Madencinin Lambası
Elektrikli fenerlerden önce madenciler ve mağaracılar kafalarında küçük bir lamba taşırdı. Alt bölmede kalsiyum karbür ($\mathrm{CaC_2}$) denen gri taşlar, üst bölmede su vardı. Musluk açılıp su damlatılınca taşlar köpürür, çıkan gaz ucundaki memede yakılırdı:
$\mathrm{CaC_2(k) + 2H_2O(s) \rightarrow C_2H_2(g) + Ca(OH)_2(suda)}$
Çıkan gaz asetilendir, sistematik adıyla etin: $\mathrm{HC{\equiv}CH}$.
Çözümlü örnek: Lambaya 64 g karbür konursa en çok kaç litre asetilen (normal koşullarda) elde edilir? $\mathrm{CaC_2}$ = 40 + 2·12 = 64 g/mol, yani 1 mol. Katsayılar 1:1 olduğu için 1 mol $\mathrm{C_2H_2}$ çıkar: kütlesi 26 g, NK'da hacmi 22,4 L.
Asetilen alevinin parlak ve isli olmasının sebebi karbon oranıdır: kütlece $24/26 \approx$ %92 karbon. Metanda bu oran $12/16$ = %75'tir. Karbon oranı yüksek yakıtlar hava ile tam yanamaz; yanmamış karbon tanecikleri kızarıp ışık verir. Oksijenle beslenen asetilen alevi ise 3000 °C'yi aşar; metal kesme ve kaynak bu yüzden asetilenle yapılır.
Çift ve Üçlü Bağın Adresi
Alken karbonlar arasında bir çift bağ (1σ + 1π) taşır, $\mathrm{C_nH_{2n}}$; alkin bir üçlü bağ (1σ + 2π) taşır, $\mathrm{C_nH_{2n-2}}$. Ekler: tek bağ "-an", çift bağ "-en", üçlü bağ "-in". Etan, eten, etin.
Numaralandırmada çoklu bağ dallardan önce gelir: zincir, çift ya da üçlü bağ en küçük numarayı alacak uçtan numaralanır. Numara zorunludur, çünkü 1-büten ($\mathrm{CH_2{=}CH{-}CH_2{-}CH_3}$) ile 2-büten ($\mathrm{CH_3{-}CH{=}CH{-}CH_3}$) ayrı bileşiklerdir.
Örnek: $\mathrm{CH_3{-}CH{=}CH{-}CH(CH_3){-}CH_3}$. Soldan numaralanırsa çift bağ 2'de, sağdan 3'te başlar; soldan seçilir. Metil 4'e düşer: 4-metil-2-penten. Dala göre sağdan numaralayıp "2-metil-3-penten" yazmak en sık hatadır.
Mini soru: $\mathrm{CH{\equiv}C{-}CH_2{-}CH_3}$ ile $\mathrm{CH_3{-}C{\equiv}C{-}CH_3}$ adları nedir? 1-bütin ve 2-bütin. İkisi de $\mathrm{C_4H_6}$; izomerdirler.
π Bağı Açılınca: Katılma Tepkimeleri
π bağı σ'dan zayıftır ve elektronları eksenin dışında, saldırıya açık durur. Kırıldığında iki karbon üzerinde birer bağ yeri açılır, gelen atomlar oraya oturur. Tepkinlik π sayısıyla artar: alkan (0π) < alken (1π) < alkin (2π).
| Katılan | Etenle | Sonuç |
|---|---|---|
| $\mathrm{H_2}$ (Ni ya da Pt) | $\mathrm{C_2H_4 + H_2 \rightarrow C_2H_6}$ | Etan (doyurma) |
| $\mathrm{Br_2}$ | $\mathrm{C_2H_4 + Br_2 \rightarrow CH_2Br{-}CH_2Br}$ | 1,2-dibromoetan, renk açılır |
| $\mathrm{HBr}$ | $\mathrm{C_2H_4 + HBr \rightarrow CH_3{-}CH_2Br}$ | Bromoetan |
| $\mathrm{H_2O}$ (asit) | $\mathrm{C_2H_4 + H_2O \rightarrow C_2H_5OH}$ | Etanol |
Simetrik olmayan alkene HX katılırsa Markovnikov kuralı geçerlidir: H, zaten daha çok hidrojen taşıyan karbona gider. Propen + HBr → ana ürün 2-bromopropan ($\mathrm{CH_3{-}CHBr{-}CH_3}$).
