Az ÉTÉN (ETILÉN)
A telítetlen szénhidrogének legkisebb szén atom szám ú képviselője az étén, köznapi ne vén etilén. A legegyszeixíbb, molekuláiban kettős (<T és 7T) szén-szén kötést tailalm azó telítetlen szénhidrogén. Igen fontos anyag, mivel belőle állítják elő a m űanyag fóliák alapanyagául szolgáló polietilént. A polieti lén fólia napjaink egyik legnagyobb m ennyi ségben használt csom agolóanyaga.
Ö S S Z E G K É P L E T E , K Ü N S T IT Ú C IÜ J A ,
M Ü L E K U L A S Z E R K E Z E T E
Az étén* összegképlete: C2H4. Az étén mole kulában kevesebb hidrogén van, mint ameny- nyit a kétszénatom os szénhidrogén lartal-
m azhiitna. ezért nevezzük telítetlen v eg yih
lettlek. A konstitúciója alapján m egállapít ható, hogy az eténm olekulában mindegyik szénatom nak csak három közvetlen szom szédja van (síkhárom szöges elrendeződésű).
Az eténmolekulában az atomok térbeli elren deződése nem tetraéderes. A két szénatom és a négy hidrogénatonn atom m agja egy sík ban van. A kötések (am elyek ebben a síkban vannak) kh. ]20**-os sz^’f}}ef zórnak he.
A z egyszeres kovalens kötésekben (<T-köíések- ben) két atom egy-egy elektronja tái'sul elekt- ronpiúrá. Mindkét szénatom negyedik elektron ja a a-kötések síkjáni merőleges síkban kon centrálódik. s a két szénatom között egy másik kötést létesít. Ez <iz elektionpik távolabb vm
40.2. Az etcnmolekula kötései
40.1. Az etcnmolekula szigma-váza felül- (I) és 40>5. Azcténmolckulakalott-(l)csjx'tlcikiunodellje
A Z K l'K N
41
H szénatomok atoinina^aitól, kisebb magvon zás alatt áll. Ez a kötés a ^-kölés. A TT-kntésben résztvevő elektionpár a sík molekula két olda* Ián (fölötte és alatta), a két szénatommag között oszlik el.
A ;r-állapotú elektionpár kél különálló térrészt tölt be. amelyeket egy sík (ún. csomósík), ebben az esetben a molekula síkja választ el egyinás- tói. A csomósíkban az elektronsűrűség nulla. A ;r-kötés gyengébb <iz <7-kötésnél.
A -kötés elhelyezkedésével magyarázható, hogy a kétszeres kötés nem olyan erős. mint két egyszeres kötés.
A szénatom ok közötti kettős kötés gátolja a m olekula szén-szén kötés kömli elfordulá- sát. így nem jöhet létre tetszés szerinti m o lekulaalak (konformáció).
Állítsunk elő etént úgy, hogy tömény etil-alko- hol és tömény kénsav 1:3 arányú elegyét tiszta kvarchomokra csepegtetjük, és gyengén mele gítjük a keveréket!
Vezessük brómos vízbe a képződő etént. majd durranógiízpróba elvégzése után gyújtsuk meg!
F I Z I K A I T U L A J D O N S Á G O K
Az étén szinrelen, nem mérgező, édeskés szó- A ieve}iőnéf kisebb sürűséf’ú. Vízben rosszul, sok szeives oldószerben (például: tolu- olban, éterben) jól oldódik. Az eténmoleku- lák szimmetrikus alkatuk miatt apolárisak. ezért old<>dnak jól apoláris oldószerekben. Apoláris m olekulái között gyenge m ásod rendű (diszperziós) kölcsönhatások lépnek fel, így az olvadáspontja (-1 6 9 ®C) és a fo r- rásponfja (-1 0 4 ®C) is alacsony.
