Processing math: 100%
Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Энергия напряжения в циклоалканах и типы напряжений

Говоря о «напряжении» циклоалканов мы под этим термином подразумеваем термодинамическую характеристику стабильности циклов этих соединений. И исходя из этого понятие о напряжении циклоалканов должно быть основано на их термодинамических данных - на теплотах их образования или теплотах их сгорания. Эти два подхода к определению напряжения в циклоалканах ни в коем случае не противоречат друг другу, а только взаимодополняются и приводят к одинаковым выводам.

Теплоты образования

Начать рассмотрение термодинамических характеристик циклоалканов можно с рассмотрения и сравнения теплоты образования соединений этого класса с нециклическими аналогами, в которых по существу напряжения нет. Теплота образования Hf представляет собой энтальпию образования данного соединения из элементов при нормальных условиях (или в некоторых случаях при 25С). При этом для углерода стандартной алотропной модификацией выбран графит, а у водорода, кислорода, азота и прочих газов в качестве стандартных выбраны их газообразные молекулярные формы - H2; O2; N2 и т.д. Таким образом можно подсчитать теплоты образования бутана и изобутана, они составляют равны -30,16±0,17 ккал/моль и -32,40±0,14 ккал/моль.

  1. 4C+5H2нC4H10 Hf=30,16±0,17 ккал/моль

  2. 4C+5H2изоC4H10 Hf=32,40±0,14 ккал/моль

То, что энтальпии образования этих соединения имеют отрицательные значения означает, что эти алканы являются более стабильными, чем их исходные соединения - графит и водород. Также при сравнении этих данных также можно сделать вывод, что изо-C4H10 стабильнее нC4H10 на 2,3 ккал/моль и, следовательно, нC4H10 может быть превращен в изоC4H10, но не наоборот.



Рисунок 1.

Эта численная закономерность остается справедливой и при изомеризации остальных н-алканов. Т.е. чем у данного соединения меньше значение Hf, тем его термодинамическая устойчивость выше. В таблице ниже указаны стандартные теплоты образования некоторых алканов, алкенов, алкинов и диенов.

«Энергия напряжения в циклоалканах и типы напряжений» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти



Рисунок 2.

Количественная характеристика напряжения цикла через теплоту образования

При рассмотрении представленных в таблице выше данных можно сделать вывод, что теплоты образования алканов при гомолитическом увеличении молекулярной массы возрастает примерно на 4,9 ккал/моль, т.е. Hf в пересчёте на одну CH2-группу соответствует приблизительно 4,9 ккал/моль.

Эмпирическую формулу циклоалканов CnH2n моно выразить как (CH2)n, и величину Hf, на которую увеличивается теплота образования с ростом на одну CH2-группу у циклоалканов можно вычислить путем разделения Hf определенного циклоалкана на количество групп n (на размер цикла). Отклонение величин -Hf/n от значения для алканов в -4,9 ккал/моль и является одной из основных количественных характеристик напряжения циклов в циклоалаканах. В таблице ниже приведены некоторые значения теплот образования и соотношения -Hf/n, а также общие энергии напряжения циклов. Легко заметить, что у всех циклоалканов за исключением циклогексана величины -Hf/n значительно отклоняются от значения -4,9 ккал/моль для алканов и, соответственно, все эти циклы имеют определенную энергию напряжения.



Рисунок 3.

Количественная характеристика напряжения цикла через теплоты сгорания

Ааналогичные выводы об энергии напряжения циклоалканов можно сделать и при анализе теплот сгорания этих соединений (таблица ниже). Эти два подхода как бы дополняют друг друга.



Рисунок 4.

Зависимость энергии напряжения от размера цикла

Таким образом после анализа теплот образования и сгорания циклоалканов можно составить общую зависимость энергий напряжения от размеров цикла, которая в виде графика приведена на рисунке ниже:

Изменение энергии напряжения циклоалканов в зависимости от размера цикла. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 5. Изменение энергии напряжения циклоалканов в зависимости от размера цикла. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

На основании величин общей энергии напряжения все циклоалканы можно разделить на четыре группы:

  • малые циклы C3 и C4;
  • нормальные циклы C5C7;
  • "средние циклы" C8C11;
  • макроциклы с числом атомов углерода большим, чем C11.
Дата последнего обновления статьи: 02.04.2024
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Крупнейшая русскоязычная библиотека студенческих решенных задач
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Энергия напряжения в циклоалканах и типы напряжений"? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant