Alcani - structura, proprietăți fizice.

Structura alcanilor

• prezintă numai legături de tip σ,atomii de C au configuraţie tetraedrică;
• legăturile C – C – nepolare;
• legăturile C – H – practic nepolare.

În această stare unghiurile dintre valențele atomului de carbon sunt de 109grade 28min; ele sunt orientate în spațiu după direcțiile celor 4 vârfuri ale unui tetraedru regulat.

Dintre toate conformaţiile posibile, cea mai stabilă este conformaţia intercalată iar cea de energie maximă este cea eclipsată. La alcanii cu peste 4 atomi de carbon, în conformaţiile complet-intercalate şi complet-eclipsate toţi atomii de carbon sunt în acelaşi plan şi au o aşezare în zig-zag (transoidă sau cisoidă, în funcţie de numărul par sau impar al atomilor de carbon din catenă) şi respectiv o linie frântă convexă.

Proprietăți fizice 

• Stare de agregare

Alcanii inferiori (până la 4 atomi de C si neopentanul) sunt gaze în condiţii obişnuite, apoi până la 17 atomi de C sunt lichizi şi peste 17 atomi de C sunt solizi (starea de agregare depinde şi de ramificarea catenei în izoalcani).

• Puncte de fierbere si de topire

Având molecule nepolare, forţele de interacţiune intermoleculare sunt numai de tip Van der Waals, adică interacţiuni foarte slabe. De aceea punctele de topire şi de fierbere ale alcanilor sunt cele mai scăzute în comparaţie cu compuşii organici cu aproximativ aceeaşi mărime a moleculei şi masă molară.

Datorită faptului că interacţiunile Van der Waals sunt posibile numai la distanţe intermoleculare relativ mici, la alcanii cu catenă ramificată apare o împiedicare sterică care nu permite o apropiere a moleculelor la distanţe convenabile pentru astfel de interacţiuni, ceea ce face ca forţele de interacţiune intermoleculare să fie mai mici şi deci punctele de fierbere şi de topire să fie mai mici decât la alcanii normali cu acelaşi număr de atomi de C din moleculă. Din aceleaşi motive (sterice) alcanii cu număr par de atomi de C şi care au o conformaţie cisoidă au punctele de topire şi de fierbere mai scăzute, iar cei cu număr par de atomi de C cu conformaţie transoidă au aceste constante ceva mai ridicate. Ca urmare o reprezentare grafică a variaţiei punctelor de topire sau de fierbere în funcţie de numărul atomilor de C nu este o dreaptă cu o pantă pozitivă cum ar fi normal, ci o linie frântă cu tendinţă crescătoare, în care la trecerea de la un alcan normal cu număr par de atomi de C la unul cu număr impar creşterea este mai mică decât la trecerea de la unul cu număr impar la cel cu număr par imediat următor. 

n- pentan>izopentan> neopentan.

La Izoalcanul izomeri, scăderea p.f. este mai mare daca:

- ramificații este mai aproape de marginea catenei de baza;

- exista 2 ramificații, nu una singura;

- cele 2 ramificații sunt legate la același atom de C si nu la atomi de C diferiți.

• miros

Alcanii inferiori sunt inodori, cei superiori au miros caracteristic.

Deoarece alcanii gazoşi nu au miros, pentru depistarea scăpărilor de gaze din conducte şi de la aragaz se folosesc compuşi cu miros respingător, de avertizare, numiţi mercaptani ( substanțe care contin S).

• solubilitate, densitate

Având molecula nepolara, alcanii sunt insolubili in apa ( solvent polar), solubili în solventi organici (alte hidrocarburi, eteri, benzina, CCl4).

Alcanii solizi plutesc pe apa, cei lichizi stau la suprafața apei ( au densitatea mai mica decat unitatea). 

