Бензол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тақырыбы: Бензол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физикалық қасиеттері. Бензол құрылысының проблемасы. Бензол — оңай қайнайтын түссіз, сұйық зат, ол суда ерімейді және өзіне тән иісі бар. Салқындатқан кезде ол оңай қатайып, ақ түсті кристаллы массаға айналады, оның балқу температурасы 5,5°С.

Бензолдың молекулалық  формуласы С6Н6. Бұл формуладан бензолдың өте қанықпаған қосылыс екенін көреміз: қаныққан көмірсутектердің формуласына сәйкес келу үшін, бензол молекуласына 8 атом сутегі жетіспейді.

Осыған қарамай, егер бензолды бромды суға немесе калий перманганаты ерітіндісіне қосып, шайқап араластырса канықпаған қосылыстарға тән реакцияларды көре алмаймыз. Сірә, бұған түсінікті заттың химиялық құрылысынан іздеу керек болар.

Бензолдың құрылысын анықтауды оның синтезінен бастау керек. Активтелген көмір салынып, 650°С шамасына дейін қыздырылған түтік арқылы ацетилен өткізгенде, көп мөлшерде бензол алынады.

Ацетилен С2Н2 мен бензол С6Н6 молекулаларының құрамын салыстыру арқылы мынадай қорытындыға келеміз: бұл процесс кезінде ацетиленнің әр үш молекуласынан бензолдың бір молекуласы түзіледі, яғни полимерлену (тримерлену) реакциясы жүреді:

ЗС2Н2 - СбН6

Бірақ бұл факт бензолдың құрылысы жөніңде белгілі қорытынды жасауға жеткіліксіз, өйткені ацетилен молекулалары бір-бірімен дәл қалай қосылатынын білмейміз. Құрамы С6Н6 тізбек түріңде, сондай-ақ циклді құрылысты әр түрлі заттар түзіледі деп ойлауға болады, мысалы:

 

 

Мәселені анықтай түсу үшін заттардың химиялық қасиеттеріне көңіл бөлу қажет. Егер бензол буымен сутегінің қоспасын катализатор бар қыздырылған түтік арқылы өткізсе, бензолдың әрбір молекуласына сутегінің үш молекуласы қосылып, осы реакцияның нәтижесінде құрылысы бізге жақсы белгілі циклогексан түзіледі екен.

Мұнда тек бастапқы өнім циклді құрылысты деп есептегенде ғана бензол молекуласына сутегінің үш молекуласын қосып алып, циклогексанның түзілетінін түсінуге болады:

 

                               

 

Шынында бензол құрамындағы көміртегі атомдарының тізбегі түйықталмаған болса, онда оның молекуласы толық қанығу үшін сутегінің үш емес, терт молекуласын қосып алар еді, бұл жағдай жоғарыда келтірілген тәжірибеге кайшы келеді.

Ацетиленнің үш молекуласьшан бензолдың циклді молекуласының түзілуін біз мынадай етіп көрсете аламыз:

 

 

Бензолдың циклді құрылымдық формуласы жөнінде осындай қорытындыға келеміз.

Бензолдың жоғарыда келтірілген құрылымдық формуласын ең алғаш үсынған неміс ғалымы А. Кекуле болатын (1865 ж). Бұл формула химиктер талабын толық қанағаттандырмағанымен, жүз жылдан астам уақыт колданьш келді. Бұл формуланын ақиқаттығына, сірә, сеңдер де күмәндана бастаган шығарсыңдар.

Шындығында, бензолдың  бромды су және калий перманганаты ерітіндісімен реакцияласпайтынын біз тәжірибе жүзінде анықтадық, осыган қарамай, формуласын ескерсек, оның молекуласының үш қос байланысы бар. Бұл кайшылықтарды түсінуде заттар құрылысын тереңірек зерттеу, яғни молекуладағы атомдардың химиялық байланыстарының сипатын анықтау көмектесті.

