Алкандардың гомологтық қатары

Алкандардың гомологтық қатары

Заттардың сан құрамына қарасақ, гомологтық айырымы – СН₂ – нің тұрақты болып қала беретінін көреміз. Ал егер, қайнау температураларын салыстырсақ, онда бұл температуралардың тізбек үлкейген сайын үнемі өсіп отыратынын, сонымен бірге ол өсудің әрбір қатар тұрған екі зат аралығында тізбек бойында әртүрлі екенін байқау қиын емес. Тізбек ұлғайған сайын бұл айырмашылықтың мәнінің азая беретіні көрінеді. Мысалы, таблицадағы тізбектен С₂Н₆ – ның гомолог басындағы СН₄ – тен 75,3 ал С₃Н₈ - тің С₂Н₆ – ға қарағанда 46,6 немесе С₁₁Н₂₄ затының С₁₀Н₂₂ – ге қарағанда 22⁰С жоғары температурада қайнайтынын көреміз. Ал С₁₇Н₃₆ және С₁₈Н₃₈ заттарының қайнау температураларының айырмашылығы небәрі 14⁰С ғана.

Үлкен молекулалы гомологтар арасында бұл айырмашылық тым кішкентай шама.

Бұл заңдылықтан мынадай қорытынды келіп туады: - гомологтық айырымы - СН₂ – нің сан мәнінің өсуі көміртегі тізбегінің әртүрлі ұзындығына қарай, оларға әртүрлі әсер туғызады. Шын мәнінде солай екенін мынадай мысалдан көруге болады: егер этанға бір ғана - СН₂ –ні қоссақ, оның ұзындығы бір жарым есеге артса, ал – С₁₇Н₃₆ көмірсутегіне бір ғана - СН₂ –нің қосқаннан оның ұзындығы 1/17 – шамаға ғана ұзарады. Бұл өте кішкене шама және ол заттың физикалық және химиялық қасиеттерінің күрт өзгерістерін тудырмайды, тек сол заттың қасиеттерінің аз ғана өзгеріске ұшырауын көрсетеді. Олай болса біз: – СН₂– тобының сан шамасының көбеюінен туатын зат молекуласындағы қасиеттік өзгерістер, көміртегі тізбегі ұлғайған сайын азая береді, деп тұжырымдауымыз керек. Бұл тұжырымың үлкен мәні бар, себебі: гомологтық қатардағы бір заттың физикалық және химиялық қасиеттерін біле отырып, оны зерттеп жатпай-ақ болжап айту мүмкіндігін тудырады. Алайда, мұндай қасиеттер гомологтық қатардағы қатар тұрған заттар үшін мүлдем бірдей болады деп білуге болмайды. Көптеген ұқсастықтың қасиеттерімен бірге әрбір заттың өзіне ғана тән ерекше қасиеті де болады. Ондай химиялық қасиеттер бір гомологтық қатардағы заттарды бір – бірінен мүлдем ерекшелеп те көрсетуі мүмкін. Мысалы: этиленге хлорды қосқанда дихлорэтан түзілетіні белгілі. (Қосылу реакциясы ғана жүреді):

CI₂

СН₃ – С = СН₂ СН₃

t⁰ (10 – 15%)

СН₃

СН₂ = С – СН₂СІ

изобутилен (85 - 90%)

Заттардың гомологтық қатарында олардың молекулаларындағы көміртегі тізбегі ұлғайған сайын көпшілік жағдайда олардың қайнау және балқу температураларының біртіндеп өсіп отыратынын көреміз. (6 – таблицадан қараңыз). Алайда, мұндай жағдай ылғи кездесе бермейді.

Оны 6 – таблицадағы екі негізгі карбон қышқылдарының гомологтық қатарындағы балқу температураларының бірде кеміп, бірде артуынан көруге болады. Мұндағы мысалдардан біз заттардың қасиеттерін анықтайтын –СН₂– тобының санының артуы, не кемуі ғана емес, сонымен қатар, оған әсер ететін нәрсе – функционалдық топтың (біздің мысалдарымызда карбоксил тобының) сандық үлесінің кемуі екенін де байқаймыз.

Бұл таблицадан келтірілген салыстырмалы сандармен мынадай тұжырымдар туады.

а) екі негізгі карбон қышқылдарының гомологтық қатарында олардың балқу температураларының артуына негізгі себеп молекула құрамындағы карбоксил тобының әсері, яғни оның қышқыл молекуласының салмағындағы алатын «үлесі»:

ә) молекула құрамында –СН₂– тобының саны артқан сайын бұл айтылған «үлес» саны кеми береді және оған орай екі негізгі карбон қышқылдарының балқу температуралары да кеми түседі.

