Химия. Вопросы 2. Начало следствия.
Детективная история в студенческом лагере под городом. Туапсе является вымыслом. Просто обстановка в данных местах напрашивалась на преступление.
Сережа (С).
— Давай Витек новый вопрос.
Витя (В).
— Этиламин может взаимодействовать с
1) пропаном 3) кислородом 5) хлоридом калия
2) хлорметаном 4) гидроксидом натрия 6) серной кислотой
С. Хороший вопрос. Он поможет нам понять, как электронное строение атома, влияет на его поведение и, на молекулу, в которую он входит. Для начала займемся строением. Вещество относится к классу Аминов, следовательно, имеет в своем составе группу (— NH₂). Аминогруппу.
Этил — радикал этана. Это — Этан у которого отняли атом Водорода.
Формула Этана С₂Н₆. Следовательно, формула Этила С₂Н₅.
Значит Этиламин: С₂Н₅NН₂. Для дальнейших рассуждений удобно рассматривать Этиламин, как производное Аммиака (NHᴣ), в котором один атом водорода замещен Этилом. Мы увидим в дальнейшем, что углеводородный радикал играет мало роли в реакционной способности соединения (амина). Главное в сходности химических свойств аминов и аммиака.
Настя (Н).
— Ты сегодня грустно рассказываешь, все из-за Туапсе?
С. Арестовали насильника и убийцу.
Н. Так это хорошо.
С. Это заместитель директора лагеря по экономической работе. Старый друг моего отца. Я знаю его с детства.
Наташа (НАТ).
— Долгое личное знакомство, еще не повод для доверия.
— Это так, но я не верю в его виновность.
— Внутреннее ощущение. Экзистенциальный фактор.
— Мне кажется, что внутренняя уверенность — это единственное, что укрепляет в этом хаотическом мире. Впрочем, есть и факты из сферы реальности…
Витя (В)
— Может, к задаче вернемся, а потом про маньяков?
С. Да, так вот Амины и Аммиак весьма похожи по химическим свойствам. Прежде всего, они являются основаниями. Вспомним теорию кислот и оснований незабвенного Аррениуса. Кислоты отщепляют от себя протоны, и посылают их в раствор. Протон — это водород, лишенный единственного электрона.
Н. Бедняга.
С. Да, но он ион, что по-гречески означает «блуждающий». Он ходит и ищет с кого содрать потерянное имущество; ионы живут только доли секунд. Все реакции диссоциации (распада) обратимы. Сильные кислоты: Серная (Н₂SO₄), Соляная ( НСL), Азотная (НNO₃). В чем их сила? Много протонов выделяют в раствор, лакмус ярко-красный. Теперь об основаниях Аррениуса. При диссоциации (распаде) они выделяют в раствор гидроксильную группу (— ОН¯). Поэтому основания называют еще гидроксидами.
В. А еще щелочами.
С. Щелочами называют растворимые в воде основания щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочные металлы входят в первую группу таблицы Менделеева, Щелочноземельные во вторую. Важно, что в главные группы.
Например, пример: NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Витя, а почему группа (—ОН) имеет знак минус?
В. Это — общий заряд группы, который равен (-1). Чтобы его получить, надо сложить заряды атомов, входящих в группу. У Кислорода (если нет в молекуле Фтора) всегда заряд (-2). У Водорода (+1), т.к. он отдал электрон, поэтому…
С. Хорошо. В растворе Аммиака образование основания происходит по-другому, чем у Аррениуса. Основания, типа Аммиака, присоединяют протон к неподеленной электронной паре. При этом в растворе остаются (ОН¯) воды. Выделение гидроксид-ионов происходит косвенным образом. Как это происходит? Вспомним электронное строение Азота. Настя, сколько у него электронов?
Н. Азот имеет номер 7. Значит у него семь электронов. Находясь в пятой группе, он имеет на внешнем (валентном) уровне пять электронов. Сразу говорю, я не умница.