DETERMINAREA FORMULELOR PROCENTUALA, BRUTA SI MOLECULARA

  DETERMINAREA FORMULEI PROCENTUALE

                  I. Se noteaza cu:

m_{substanţă organică}= s

m_CO2 = a

m_H2O = b

                  %C = 300a/11s;              %H = 100b/9s

Dacă %C+%H=100 →substanţa organică este hidrocarbură

Dacă %C+%H≠100 → substanţa organică este derivat de hidrocarbură

%O=100-(%C+%H)

II. Folosind regula de trei simpla pentru a determina: m_C din m_CO2, m_H din m_H2O, m_N din m_N2, m_S din m_BaSO4, m_X din m_AgX.  

44 g CO₂……….12 g C

m_CO2…………….m_C g

18 g H₂O……….2 g H

m_H2O…………….m_H g 

Dacă m_C+m_H= m_s.o.→substanţa organică este hidrocarbură

Dacă m_C+m_H≠ m_s.o→substanţa organică este derivate de hidrocarbură

m_s.o.………..m_C………m_H

100g……….%C……..%H

DETERMINAREA FORMULEI BRUTE

Formula brută se poate determina fie din formula procentuală fie din raportul de masă, astfel:

- Se împarte procentul sau masa fiecărui element masa atomică a elementului respectiv;

- Se impart rezultatele la cel mai mic număr dintre ele.

DETERMINAREA FORMULEI MOLECULARE

Formula moleculară este un multiplu de numere întregi al formulei brute.

n=M_s.o./M_Fb

Masa molară a substanţei organice se determină:

d_aer= M_s.o./28,9;

d_O2= M_s.o./32;

d_N2= M_s.o./28;

pM=ρRT (densitatea în condiţii diferite de normale)

ρ⁰= M_s.o./22,4  (densitatea în condiţii normale)

Exemplu 1:     

Prin arderea a 5,8 g dintr-o substanţă organica A, care conţine oxigen s-au obţinut 13,2 g CO₂ şi 5,4 g H₂O. Determinaţi formula procentuală, bruta si moleculara a substanţei organice A. (masa molara a substantei organice este 116 g/mol)

REZOLVARE I: 

m_{substanţă organică}= 5,8g = s

m_CO2 = 13,2 g = a

m_H2O = 5,4 g = b

%C = 300a/11s= 62,06%;              %H = 100b/9s= 10,34%

                  %O = 100-(62,06+10,34)= 27,6%

                  REZOLVARE II: 

44 g CO₂……….12 g C

13,2 g CO₂……….m_C =3,6 g

18 g H₂O……….2 g H

5,4 g H₂O……….m_H = 0,6 g            m_O = 5,8-(3,6+0,6)=1,6 g

5,8 g s.o. ………3,6 g C……….0,6 g H………1,6 g O

100 g s.o…………%C………….%H…………%O

%C=62,06

%H= 10,34

%O=27,58

C: 62,06:12=5,17 → 5,17:1,725=2,99≈3 atomi C

H: 10,34:1=10,34 → 10,34:1,725=5,99≈6 atomi H

O: 27,58:16= 1,725 → 1,725:1,725=1 atomi O

F_b= (C₃H₆O)_n

n=M_s.o./M_Fb

M_Fb= 3∙12+6∙1+1∙16=58 g/mol

n=116:58=2

F_m= C₆H₁₂O₂

Problemele 943,944,945,946 - Culegere admitere Cluj / Aminoacizi

943. La analiza elementală cantitativă a 0,1 moli dintr-un aminoacid natural s-au obţinut 6,6 g sulfat de amoniu şi 13,2 g CO₂. Știind că 0,1 moli de aminoacid reacționează cu 20 g de soluție de NaOH 20%, respective cu 100 mL de soluție de HCl 1M, care este denumirea aminoacidului?