K É M IA I T U L A J D O N S Á G O K
A két szénatomos telített szénhidrogén, az elán közönséges körülm ények között gyakorlati lag semmivel sem reagál. Ezzel szemben az étén nagyon rciikciókc|>cs vcgyülct. Nagyfo kú reakcióké.szségének az az oka. hogy a m o lekula gyenge ;r-kötésc könnyen fclsxakítha- tó. így a szénatomok két atommal létesíthet nek kovalens kötést é s telítettekké válnak (alacsonyabb energiájú állapotba jutnak). ÉGÉS
Ha meggyújtjuk világító, korm ozó lán^ffal ég. A levegővel robbanóe/egyef alkot. A kor mozó láng arra utal. hogy az égés nem töké letes (a nagy szén- és a kis hidrogéntailalom következtében). A lángja azért világító, mert az el nem égett korom szem csék magas hő mérsékleten izzanak.
A tökéletes égés egyenlete:
C2H4 + 3 O2 = 2 CO2 + 2 H2O
HALOGÉNADDÍCIÓ*
Az étén elszínteleníti a bróm os vizet, reagál a brómmal:
41.1. Az étén leakclója iM Ómos vízzel. A/í7yí’« vegyü-
leieke/ UtrUthmiz o kémcsőo ivakdő alán?
H H \ / C = C + / \ H H étén Br? H H I I H - C - C - H I I Br Br t,2~dibrómetán
42
a s/ .k n i i i i) K (k;k n k kAtelílellen étén molekulái egyesülnek a bróm- molekulákkal és színtelen telített vegyület keletkezik.
Ax olyan reakciót, amelyben két (vagy több) anyag m olekulája m ellékterm ék képx(klése nélkül egyesül egymással, addíciónak* ne vezzük. (Az addíció latin eredetű szó, jelenté se hozzáadás.) Hasonlóképpen reagál az étén a többi halogénnel is.
HIDROGÉNADDÍCIÓ
Az étén katalizátor jelenlétében a hidrogénnel is addíciós reakcióba lép, és etán keletkezik:
H H H H \ / katalizátor I I C = C + Hg --- ► H - C - C - H / \ (Pt) I I H H H H ttén €tán SAVADDÍCIÓ^
Az etilén erős savakat, pl. hidrogén-klorid- gázt v<igy kénsavai is addicionál.
H H \ / C = C + / \ H H étén HCI H H I I H - C - C - H I I H Cl tíóretán
Ilyenkor h zegyik szénatomhoz u savtxSI szár
mazó proton, a másikhoz pedig a savmariudék- ion kapcsolódik.
POLIMERI2ÁC1Ó
Az etén m o lek u lák egym ással is könnyen eg y esü ln ek nagy relatív m olekulatöm egű m olekulákat (m akrom olekulákat) képezve. (A makrosz göiiög eredetű szó, jelentése: nagy.) A m akrom olekulák nagyszámú azonos szer kezeti egységből állnak. E reakciók során sem keletkezik melléktermék.
Az olyan reakciót, am elyben egy telítetlen vegyület sok azonos m o lek u lája egyesül egyniás.sal m ellékterm ék képzfklése nélkül, polimerízácíónak'*’ nevezzük.
(A monomer szó jelentése: egy rész, a polimer szó jelentése: sok rész. A polüsz = sok és a merosz = rész, görög szavakból számiazik.)
nCH2=CH2 elén ietUénf mutunner kút. -fC H z-C H afn INilietén IHilimer*
Az eténpolim erizáció során magas hőm ér sékletet és nagy nyom ást alkalmaznak.
E L Ő F O R D U L Á S , F E L H A S Z N Á L Á S Nagy reakciókészsége m iatt a tennészethen ritkán f o n l i i l elő.
Az étén polim erizációjával keletkezett m ű anyag (a polietilén) csomagolóanyagok, edé nyek. szigetelőanyagok gyártására használ ható. Az étén a műkaucsuk, a robbanószerek és oldószerek gyártásának nyersanyaga. Ipa ri méretekben az elént fiflJgázhól és kőolaj ból nyerik krakkolással.
