Химия · 9 классурок · 2026-09-27~8 мин чтения

Первые органические вещества: метан, этан, этилен

Природный газ на твоей кухне — это метан. От него до этилена один шаг: строение, реакции горения и замещения первых органических веществ.

Открыть тренажёр Сразу к проверке

Щёлкнул конфоркой — загорелся синий огонёк. Это горит метан: в природном газе его обычно 90–98%. За зиму семья сжигает сотни кубометров газа, и почти весь объём — одно простое вещество из пяти атомов. Органическая химия начинается не в лаборатории, а у тебя на кухне.

Углеводороды: только углерод и водород

Органические вещества построены на углероде: он образует четыре прочные связи и сцепляется в цепочки почти любой длины. Простейшие органические вещества — углеводороды. Метан $C H_{4}$ — один атом углерода, этан $C_{2} H_{6}$ — цепочка из двух. Метан и этан — предельные: все их связи одинарные. Этилен $C_{2} H_{4}$ — те же два углерода, но между ними двойная связь, поэтому он непредельный. Соединения одного класса, различающиеся на группу $C H_{2}$ , называют гомологами — метан и этан как раз пара из одного ряда.

Свойства: от строения к реакциям

Метан химически спокоен: для него характерны реакции замещения, когда под светом атом водорода меняется на хлор: $C H_{4} + C l_{2} = C H_{3} C l + H C l$ . Этилен с двойной связью — наоборот, охотно присоединяет молекулы целиком: бромная вода мгновенно обесцвечивается, это качественная реакция на двойную связь. Горят углеводороды бодро и с теплом: $C H_{4} + 2 O_{2} = C O_{2} + 2 H_{2} O$ — при сгорании метана выделяется около 890 кДж на моль. Кстати, этилен выделяют спелые яблоки — он ускоряет созревание лежащих рядом фруктов.

Попыток: 0 · Найдено: 0 из 5

Термины

Определения

Формула — вещество

Собери пять пар

Утверждение 1 из 5

Метан — основная часть природного газа.

Верю — не верю

Пять утверждений об органике

Ты протираешь очки спиртовой салфеткой, и за секунды не остаётся ни капли: этанол кипит при 78 °C и быстро испаряется. А глицерин с тремя группами OH держится в креме неделями — его точка кипения 290 °C. Чем больше гидроксогрупп, тем крепче молекулы цепляются друг за друга: функциональная группа правит свойствами.

C_{n} H_{2 n + 2}

Общая формула предельных углеводородов (алканов)

Вещество	Формула	Связи между углеродами	Характер
Метан	$C H_{4}$	нет связи C–C	предельный
Этан	$C_{2} H_{6}$	одинарная	предельный
Пропан	$C_{3} H_{8}$	одинарные	предельный
Этилен (этен)	$C_{2} H_{4}$	двойная $C = C$	непредельный
Пропен	$C_{3} H_{6}$	двойная $C = C$	непредельный

Метан и этан — гомологи и оба горят, но при утечке ведут себя по-разному: метан легче воздуха и собирается под потолком, а пропан из баллона тяжелее и стелется по полу. Отсюда разные правила проветривания: в первом случае выманивай газ верхними окнами, во втором — работай у плинтуса.

Витализм и опыт Вёлера

Двести лет назад органические вещества считали собственностью живого: их, дескать, строит особая «жизненная сила», и в колбе такое не повторить. В 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер вскрыл этот аргумент: нагревая цианат аммония — соль из мира неорганики, — он получил мочевину, вещество из человеческой мочи. Никакой жизненной силы в колбе не было, а продукт был самый что ни на есть органический. После Вёлера органической химией стали называть просто химию соединений углерода, и она разрослась в целый континент: в международном справочнике зарегистрировано уже больше двухсот миллионов веществ, и подавляющее большинство из них — углеродные.

Урок Вёлера работает и в обратную сторону: неорганические вещества получаются из органических запросто — тот же метан сгорает до углекислого газа и воды. Граница между мирами прошла не по «живому и мёртвому», а по углероду с его четырьмя связями. Отсюда и шутка химиков: неорганическая химия — химия всех элементов, кроме одного, а органическая — химия одного элемента, зато какого: углерод строит цепи, кольца и сетки лучше любого другого.

Мочевина после Вёлера и сама стала героиней: её синтезируют из аммиака и углекислого газа в огромных масштабах, и почти вся она идёт в удобрения, а в малых дозах работает в увлажняющих кремах. Одно и то же простое вещество трудится и в поле, и в косметичке.

Болотный газ и лампа Дэви

Метан зовут болотным газом не для красного словца: микробы без доступа кислорода разлагают остатки растений, и пузыри метана всплывают над илистой водой. Тот же газ пропитывает угольные пласты — шахтёры звали его рудничным. Смесь метана с воздухом взрывается при содержании газа от 5 до 15%, поэтому в шахтах долго запрещали открытый огонь и работали с лампой Дэви: её пламя спрятано за металлической сеткой, которая гасит вспышку раньше, чем опасная смесь успевает взорваться. Сегодня на смену лампе пришли газоанализаторы, а правило осталось прежним: сигнал тревоги — поднимайся наверх.

Сегодня идея болота работает в масштабе фермы: навоз и пищевые отходы сбраживают в закрытых ёмкостях, и получившийся биогаз — метан пополам с углекислым газом — греет дом и крутит генератор. Отходы превращаются в топливо, а в остатке остаётся готовое удобрение. Ферма с биореактором — по сути искусственное болото с подогревом.

