Спирты

Оформление  курсовой

	

	1.Титульный  лист

	             

Курсовая  работа

	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      Н   



	                                                    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)

              

                   







                                     







Как  видим  ,  атом  кислорода  образует  ковалентные  связи  с

	              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  Н  Н 

	

	                                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 .   

     Спиртами  называются  органические  вещества , молекулы которых

	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 .

	

	

	



	

	Название  спиртов

	

	Формула

	Температура

	кипения (t)

	

	

	Метиловый  (метанол)

	

	Этиловый  (этанол)

	

	Пропиловый (пропанол-1)

	

	Бутиловый  (бутанол-1)

	

	Аниловый  (пентанол-1)

	

	Гексиловый  (гексанол-1)

	

	Гептиловый  (гептанол-1)

	

	СН3ОН

	

	С2Н5ОН

	

	С3Н7ОН

	

	С4Н9ОН

	

	С5Н11ОН

	

	С6Н13ОН

	

	С7Н15ОН

	

	64,7

	

	78,3

	

	97,2

	

	117,7

	

	137,8

	

	157,2

	

	176,3

	

	

	

	 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

	

Эта  реакция  тоже  идёт с ионым расщиплением ковалентной связи  С-О 

	 

	

	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 !!!