Бензолдық электрондық құрылысы. Қазіргі замангы физикалык әдістер бензол молекуласының циклді құрылысы бар екенін және көміртегигің барлық алты атомы да бір жазықтықта жататы-нын анықтады. Сөйтіп, Кекуле формуласы атомдардың қосылу тәртібін дүрыс көрсететінін растады. Енді молекуладагы атомдар-дың өзара қалай қосылатынын анықтау қажет болды.

Зерттеу молекуладағы барлық көміртегі атомдарының арақашықтығы бірдей екенін 0,140 нм шамасында тең екенін көрсетеді. Осының өзі ғана бензолда жай және қос байланыстардың жоқ екенін дәлелдейді, өйткені мүндай жағдайда көміртегі атомда-рының арақашықтығы шамамен біреуінде 0,154 нм, ал екіншісінде 0,134 нм болар еді. Электрондық теория бұл қүбылысты былай түсіндіреді.

 

 Бензоп молекуласындағы  а-байлаиыстың пайда болу сызбанусқаі

Бензол молекуласывдағы көміртегінің барлық атомдары гибрид-тену күйінде  болады. Көміртегінің әрбір атомының гибридтік үш электрон бұлты (пішіні созылған көлемдік сегіздікке ұқсас) сақина жазықтыгында көміртегінің көрші атомдарымен екі ст-байланыс түзеді, сірә, осы үш байланыс арасындағы бүрыш 120° шамасына тең болса керек (22-сурет). Гибридтенуге қатыспайтын және көлемдік сегіздік пішінді симметриялы байланыс жазықтығына перпендикуляр орналасқан. Көміртегі атом-дары ядроларының аракашықтығы бірдей болғандықтан, ондай бұлттардың әрқайсысы көрші көміртегі атомдарының электрон бұлттарымен бірдей калыптасады (23-сурет. А). Осы электрон бұлттары молекуланың жазыктықтағы проекциясында, 23-суретте (Б) көрсетілгендей бір-біріне қаптасқан шеңбер сияқты болып көрінеді. Молекулада жеке-дара үш л-байланысы түзілмейді, көміртегі атомдарының бәріне ортақ, алты электронная қүралған бір ғана л-электрон жүйесі пайда болады (23-сурет, В). Молекула-дағы ортақ осы электрон бұлты әсерінен көміртегі атомдарының арақашықтығы 0,154 шамасьшан 0,140 нм шамасына дейін кемиді. Бензол молекуласының масштабтық моделі 24-суретте берілген.

Молекулада электрон тығыздығы бірдей бөлінетіндіктен  көміртегі атомдарының арасындағы барлык байланыс дәл бірдей болады.

Бензол молекуласындағы  электрон тығыздыгы бірдей болып  та-ралуын көрсету үшін, оның құрылымдық формуласын көбінесе ішкі жағында шеңбері бар алты бүрыш түрінде береді.

                                                  

Алайда молекула құрылысын шартты түрде беретінін ескере отырып қазіргі кезде де Кекуле формуласын жиі пайдаланады.

Химиялық қасиеттері. Барлық көмірсутектер сияқты бензол да жанады. Ол жанған кезде ацетилеңдегідей өте көп мөлшерде көміртегі болғандықтан түтін бөледі.

Бензолдың суда еріген броммен әрекеттесе алмайтынына көзіміз жетті. Бірақ  ол басқа жағдайда броммен өзара  әрекеттеседі. Салқындатқыш қызметін атқаратын үзын тік түтігі бар колбаға (25-сурет) аздаған бром және темір ұнтағын (ҒеВгз катализаторы түзілу үшін темір қажет) салып, бензол қүямыз. Біраздан кейін прибордың газ жүретін түтігі аузьоіан "түтія" шыға бастағанын байқаймыз. Бөлініп жатқан газды суда ерітіп, ол ерітіндіге қүміс нитратын қосу арқылы бром және бензол реакцияласқан кезде бромсутек НВг түзілетінін көреміз. Бұл реакциядан кейін колбада ауыр сүйық зат — бромбензол CeHsBr калады. Демек, бензолдың бромдану реакциясын мьшадай теңдеумен өрнектеуге болады

 

Бромның бұл жагдайда бензолға қосылмай, орын басу реакция-сына кірісетіндігін көреміз.