A.   Acid asparagic;

B.   Acid ɑ - aminopropanoic;

C.   Lizina;

D.   ɑ-Alanina;

E.    acid glutamic.

               REZOLVARE:


      m_s=20g NaOH, c=20% → m_d=4 g →n=0,1 moli NaOH

      V_s= 100 mL HCl =0,1 L HCl, c_M=1M →n=0,1 moli HCl

      n_aac :  n_NaOH= 0,1:0,1=1:1 →aac. contine  1 grupare –COOH (aac monocarboxilic)

      n_aac :  n_HCl= 0,1:0,1=1:1 →aac. contine  1 grupare –NH₂ (aac monoamino)

     44 g CO₂……………12 g C

    13,2 g CO₂………..…x=3,6 g C  → 0,3 moli atomi C………0,1 moli aac.

                                                               y moli atomi C ………..1 mol aac.

       y = 3 atomi C

      132 g (NH₄)₂SO₄………28 g N

     6,6 g (NH₄)₂SO₄…………a= 1,4 g N→0,1 moli atomi N………0,1 moli aac.

                                                                       b moli atomi N ………..1 mol aac.

        b = 1 atomi N



       RASPUNS: B, D

Problemele 883, 884,885 - Culegere admitere Cluj

883. O solutie care contine 0,1 moli dintr-un aminoacid natural reactioneaza cu 80 g solutie de KOH 14%. Aceeasi cantitate de de aminoacid degaja, in reactia cu acidul azotos, 2,24 L gaz. Aminoacidul poate fi:
A. lizina:
B. acidul asparagic;
C. serina;
D. acid glutamic;
E. alanina.

REZOLVARE:

m_s =80 g KOH, c = 14% → m_d=11,2 g KOH → n=0,2 moli KOH
V=2,24 L N₂ → n=0,1 moli N₂
n_aac :  n_KOH= 0,1:0,2=1:2 →aac. contine  2 grupari –COOH (aac dicarboxilic)
n_aac :  n_N2= 0,1:0,1=1:1 →aac. contine  1 grupare –NH₂ (aac monoamino)

RĂSPUNS : B,D. (ACIDUL ASPARAGIC SI ACIDUL GLUTAMIC)

884. O solutie care contine 0,2 moli dintr-un aminoacid natural reactioneaza cu 80 g solutie de KOH 14%. Aceeasi cantitate de de aminoacid degaja, in reactia cu acidul azotos, 8,96  L gaz. Aminoacidul poate fi:

A. lizina:

B. acidul asparagic;

C. serina;

D. acid glutamic;

E. alanina.

REZOLVARE:

m_s =80 g KOH, c = 14% → m_d=11,2 g KOH → n=0,2 moli KOH

V=8,96  L N₂ → n=0,4 moli N₂

n_aac :  n_KOH= 0,2:0,2=1:1 →aac. contine  1 grupare  –COOH (aac monocarboxilic)

n_aac :  n_N2= 0,2:0,4=1:2 →aac. contine  2 grupari –NH₂ (aac diamino)

RĂSPUNS : A. (LIZINA)

885. O solutie care contine 0,2 moli dintr-un aminoacid natural reactioneaza cu 80 g solutie de KOH 14%. Aceeasi cantitate de de aminoacid degaja, in reactia cu acidul azotos, 4,48  L gaz. Aminoacidul poate fi:

A. lizina:

B. acidul asparagic;

C. serina;

D. acid glutamic;

E. alanina.

REZOLVARE:

m_s =80 g KOH, c = 14% → m_d=11,2 g KOH → n=0,2 moli KOH

V=4,48  L N₂ → n=0,2 moli N₂

n_aac :  n_KOH= 0,2:0,2=1:1 →aac. contine  1 grupare  –COOH (aac monocarboxilic)

n_aac :  n_N2= 0,2:0,2=1:1 →aac. contine  1 grupare –NH₂ (aac monoamino)

RĂSPUNS : C,E. (SERINA, ALANINA)

Problema 772- Culegere admitere Iași 2020

Volumul de aer ( cu 20% oxigen, condiţii normale) utilizat la amonoxidarea metanului, dacă s-au obţinut 97,2 kg HCN cu randamentul de 80%, este:
A. 67,2 dm³;
B. 67,2 m³;
C. 756 m³;
D. 336 dm³;
E. 268,8 m³. 

