Homologija

Homologija

Mokymosi tikslai

Baigę pamoką gebėsite apibrėžti homologinę eilę, taikyti bendrąsias formules, nustatyti molekulinę ir empirinę formulę bei aiškinti fizikinių savybių kitimą eilėje.

Sąvokos

• Homologinė eilė – tos pačios funkcinės klasės junginių seka su bendra formule ir dėsningai kintančia grandine.
• Bendroji formulė – simboliu $n$ visą homologinę eilę aprašanti formulė.
• Empirinė formulė – mažiausias sveikųjų atomų skaičių santykis.
• Molekulinė formulė – tikras kiekvieno elemento atomų skaičius molekulėje.

Prisimink

Molekulinė formulė rodo tikrą atomų skaičių molekulėje, o empirinė – mažiausią sveikųjų skaičių santykį. Pavyzdžiui, eteno molekulinė formulė $\ce{C2H4}$, empirinė – $\ce{CH2}$.

Homologinė eilė

Homologai priklauso tai pačiai funkcinei klasei, turi tą pačią bendrąją formulę ir panašias chemines savybes. Gretimi homologai skiriasi viena $\ce{-CH2-}$ grandimi, kurios molinė masė yra apie $14\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$.

Išspręstas pavyzdys

Užduotis. Nustatykite alkano molekulinę formulę, jei $M=72\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$.

1. Alkanui taikome $\ce{C_nH_{2n+2}}$, todėl molinė masė:

$$M=12n+(2n+2)=14n+2,$$

1. Sprendžiame $14n+2=72$, todėl $n=5$.
2. Įstatome $n$ į bendrąją formulę ir patikriname masę: $5\cdot12+12\cdot1=72\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$.

Atsakymas: $\ce{C5H12}$.

Kai žinoma procentinė sudėtis, laikome, kad mėginio masė yra 100 g, procentus paverčiame moliais, padalijame iš mažiausios reikšmės ir gauname empirinį santykį. Molekulinei formulei dar reikia molinės masės:

$k=\frac{M_\text{molekulinė}}{M_\text{empirinė}}.$

Visus empirinės formulės indeksus dauginame iš sveikojo $k$.

Bendrosios formulės taikymo ribos

Vienoda bendroji formulė savaime neįrodo vienodos junginių klasės. Pavyzdžiui, aciklinis alkenas su vienu C=C ir sotus vienžiedis cikloalkanas gali turėti tą pačią $\ce{C_nH_{2n}}$ formulę. Prieš pasirenkant formulę visada patikriname tris sąlygas: ar grandinė atvira, kiek joje žiedų ir kiek daugiagubųjų ryšių. Kiekvienas žiedas arba dvigubasis ryšys, palyginti su atitinkamu acikliniu alkanu, sumažina H atomų skaičių dviem, o trigubasis ryšys – keturiais. Ši vandenilio stygiaus patikra padeda aptikti neįmanomą indeksą ir parinkti kelis galimus izomerų tipus, tačiau galutinei sandarai nustatyti reikia papildomų cheminių ar spektrinių duomenų.

Savybių dėsningumai

Ilgėjant nešakotai grandinei didėja elektronų debesies poliarizuojamumas ir dispersinės sąveikos, todėl paprastai didėja virimo temperatūra. Tos pačios formulės labiau šakota molekulė turi mažesnį sąlyčio paviršių, todėl dažnai verda žemesnėje temperatūroje.

Dažnos klaidos

• Homologus painioti su izomerais: homologų molekulinės formulės skiriasi, izomerų – vienodos.
• Akylai netikrinti, ar apskaičiuotas $n$ yra teigiamas sveikasis skaičius.
• Molekulinę formulę nepagrįstai sutrumpinti iki empirinės.
• Bendrąją alkenų formulę taikyti cikliniam ar kelis dvigubuosius ryšius turinčiam junginiui be papildomos analizės.

Duomenų tyrimas

Sudarykite pirmųjų šešių alkanų virimo temperatūros grafiką pagal patikimą duomenų lentelę. Aiškiai nurodykite nepriklausomą kintamąjį $n$, priklausomą kintamąjį ir vienetus. Tendencija nėra įrodymas, kad kiekvieno izomero temperatūra vienoda.

Santrauka

• Gretimus homologus skiria $\ce{CH2}$ ir maždaug $14\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$.
• Bendroji formulė tinka tik nurodytomis sandaros sąlygomis.
• Empirinė formulė rodo paprasčiausią santykį, molekulinė – tikrą atomų skaičių.

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, III gimnazijos klasė, „Homologija ir izomerija“.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus programos atvaizdavimas.
• SRC-IR-2025 – formulės nustatymo ir duomenų analizės metodinės rekomendacijos.