A / K I'K N
43
k r i) K Kf>í s k( ;k k
Múl ciz l900-<ís években ismert volt, hogy az éretlen banánsziillítiTiiinyok igen gyoisan megéltek, ha azokba érett banánok kerültek. Később deiült ki, hogy a teimések érését az eténgáz sietteti. Az I930*as években már fel ismerték, hogy az eténnek számos fiziológiás hatása van, és megállapították, hogy egyben gyümölcsérlelő hormon is. Az éré^s kezdetekor nő a koncentntciója, .unikor a gyü mölcs beérik, újra csökken. A gyümölcsbe mestei>iégesen juttatott étén gyorsítja az érést. Ezt ki is használják a hosszú szállítás miatt éretlenül leszedett gyümölcsök (banán, citrom, narancs, alma) raktárban való gyors érle lésére. A penészgombák is tiu talmaznak etént. ezért érik gyorsabban a penésszel fertőzött gyümölcs.
Az étén segítségével (bizonyos hatiirok között) időzíteni lehet egyes dísznövények virágzását is. Befolyásolja egyes magvak csírázásiU, a hagymák és gumók kihajtását. Gátolja a hajtás és a gyökér hosszanti növekedését. Előiillítottak olyan vegyületet, aiT>ely étén leaditsiira alkal mas. és amelyet eddig több mint 20-féle növény esetében eredinényesen alkalmaztak. A mesteiNégesen előállított vegyület legismertebb hatása, hogy javítja (egyenlete sebbé teszi) az érést a paradicsom, az alma. a szőlő, a ká vé esetében, megkönnyíti a meggy, a cseresznye szürete- lését, növeli a hoz<tmot a kaucsuktermelő fákban aziíltal, hogy megnyújtja a latexfolyás időtiutiunát, fokozz«i a cu kornád cukorhozamát, meggyorsítja a dohánylevelek érését.
A polietilén a legnagyobb mennyiségben előállított mminyag. Két eltérő tulajdonságú polietilénféleséget ismerünk: a nagy sűmségű (kis nyomáson, 3-5 MPa, előállított) és a kis sűrűségű (nagy nyomáson, 150-200 MPa, előállított) polietilént. A kis sűrűségű polietilénből fóliitkat, csomagoló- és szigetelő- anyagokat, míg a nagy sűnjscgűből edényeket, játékokat, csöveket gyártanak.
43.1. A Zöldén szüretéit banánt később étén nel időzítve érlelik
Kkki)f>>kk é s fk l a d a t o k
1. M iért nem kell kétszer annyi energia a kettős kötés felbontásához, mint az egyszeres kötéséhez? (Segít a 40.2. ábra.)
2. K ét színtelen gáz közül az egyik étén, a m ásik etán. M ilyen kísérlettel lehetne m egkü lönböztetni a két gázt?
3. M iért nem képesek addícióra a telített szénhidrogének? 4. Hasonlítsd össze az addíciót és a polim erizációt!
5. H ány mól brómot addicionálhat 5,6 g étén?
44
a s/.k n i i i i)K(k;k n k kE
g y é b
a l k é n e k
(o l e f i n e k
)
Az alkének olyan telítetlen szénhidrogének, am elyek m olekulájában e}>y kettős kötés ta lálható. Ezeket régi eredetű néven olefinek nek nevezzük. (Az olefin francia eredetű szó, jelentése: olajképző gáz. Az elnevezés aira utal, hogy az étén klóraddíciója során olaj szerű folyadékká alakul, azaz a gázból olaj lesz.)