Бұл реакцияныц механизмі  қаныққан көмірсутектеріндегі орын басу реакция-сынан өзгеше. Ол бос  радикал түзу арқылы жүрмейді жене оның тізбектік сипаты да болмайды. Темір бромидінің ҒеВгз әсерімен бром молекуласы Вгі+ : Вті+ болып полюстенеді. Он зарядталған бром бензол молекуласының алты электронды бұлтына тартылып, соныц нәтижесінде көміртегі атомдарыныц бірімен ковалентті байланыс жасайды, бұл кезде сутегін протон түрінде ығыстырады, ол теріс зарядталған бром ионымен қосылып бромсутек молекуласын түзеді

 

 

Азот қышкылымен әрекеттесу бензолға тән реакция. Егер кон-центрациялы  азот қышқылы мен күкірт қышқылының қоспасьша бензол араластырып, бұл коспаны аздап қыздырса реакция жүреді, реакция нәтижесінде бадамның иісіндей иісі бар, түсі сары, ауыр сүйықтық — нитробензол СбН6 — NO2 түзіледі. Мүндағы ншпротоп деп аталатын атомдар тобы NO2 жоғарыдағы реакциядағы бром тәрізді, сутегі атомының орнын басады. Нитрлеу реакциясын мына-дай химиялық теңдеумен өрнектеуге болады:

(осы реакцияда концентрациялы  күкірт қышқылы кандай рөл  атқаратынын жобалап айтыңдар):

 

 

 

 

Бензолдың құрамы канықпағандығьша карамастан, ол орын басу реакциясына қатыса алатын касиеті жағынан қаныккан көмірсутектерге біраз үқсас болып келеді.

Белгілі жагдайда бензол қосып алу реакциясына да кіріседі. Мүндай реакциялардын бірімен —  сутегінің косып алу реакциясы-мен біз бүрыннан таныспыз. Кәдімгі молекулалық формулаларды пайдаланып, осы реакцияның тендеуін құрыңдар.

Бензол мен хлор қоспасына  жарықпен эсер етсе, хлор бензолға қосыла алады. Гексахлорциклогександы (гексахлоран  деп аталатын кристаллы к затты) осылай алады:

 

 

 

Канықпаған көмірсутектеріне де кейбір ұқсастығы бар екенін көрсетеді.

Химиялық қасиеттері жөнінде бензол каныккан көмірсутектер мен канықпаған көмірсутектер аралығынан орын алады. Ол қаныккан көмірсутектерге де, қанықпаган көмірсутектерге де тән реакцияларга кіріседі, бірақ бұл кезде орын басу реакциясы бензолда қаныққан көмірсутектерге Қарағанда оңайырақ жүреді, ал косып алу реакциясы қанықпаған қосылыстармен салыстырганда қиынырак жүреді. Бензолдың электрондык құрылысының ерек-шелігі оның қасиеттеріне осылайша әсер етеді.

Бензолдың қолданылуы. Бензол өте көптеген органикалық қосылыстарды синтездеуге негізгі зат болады. Нитрлеу реакциясы арқылы нитробензол C6H5NO2 алады; бензолды хлорландыру арқылы, хлорбензол CeHsCL (еріткіш) және баска да хлор туынды-ларын алады. Бензолды синтездегенде дәрі-дәрмектік жэне хош иісті заттар, эр түрлі бояулар, үлкен молекулалы қосылыстарды жэне т. б. синтездеуге арналган мономерлер алу үшін бастапқы өнім ретінде пайдаланады. Ол еріткіш ретінде де қолданылып, касиеттерін жақсарту үшін мотор жанармайына қосылады.