С. Умница. Все, надеюсь, помнят, что валентные электроны участвуют в образовании связей. Вспомним электронную конфигурацию господина Азота.
N — ядро 7 протонов.
1 S2
2 S2 P3 (Р1, Р1, Р1)
На внутреннем слое от ядра находятся 2 электрона. Они располагаются на S-орбитали в форме шара. На первом от ядра уровне могут располагаться только 2 электрона. Поэтому Гелий — идеальный газ, он достиг максимальной электронной заполненности на орбиталях. Это исключение из правила октета. На внешнем уровне должно быть восемь электронов. 8 — магическое число химиков.
НАТ. И ведьм.
С. Об этом не будем, пока. На втором от ядра уровне находятся 4 орбитали. 1 S-орбиталь, и три
Р-орбитали. На S располагаются два электрона (больше и быть не может). На каждой из Р по одному. Таков порядок заполнения. Р-орбитали имеют форму гантель. Пять внешних электронов у дяди Азота отличаются. Чем Наташа?
НАТ. Два спарены, другие три одинарные. Поэтому к двум спаренным присоединится никто не может, а к трем свободным с удовольствием.
С. Правильно. Поэтому присоединяется три атома водорода с образованием аммиака (NH₃), четвертый не лезет. Орбиталь — место только для двоих. Чтоб понять разницу разберем случай гидрирования (присоединения водорода) Углерода. Вспомним электронную конфигурацию старика.
С — ядро 6 протонов.
1. 1 S2
2. S2 Р2 (Р1, Р1, Р0)
Внутренний слой как в Азоте. В наружном L-слое не пять, четыре электрона. Появляется пустая орбиталь. Это создает возможность для распаривания S-электронов. При соединении Углерода с Кислородом без распаривания возникает монооксид Углерода (СО). Его называют угарный газ, и от отравления им гибнет больше людей, чем во всех локальных войнах. Не имеет цвета, запаха, погружает человека в сон.
Если электрон с орбитали S перепрыгивает на свободную Р-орбиталь, то, что происходит? Углерод становится четырехвалентным. С Кислородом такой активированный атом образует СО₂, а с водородом СН₄ (углекислый газ и метан).
У Азота в Аммиаке и Аминах остается свободная электронная пара. Она притягивает протоны, которые образуются при диссоциации (распаде) воды. Минус притягивает плюс.
Н₂О →2Н⁺ + ОН¯ Формула диссоциации воды.
Наш амин тоже имеет свободную, неподеленную электронную пару. Значит, он является основанием, причем, гораздо более сильным, чем аммиак. Углеводородный радикал вкачивает в Азот электронную плотность, усиливая его основные свойства. Основания противоположны по свойствам кислотам. Одни присоединяют Протон, другие отдают. Аммиак открыл Пристли.
НАТ. А это к чему? Дай перед сном хотя бы один ответ.
С. Дам все. Если Этиламин основание, то он реагирует с кислотами и не реагирует с гидроксидами. Серную кислоту принимаем, а гидроксид натрия отрицаем. С Кислородом горит как любое органическое соединение. Амины горят даже на воздухе, а Аммиак только в чистом Кислороде. С хлорметаном реагирует как Аммиак. 2,3,6.
В. Ты прав, что насчет Туапсе?
С. Ехать и разбираться надо до суда.
НАТ. Смертную казнь же отменили.
С. Если его посадят в общую камеру за изнасилование, то никакая казнь не понадобится.
В. Плохая статья. С такой долго не живут, или живут так, что мечтают о расстреле.
С. Глупо убивать на собственной территории. Истинные маньяки типа Чикатило всегда работают на стороне. Поэтому их так трудно поймать. Они хитрые. Пока Чикатило поймали, троих расстреляли. А его два раза брали, и отпускали. Этакий интелегентик в очечках. Потом.… Ну, об этом завтра. Поперли до хаты.