A / aikcnck elnevezése az alkánokéhoz ha- sonl(>an tö rtén ik , csak az ~án végződést -én végzíklésscl cscréyük fel. A k ettő s kö tés he lyét a végződés elé te tt szám m al jelez zü k , m elyet a kettős kötésű szénatom pár kisebb sorszámú tagjának sorszámával adjuk meg. Az elneve/ésnél el.sodlegcs szem pont a ket tős kötés helyzete, az elágazás csak m ásod lagos szempont. A fő lá n cn a k tartalm aznia kell a kettős kötést, és ennek a lehető legki- sehh szám ot kell kapnia.
Mivel az alkének molekuláiban (a kettős kö tés m iatt) kettővel kevesebb H-atom van, mint a megfelelő alkánokéban, általános ösz- .szegkcpletUk: CnH2n*
Az étén m olekulát egy-egy CHj-csopoiltal bővítve felépíthetjük az alkének homológ so rát. A z alkéneknél, az alkánokhoz hasonlóan.
Név Képlet Op. CC) Fp. CC) etéo CHi=CHi - 169,2 - 103,7 propén CH2=CHCH3 - 185,3 - 47,7 bút-1-én CH2=CHCH2CH3 - 185,4 - 6,3 pent-l-én CH2=CH(CH2)2CH3 - 165,2 30,0 hex-l-én CH2=CH(CH2)3CH3 - 139,8 63,5 hcpt-l-én CH2=CH(CH2)4CH3 - 119,0 93,6 okt-l-én CH2=CH(CH2)sCH3 - 101,7 121,3 non-l-4n CH2=CH(CH2)eCH3 - 81,3 146,9 dec-l-én CH2=CH(CH2)7CH3 -66,2 170,5
a konstitúciós izom éria a buténtól kezdve je lentkezik. Az alkéneknek több izomerjük van, mint a m egfelelő alkánoknak. mert új izo merek keletkeznek akkor is, ha csak a kettős kötés helye változik meg. így a C4H8 összeg- képletnek 3 konstitúció felel meg.
H 2 C = C H - C H 2 - C H 3 I i « j H 3 C - C H = C H - C H 3 CH3 I i\ t H2C = C - C H 3 hiii-l-én btu-2-éu
(A C4H,o összegképletnek 2 konstitúció felelt meg.)
G E O M E T R IA I IZ O M É R IA
A z alkének molekuláiban <1 kettős kötésű szén atompár és a hozz«t közvetlenül kapcsolódó négy atom mindig egy síkban van.
A molekula két részlete a kettős kötés mentén nem fordulhat cl. így a kettős kötésű szén- atompiírhoz kapcsolódó atomok (illetve csopor tok) viszonylagos helyzete rögzített. Emiatt különböző aliikúak lehelnek a kettős kötésű mo lekulák.
Például: a but-2-én molekulájában a két metil- csopoil vagy egymás közelében, vagy egymás tól távol van. Valójában a but-2-énnek 2 izo- meije van, amelyek eltérő fizikai tulajdons<í- gokkal rendelkeznek. H g C ^ / C H3 C = C / \ H H cisz-but-2-én H3C H C = C / \ H CHa transz’bití'2'én op. fp.: op.: fÍ>.: ■ i3 9 ^ 4*C •1 0 6^ 1*C 44.1. A z a lk - 1 -ének hom ológ sora
ic(;y k b vXl k k n k k
45
M inden olyan alkcnbol, am elynek m oleku lájáb an m indkét kettős kötésű szénatom hoz két különlM^zoatom (vagv' atomc'soport) kap- csohklik, két geom etriai izom er** létezik. A geom etriai izoméria a térizom éria egyik fajtája, mivel a két izomer csak az atomok tér- beli elrendeződésében különbözik.
A cisz-izom erben a nagyobb csoportok kö zel, a transz-izom erben pedig távol vannak. (Az el nevezés a latin cis = innen és a írans = túl szavakból szánnazik.)
