывают негативное воздействие на организм . Особенно ядовит метиловый спирт . Самое незначительное количество его при

приёме внутрь разрушает зрительный нерв и вызывает необратимую

слепоту . 5-10 мл спирта вызывает сильное отравление организма , а 30 мл могут привести к смертельному исходу . Этиловый спирт-наркотик , при приёме внутрь он вследствие высокой растворимости быстро всасывает в кровь и сильно действует на организм . Под влиянием спиртного у человека ослабляется внимание затормаживается

реакция нарушается корреляция движения , появляется развязанность,

грубость в поведении и т.д. , всё это делает его неприятным в обществе . Но вследствии употребления алкоголя ещё более опасны , т.к. у пьющего человека появляется привыкание , погубное пристрастие

к нему и в конце в концов он тяжело заболевает алкоголизмом . Спирт поражает слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта , что

ведёт к возникновению гастрита язвенной болезни желудка , двенадцатой кишки . Печень , где должно происходить разрушение спирта , не справляясь с нагрузкой , начинает перерождаться в результате возможен цирроз . Проникая в головной мозг спирт отравляюще действует на нервные клетки , что проявляется в нарушении сознания , речи , умственных способностей , в появлении , тяжёлых психических растройств и ведёт к деградации личности . Особенно опасен алкоголь для молодых людей , так как в растущем организме интенсивно протекают процессы обмена веществ и они особенно чувствительны к алкоголическому воздействию . Поэтому у молодых быстрея , чем у взрослых , может появиться заболевание – алкоголизм .

Все виды спиртного должны быть полностью исключены из жизни молодёжи !!!