Reacții de hidrogenare și calcule stoechiometrice

Când o hidrocarbură nesaturată reacționează cu hidrogenul, ea se transformă într-o hidrocarbură saturată. În primul exemplu, avem hidrogenarea acetilenei pentru a obține etan:

$HCECH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} H_3C-CH_3$

Calculele implică folosirea randamentului de reacție pentru a determina cantitatea reală obținută. Pentru randament de 60%, din 6 g etan teoretic vom obține doar 3,6 g etan practic.

În al doilea exemplu, lucrăm cu obținerea policlorurii de vinil (PVC) din carbură de calciu. Procesul are mai mulți pași:

1. Carbura de calciu reacționează cu apa pentru a produce acetilenă
2. Acetilena reacționează cu HCl pentru a forma clorură de vinil
3. Clorura de vinil polimerizează pentru a da PVC

💡 Reține că randamentul unei reacții reprezintă raportul dintre cantitatea reală obținută și cantitatea teoretică, exprimat procentual!

Când lucrezi cu puritatea și randamentul, calculează întâi cantitatea de reactant pur, apoi aplică randamentul pentru a afla cantitatea care reacționează efectiv. Din 200 g carbonat de calciu de puritate 64% și randament 80%, se obțin 100 g PVC.

Identificarea și analiza hidrocarburilor

Pentru a identifica o hidrocarbură nesaturată, putem folosi reacția de adiție a hidrogenului și analiza rezultatelor. Când o hidrocarbură de masă dată adaugă un volum cunoscut de hidrogen, putem determina formula ei moleculară.

Formula hidrocarburilor nesaturate are forma CₓH₂y, unde y este numărul de legături duble sau jumătate din numărul legăturilor triple. După hidrogenare, se obține formula CₓH₂ₓ₊₂.

Pentru identificarea hidrocarburilor, e utilă determinarea numărului de echivalenți (N.E.) și a numărului de grupe (N.G.):

• N.E. = $2·x + 2$ - 2y
• N.G. = x + 1 - N.E.

💡 Numărul de grupe (N.G.) îți spune câte inele sau cicluri există în moleculă!

Izomerii unei hidrocarburi pot fi: cu catena liniară (cum ar fi 1-pentena) sau cu catena ciclică (cum ar fi ciclopentanul). Acestea au aceeași formulă moleculară, dar structuri diferite.

Abilitatea de a determina corect formula moleculară din date experimentale este esențială în chimia organică. Nu uita că pentru fiecare legătură dublă eliminată, se consumă o moleculă de H₂.

Reacții de alchilare și oxidare a hidrocarburilor aromatice

Alchilarea benzenului este o reacție importantă în chimia aromatică. Când benzenul reacționează cu clorura de etil (în prezență de AlCl₃), se formează etilbenzen, dietilbenzen și rămâne benzen nereacționat.

Raportul molar al produșilor ne permite să calculăm cantitățile inițiale și finale. Pentru un raport molar de 3:2:1 (etilbenzen:dietilbenzen:benzen nereacționat), putem determina că din 93,6 g benzen se obțin 63,6 g etilbenzen.

Un alt tip de reacție important este oxidarea hidrocarburilor aromatice. Când un amestec de benzen, toluen și etilbenzen este tratat cu KMnO₄:

• Benzenul nu reacționează
• Toluenul și etilbenzenul se oxidează la acid benzoic

💡 În reacțiile de oxidare cu KMnO₄, grupele alchil legate de nucleul aromatic se oxidează la grupa carboxil $-COOH$, dând acizi aromatici!

Pentru a rezolva probleme complexe, împarte procesul în etape și analizează fiecare reacție separat. Folosește apoi rapoartele molare și masele moleculare pentru a calcula masele reactanților și produșilor.