F I Z I K A I T U L A J D O N S Á G O K
Az alkének fizikai tulajdonságai a z a lk á n o - kélioz hasonlók, mivel a molekuláik szintén apolái'isak.
részt 2-klóipropánm olekulák keletkeznek,
és csak elvétve keletkezik a másik vegyület. A hidrogéntartalmú vegyiiletek (sav, víz) addicionáhkhtak az (aszimmetrikus) o/eftn- molekulákra, hogy a fiidrogénatom ahhoz a szénatom hoz kapcsolódik, am elyhez m á r eredetileg is több hidm gén kapcsolódott. Ezt a szabályt felfedezőjéről M arkovnyikov- szahálynak** nevezzük.
A propilén bidrogén-klorid addíciója: H3C - C H - C H3 H2C = C H -C H3 + HCI — p m p'I'én (pmpilén) Cl 2'Uórpropán gC -C H z-C H g Cl I'Uórpropán K É M IA I T U L A J D O N S Á G O K
A z alkének reakciókészsége jó v a l naf’yohh, m in t a z alkánoké. Ez a kettős kötés, azaz a gyenge ;r-kötés jelenlétével magyarázható. Jellem ző reakcióik (az eténhez hasonlóan) az a d d íd ó és a polim erízáció.
Az eténnél nagyobb szénatom szám ú (nem szim m etrikus konstitúciójú) alkének sav- és vízaddíciói irányítottan játszódnak le. Pél dául a propén hidiogén-klorid-addíciojakor kétféle term ék keletkezését várnánk: 2-klór- pro p án étés 1-klóipropánét. Valójában nagy-
E L O F O R D U L A S , F E L H A S Z N A L A S A természetben az alkének nem fordulnak eló olyan nagy m ennyiségben, mint az alkánok. A. fö ld g á z és a kőolaj tartalm az valamennyi álként. Ipari előállításuk m agas forráspontú kőolajpárlatok krakkolásával történik. Az al kének a m űanyagipar értékes alapanyagai. Gyakorlati jelentősége a propilénnek (prop- -1-énnek) és az izobutilénnek (2-metilprop- -1 -énnek) van. M indkét vegyület az eténhez hasonlóan polimerizálható. A keletkező poli propilén és poliizobutilén fontos műanyagok.
45.1. A e'isz- é s a /íYW.íj-but-2-éninolekula kalottino- dcllje. M e ly ik iz o m é r a sta h H a h h ?
45.2. A tra n s z - é s a c i s z - 1,2-d ik ló re té n m o le k u la kalottmodellje. M elyik a n ya n inagasohhfom isfU H ilií?
46
a s/ .k n i i i i) K (k;k n k kA pro p -l-én polim erizációja:’ CH3 /íH2C = CH pmpén {pmpUéni kai. CH3 + H ,C - CH 4n. poUpmpén (poiipropUén)
A polipropilénből nagy igénybevételnek ki tett tái^yak, gépalkatrészek, lemezek, csövek, szálak, fóliák készülnek. A poliizobutilén át látszó, a gumihoz hasonlóan iiigalmas anyag. A 2-m etilprop-l-én polimerizációja:
46.1, P o lipropilén gégecső. J ó tulajd o n ság ai m iatt a m ezőgazdaságban és az iparban is alk alm azzák
CH3 n H i C ^ C 1 CH3 izobutilén kac. CH3 - H g C - C — I CH3 poliizobutilén n
46.2. A z alkének előállítá.sa koolajpárlatok krak k o lásáv al töilénik KKKI)K,SICK k s f k l a d a t o k
1. R ajzold le, és nevezd el a C4H8 összegképletu alkének konstitúciós képleteit! 2 . M elyik vegyület reakcióképesebb: a propán vagy a propén? M iéit?
3 . M elyek az alkének jellem ző reakciói?
4 . M i keletkezik a but-2-énből hidrogén-klorid-addíció eredm ényeként?
5 . írd fel és nevezd el a diklóretén lehetséges izom eijeinek a szerkezeti képletét!
g
6. M i az összegképlete annak az alkénnek, am elynek a moláris töm ege 84
A B I J T A D I K N K S A Z I Z O P R K N