Екі негізді карбон қышқылдарының гомологтық қатары

Гомология, гомологиялық қатар туралы ұғымдар бүгінде кең мағыналы ұғымдар. Органикалық заттардың бір класының өз төңірегінде екі, не одан да көп гомологтық қатардың болуы ықтимал. Мысалы, алкандар ішінде мынадай гомологтық қатарлары бар:

а) қалыпты (немесе түзу сызықты) геометриясы бар алкандардың гомологтық қатары. Жалпы формуласы СН₃(СН₂)_nСН₃;

ә) изоалкандардың гомологтық қатары.

Жалпы формуласы СН₃ – СН – (СН₂)_n – СН₃;

СН₃

б) гемидиметилалкандардың гомологтық қатары.

Жалпы формуласы:

СН₃

СН₃ – СН₂(n – СН – СН)_2m – CН₃

СН₃

Алайда, бұл гомологтық қатарлардағы заттардың бір – біріне ұқсастық қасиеттері өте көп, сондықтан да барлық алкандарды біріктіріп бір гомологтық қатар ретінде қарастыруға, жалпылап оқуға және барлығына ортақ келетін бір жалпы формула жазуға болады. Барлық алкандарға тән ортақ формула С_nН_2n+₂.

Алкендердің гомологтық қатары да бірнешеге бөлінеді. Олар мынадай:

а) қалыпты (түзу) сызықты құрылысы бар алкендердің гомологтық қатары;

ә) изоқұрылысты алкендер тобы;

б) бір орынбасарлы СН₂ – СН – R жалпы формуласына сәйкес келетін алкендер гомологтық қатары;

в) екі орынбасары бар R – CH = CH – R формуласымен өрнектелетін этилен көмірсутектерінің гомологтық қатары.

Бұл көрсетілген гомологтық қатарларға С_nН_2n жалпы формуласы сәйкес келеді және олардың барлығының қасиеттері бірге қарастырылады.

Алкиндердің гомологтық қатарына да бірнеше түрлі гомологтар тізбегі жатады. Олардың біреулері 1 – алкиндер гомологтық қатарына жатады да, ортақ формуласы НС С – R–ге сәйкес келеді, ал екіншілері СН – С С – R жалпы формуласымен өрнектеледі және т.б. Бұлардың барлығына С_nН_2n –₂ гомологтық қатардың жалпы формуласы сәйкес келеді.

Циклоалкандар бір ғана гомологтық қатар түзеді. Олар – циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан, циклогептан, циклооктан және т.б. деп кете береді.

Бұлардың барлығында да бір – ақ түрлі химиялық байланыс – сигма байланысы бар. Алайда, әрбір циклоалканның жеке дара өзінің гомологтық қатары да болады. Мұндай қатар циклоалкандардың молекулаларындағы орынбасарларының түріне, санына байланысты туады.

Әрбір циклоалканның өз алдына гомологтық қатары болады. Мысалы, ци клобутан мен циклогексанның гомологтық қатарлары мыналар бола алады:

Сонымен, қорыта айтқанда: гомология, гомологтық қатар деген ұғымдар заттың ұқсастығын көрсететін, олардың қасиеттерін жалпылап оқуға мүмкіндік беретін пайымдаулар болып табылады. Алайда, органикалық химияда заттардың тектестік қасиеттерін көрсететін басқа да ұғымдар бар. Мысалы:

а) «в и н и л о г и я» - құрамдарында СН₂ = СН – R тобы бар, немесе R – (СН = СН) – R формулаларына сәйкес келетін заттардың қатары, немесе

ә) «ф е н и л о г и я» - бензол – нафталин – антрацен қатары;

б) г е н е т и к а л ы қ қ а т а р құрамдарында көміртегі атомдарының саны бірдей, бірақ функционалдық топтары әртүрлі заттардың қатары. Мысалы:

С₂Н₅ – Н - этан С₂Н₆

С₂Н₅ – СІ - хлорлы этил С₂Н₅СІ

С₂Н₅ – ОН - этил спирті С₂Н₅ОН

О

СН₃ – С - сірке альдегиді С₂Н₅О

СН₃ – СООН - сірке қышқылы С₂Н₄О₂

Гомология, гомологтық қатар туралы және бұлардан басқа да заттар араларындағы ұқсастықтарды көрсететін ғылыми тұжырымдамалар бүгінде кеңінен зерттеліп, олардың анықтамалары, сипаттайтын мәселелері кеңейтіліп оқытылады.