Rezolvare:

           3/2∙22,4m³             27kg
            ____________________                                         ____________

CH₄  +  3/2O₂  +  NH₃→HCN + 3H₂O

            _________________                                             ______________

                X m³               121,5kg

S-au obtinut →C_p=97,2 kg HCN

ɳ = C_p∙100/C_t ; C_t= 121,5 kg HCN

X= 151,2 m³ O₂;

V_aer = 5 ∙ V_O2;

V_aer = 5 ∙ 151,2 = 756 m³ aer.

RASPUNS : C

Problema750, Culegere admitere Iasi 2020

Care este volumul de iodura de metil (ρ =2,28 g/ mL) cere se va consuma in reacția cu 31 g metilamina, știind ca produsul final de reacție nu prezinta caracter bazic?
A. 186,84 mL
B. 124,56 mL
C.62,28 mL
D. 249,12 mL
E. 311,4 mL.

Rezolvare:

Reacția va avea loc pana la formarea sării cuaternare de amoniu astfel încât sa nu aibă caracter bazic.
    31g               3x142 g
................        ..............

CH₃-NH₂ + 3CH₃ I → (CH₃)₃N]⁺I^- + 2HI
................        ...............
    31 g                 X g

X=426 g CH₃ I 

ρ=m/V ;     V= m/ρ;  V= 425:2,28=186,84 mL    

RASPUNS : A

Programa Bac Chimie anorganica

PROGRAMA DE CHIMIE ANORGANICĂ ȘI GENERALĂ

I.   COMPETENŢE DE EVALUAT

1. Explicarea unor fenomene, procese, procedee întâlnite în viaţa de zi cu zi.
   
   • Clasificarea sistemelor chimice studiate după diferite criterii.
   • Descrierea comportării speciilor chimice studiate într-un context dat.
   • Diferenţierea substanţelor chimice după natura interacţiunilor dintre atomi, ioni, molecule.
   • Structurarea cunoştinţelor anterioare, în scopul explicării proprietăţilor unui sistem chimic.
   • Interpretarea caracteristicilor fenomenelor sistemelor studiate, în scopul identificării aplicaţiilor acestora.

2.   Investigarea comportării unor substanţe chimice sau sisteme chimice.

• Efectuarea de investigaţii pentru evidenţierea unor caracteristici, proprietăţi, relaţii.

• Formularea de concluzii folosind informaţiile din surse de documentare, grafice, scheme, date experimentale care să răspundă ipotezelor formulate.

• Utilizarea investigaţiilor în vederea obţinerii unor explicaţii de natură ştiinţifică.

3.      Rezolvarea de probleme în scopul stabilirii unor corelaţii relevante, demonstrând raţionamente deductive şi inductive.

• Analizarea problemelor pentru a stabili contextul, relaţiile relevante, etapele rezolvării.

• Aplicarea algoritmilor de rezolvare de probleme, în scopul aplicării lor în situaţii din cotidian.

• Evaluarea strategiilor de rezolvare a problemelor pentru a lua decizii asupra materialelor/ condiţiilor analizate.

4.       Comunicarea înţelegerii conceptelor în rezolvarea de probleme, în formularea explicaţiilor, în conducerea investigaţiilor şi în raportarea de rezultate.

• Aplicarea corespunzătoare a terminologiei ştiinţifice în descrierea sau explicarea fenomenelor şi proceselor.

• Folosirea corectă a terminologiei specifice chimiei.

5.      Evaluarea consecinţelor proceselor şi acţiuții produselor chimice asupra propriei persoane şi asupra mediului.

• Compararea acţiuții unor produse, procese chimice asupra propriei persoane sau asupra mediului.

• Anticiparea efectelor unor acţiuni specifice asupra mediului înconjurător.