Бензолдың жэне баска  да көмірсутектерінің хлор туындылары ауыл шаруашылығында өсімдіктерді химиялық жолмен қорғау құралы ретінде қолданылады. Мысалы, бензолдағы сутегі атомдарының орынын хлор басу нәтижесінде түзілетін өнім — гексахлор-бензол СбН6 қатты қара күйеге қарсы бидай мен қарабидай тұқымын қүрғақ өңдеу үшін колданылады. Баска көмірсутектердің галоген туындыларынан гексахлорбутадиенді С4СЦ атауға болады, оның күрылысы, 1,3-бутадиенге ұқсас, жүзімдіктерде филлоксераға қарсы қолданылады. Гексахлорбензол мен гексахлордиеннің құрылымдық формулаларын жазыңдар.

Ауыл шаруашылығында зиянды бунақденелілермен күресу, арамшөптерді құрту, өсімдіктерді аурулардан қорғау, т. с. с. үшін баска да көптеген химикаттар пайдаланылады.

Олардың кейбіреулерімен  біз кейінірек танысамыз. Улы химикаттарды қолдану үшін олардың қасиеттерін жақсы білу және оларды пайдалану ережелерін қатал сақтау шарт. Өйткені оларды пайдалану ережелері дұрыс сақталмаса, адамға қауіпті және қоршаған табиғатқа орасан зиян келтіреді.

Бензол алу. Бензол алудың негізгі көзі — тас көмірді  кокстеу. Кокстеу процесінде — ауа  жібермей көмірді қатты кыздырғанда  көптеген үшқыш өнімдер түзіледі, сол өнімдерден басқа заттармен  қатар бензол алынады.

Совет ғалымдары бензолды аромат емес көмірсутектерден алу әдісін тапты. Н. Д. Зелинский платинаны немесе палладийді катализатор ретінде қолданып 300° С-ге жуық температурада қыздырғанда циклогексаннан бензолдың оңай түзілетінін көрсетті:

 

 

Сол сияқты тиісті катализатор қатысында және қыздырғанда н-гексанның бензолға айналатыны анықталды:

 

Бензолдың қажеттігінің барған сайын артуына байланысты оны қаныққан көмірсутектерден және циклопарафиндерден алу реакцияларының практикалық үлкен мацызы бар.

 

 БЕНЗОЛ ГОМОЛОГТАРЫ

Бензол гомологтарының құрылысы. Бұрынырақ танысып өткен көмірсутектер сияқты, бензол өзінің гомологтық қатарын бастайды.

Оның гомологтарын бензол молекуласындағы бір немесе бірнеше сутегі атомының орньш әр түрлі көмірсутек радикалдары басқан деп қарастыруға болады. Бүдан былай молекуланың жалпы электрондық жүйесін шеңбер түрінде бейнелеп, әдеттегідей бензол ядросындагы сутегінің атомдармен белгілемей, бензолдың жақын гомологтарының формулаларын келтірейік.

 

               

                      Метилбензол Этилбензол Пропилбенэол

                   (толуол)

 

Осы қосылыстардың құрамын салыстырыңдар. Бұл қатарда гомологтық айырма сақталатынына кез жеткізіңдер.

Молекуласында бензол ядросы мен онымен байланысқан бірнеше  кемірсутек радикалдары бар заттарды атау үшін көміртегі атомдары нөмірленеді және заттар атауындағы цифрдың көмегімен орнын басқан топтың орны көрсетіледі, мысалы:

Бензол гомологтарынық химиялық қасиеттері. Бензол гомологтары қасиеттері жөнінен көп жағынан бензолға үқсас болғанымен, олардың өзіндік ерекшеліктері де бар. Кейбір мысалдар келтіріп, бүған көзімізді жеткізейік.

Ерекше жағдайларда  нитрлеген кезде бензол және толуол молекуласына үш нитротоп енгізуге болады. Сонда бензолга қарағанда толуол жеңілдеу нитрленеді екен. Бұл жағдай 2, 4, 6-орындарда тринитротолуол түзіледі, ол — тол немесе тротил деп аталатын қопарылғыш зат:

 

 

2, 4, 6-орындардағы бензол  ядросьпшң реакцияға өте бейім  бо-луын радикал — СШ-тің эсер  етуімен түсіндіруге болады.

Біз осы мысалдан молекулаларда  атомдардың өзара эсер ететініне нақтылы көз жеткізе аламыз.