Путешествия метана: от болота до Титана

Метан первым описал Алессандро Вольта в 1776 году, собрав пузыри газа над болотами Лаго-Маджоре. Сегодня его ищут уже не только на болоте: метан попадает в атмосферу со свалок и животноводческих ферм, и как парниковый газ за столетие он греет планету примерно в 28 раз сильнее углекислого. Самый далёкий адрес метана — Титан, спутник Сатурна: там, в жестокий холод, метан ведёт себя как вода на Земле — идёт дождём и собирается в настоящие озёра. Простое вещество из пяти атомов связывает кухонную конфорку, свиноферму и чужую луну.

Есть у метана и подводная кладовая: на дне холодных морей, под давлением, он образует газовые гидраты — лёд, который горит. Запасы в них огромны, но безопасного способа доставки со дна пока не придумали.

А если перекрыть метану доступ кислорода, он горит с копотью: сажа из такого пламени веками шла на чернила и тушь, а сегодня ею усиливают прочность автомобильных шин — чёрный цвет резины именно отсюда.

Разбор типовой задачи

Задача на горение: сгорело 8 г метана. Сколько воды получится и сколько кислорода на это уйдёт?

Сгорает 8 г метана

Записываем уравнение горения и проверяем коэффициенты.
$C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$
Считаем молярные массы: метан — 16, вода — 18, кислород — 32.
$M (C H_{4}) = 16, M (H_{2} O) = 18, M (O_{2}) = 32$
На 1 моль метана — 16 г — по уравнению расходуются 2 моль кислорода и образуются 2 моль воды, то есть 36 г.
$16 (C H_{4}) \to 36 (H_{2} O)$
Метана было 8 г — ровно полмоля, значит и воды выйдет вдвое меньше, чем 36.
$\frac{36}{16} \cdot 8 = 18$
Кислорода нужно вдвое больше по молям, чем метана: два раза по полмоля — это 1 моль, то есть 32 г.
$\frac{64}{16} \cdot 8 = 32$
Проверка по закону сохранения массы: 8 г метана плюс 32 г кислорода дают 18 г воды и 22 г углекислого газа.
$8 + 32 = 18 + 22$

Словарь урока

Углеводород#: соединение только из углерода и водорода: метан, этан, этилен
Гомологи#: вещества одного класса, различающиеся ровно на группу CH2
Предельные углеводороды#: все связи между атомами одинарные, как у метана и этана
Непредельные углеводороды#: есть двойная связь, как у этилена; охотно присоединяют чужие атомы
Качественная реакция#: способ узнать вещество по яркому эффекту: бромная вода — детектор двойной связи
Одорант#: резко пахнущая добавка к газу, которая выдаёт утечку

Как это спрашивают на контрольной

Первую органику спрашивают скромно, но по устойчивому списку — вот он.

Даны формулы — определить, предельное вещество или непредельное.
Дано уравнение метана с хлором — указать тип реакции: замещение.
Даны бромная вода и два газа — сказать, какой обесцветит реактив и почему.
Дан вопрос про гомологи — найти пару, различающуюся ровно на CH2.
Дан бытовой сюжет — объяснить запах газа или созревание фруктов рядом с яблоком.

Типичная ловушка в формулировках — вопрос «чем отличается этилен от этана»: ответ «двойной связью» верен, но проверяющий ждёт следствия — этилен обесцвечивает бромную воду и охотно присоединяет чужие молекулы. Тот же приём работает с бромной водой: не просто «обесцвечивается», а «обесцвечивается, потому что двойная связь присоединяет бром». Привычка доводить ответ до следствия отличает пятёрку от четвёрки.

Отвечая, держись за строение: сколько связей у углеродов, таков и характер вещества. Двойная связь — значит непредельный, значит обесцветит бромную воду. Одинарные — предельный, значит под светом пойдёт лишь замещение. Связка «строение — свойства» закрывает почти любой вопрос по первой органике.

Выучено: 0 из 5 · В колоде: 5

Карточки: первые углеводороды

Переверни карточку и проверь себя.

Проверь себя

Клавиши 1–9 выбирают вариант, Enter — «Проверить»

Какая формула у этилена?

Сколько атомов водорода в молекуле этана $C_{2} H_{6}$ ? Напиши число.

Чистый метан имеет резкий запах.

Что верно для метана?

Чем этилен отличается от этана?

Какой газ горит на кухонной плите? Напиши название одним словом.

Предельный или непредельный углеводород?

Разложи элементы по категориям: нажми на элемент, потом на категорию.

Вставь пропущенное.

Выбери подходящее слово в каждом пропуске.

Спелые яблоки выделяют — газ, который ускоряет созревание лежащих рядом фруктов

Было понятно? Скажи — так мы видим, какие темы переписать.

Частые вопросы

Почему газ пахнет, если метан без запаха?

В магистральный газ специально добавляют одорант — вещество с резким запахом. Так утечку замечают при ничтожной концентрации, задолго до опасной.

Чем этилен отличается от метана?

У метана один атом углерода и все связи одинарные. У этилена два углерода и двойная связь C=C — поэтому он активно присоединяет другие атомы и молекулы.

Почему этилен называют гормоном созревания?

Спелые плоды выделяют этилен, и он ускоряет созревание соседних фруктов. Поэтому яблоко в одном пакете с бананами ускоряет их дозревание.

Почему природный газ опасен при утечке?

Смесь метана с воздухом вспыхивает от искры, когда метана в ней от 5 до 15%. Поэтому утечку ищут мыльной пеной и проветриванием, а свечу и зажигалку откладывают в сторону.