II. CONŢINUTURI

Structura atomului Tabelul periodic al elementelor chimice	Atom. Element chimic. Izotopi. Straturi. Substraturi. Orbitali. Structura învelişului electronic pentru elementele din perioadele 1, 2, 3. Clasificarea elementelor în blocuri: s, p, d. Corelaţii   între   structura   învelişului   electronic   pentru     elementele    din perioadele 1, 2, 3, poziţia în tabelul periodic şi proprietăţi ale elementelor. Variaţia proprietăţilor periodice ale elementelor, în grupele principale şi în perioadele 1, 2, 3. Variaţia caracterului metalic şi nemetalic în grupele principale şi perioadele 1, 2, 3. Proprietăţi chimice ale sodiului: reacţii cu oxigen, clor, apă. Importanța practică a sodiului. Variaţia caracterului metalic: reactivitatea Na, Mg, Al, faţă de O2, H2O. Variaţia caracterului nemetalic: reactivitatea nemetalelor din grupa 17 (VII A). Proprietăţi chimice ale clorului: reacţii cu hidrogen, fier, apă, cupru, hidroxid de sodiu, bromură de sodiu, iodură de potasiu. Importanța practică a clorului.
Legături chimice Interacţii între atomi, ioni, molecule	Legătura ionică. Cristalul NaCl. Importanța practică a clorurii de sodiu. Legătura covalentă nepolară: H2, N2, Cl2. Legătura covalentă polară: HCl, H2O. Legătura covalent-coordinativă: NH4+şi H3O+. Legătura de hidrogen. Proprietăţi fizice ale apei.
Starea gazoasă	Ecuaţia de stare a gazului ideal. Volum molar (mol, numărul lui Avogadro).
Soluții apoase	Dizolvarea. Factorii care influenţează dizolvarea. Dizolvarea unui compus ionic şi a unui compus covalent polar în apă. Solubilitatea substanţelor în solvenţi polari şi nepolari. Concentraţia soluţiilor: concentraţia procentuală masică, concentraţia molară. Soluţii apoase de acizi (tari şi slabi) şi de baze (tari şi slabe): HCl, H2CO3, HCN, NaOH, NH3. Cupluri acid-bază conjugate.
Echilibre acido-bazice	pH-ul soluţiilor apoase de acizi monoprotici tari şi baze monoprotice tari. Indicatori de pH: turnesol, fenolftaleină (virajul culorii în funcţie de pH). Reacţii acido-bazice. Reacţia de neutralizare.
Noţiuni de electrochimie	Reacţii de oxido-reducere. Număr de oxidare. Stabilirea coeficienţilor reacţiilor redox. Caracter oxidant şi reducător. Aplicaţii ale reacţiilor redox: pila Daniell (construcţie şi funcţionare), acumulatorul cu plumb (construcţie şi funcţionare). Coroziunea şi protecţia anticorosivă. Electroliza – metodă de obţinere a metalelor (Na), nemetalelor (Cl2, I2, H2) şi a substanţelor compuse (NaOH). Electroliza: apei, soluţiei de NaCl, soluţiei de CuSO4.
Noţiuni de termochimie	Reacţii exoterme, reacţii endoterme.

	Entalpie de reacţie. Căldura de combustie - arderea hidrocarburilor. Legea Hess. Căldură de neutralizare (acid tare – bază tare). Căldură de dizolvare.
Noţiuni de cinetică chimică	Reacţii lente, reacţii rapide. Catalizatori. Viteza de reacţie. Constanta de viteză. Legea vitezei.
Combinaţii complexe	Combinaţii complexe. Obţinerea combinaţiilor complexe (reactivul Schweizer; reactivul Tollens) Reacţia ionului Fe3+cu [Fe(CN)6]4-.
Calcule chimice	Rezolvare de probleme, calcule stoechiometrice (pe baza formulei chimice și a ecuaNiei reacNiei chimice), puritate, randament. Interpretarea rezultatelor din activitatea experimentală.

NOTĂ:

Programele de examen sunt realizate în conformitate cu prevederile programelor școlare în vigoare. Subiectele pentru examenul național de bacalaureat evaluează competențele dezvoltate pe parcursul învățământului liceal, se elaborează în conformitate cu prezenta programă și nu vizează conținutul unui manual anume.