Çözümlü örnek — formül bulma: 5,6 g bir alken en çok 16 g $\mathrm{Br_2}$ ile tepkimeye giriyor. Alken hangisidir? ($\mathrm{Br_2}$ = 160 g/mol) Brom 16/160 = 0,1 mol. Bir çift bağa bir $\mathrm{Br_2}$ katılır, yani alken de 0,1 mol. Mol kütlesi 5,6 / 0,1 = 56 g/mol. $\mathrm{C_nH_{2n}}$ için $14n = 56$, $n = 4$: $\mathrm{C_4H_8}$, bir büten. Aynı soru alkinle sorulsaydı her mol alkin iki mol $\mathrm{Br_2}$ harcardı.
Uç alkin testi: Üçlü bağı zincirin ucunda olan alkinlerde ($\mathrm{R{-}C{\equiv}CH}$) uçtaki H hafif asidiktir; amonyaklı gümüş nitrat çözeltisiyle çökelek verir. 1-bütin çökelek verir, 2-bütin vermez. İki izomeri ayırmanın en kısa yolu budur.
Dönmeyen Bağ, Uzayan Zincir
Çift bağ çevresinde dönme yoktur; bu yüzden gruplar yerlerine kilitlenir. 2-bütende iki metil aynı taraftaysa cis (kaynama noktası ≈4 °C), karşı taraftaysa trans (≈1 °C). Koşul, çift bağın iki karbonunda da iki farklı grup bulunmasıdır; 1-bütenin C1'inde iki H olduğu için cis-trans yoktur.
Doğal sıvı yağlardaki çift bağlar çoğunlukla cis yapıdadır; zincir bükülür ve moleküller sıkı istiflenemez, yağ sıvı kalır. Margarin üretiminde bu çift bağlara hidrojen katılır, zincir düzleşir ve yağ katılaşır. Kısmi hidrojenlemede bazı çift bağlar trans yapıya döner; trans yağlar kan lipitlerini olumsuz etkilediği için etiketlerde gösterilir ve miktarına yasal üst sınır konmuştur.
Polimerleşme: Etenin π bağları açılıp binlerce molekül uç uca bağlanır: $\mathrm{n\,CH_2{=}CH_2 \rightarrow {-}(CH_2{-}CH_2)_n{-}}$, polietilen. Plastik, boya ve tekstil sanayisi bu yüzden alkenlerden başlar; alkanda bu işi görecek "tutamak" yoktur. Eten bitkilerde hormon gibi de çalışır: olgun meyvenin saldığı etilen, yanındaki ham meyveyi olgunlaştırır.
Yanılgılar: Formül, Numara, Cis-Trans
"Alkin formülünde iki H eksiltilir." Üçlü bağ iki π içerir, dört H eksilir: 5 karbonlu alkan $\mathrm{C_5H_{12}}$, alken $\mathrm{C_5H_{10}}$, alkin $\mathrm{C_5H_8}$.
"Dal numarası küçük olsun." Önce çoklu bağ küçük numarayı alır; dallar ancak eşitlik olursa belirleyicidir.
"cis ve trans aynı maddedir, sadece çizim farkı." Farklı kaynama noktası ve polarlığa sahip ayrı bileşiklerdir; aralarında geçiş için π bağının kırılması gerekir.
AYT ipucu: "X g alken Y g brom ile doyuyor" kalıbında brom molünü bulun; alken için 1:1, alkin için 1:2 oranını kullanın, sonra $14n$ ya da $14n - 2$ ile karbon sayısına geçin.
Sık sorulanlar
Karpit lambasında hangi gaz oluşur?
Kalsiyum karbür suyla tepkimeye girer: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2. Oluşan gaz asetilendir (etin); 64 g karbürden 26 g, normal koşullarda 22,4 L asetilen çıkar.
Propene HBr katılınca hangi ürün oluşur?
Markovnikov kuralına göre H, daha çok hidrojen taşıyan uç karbona gider; brom ortadaki karbona bağlanır. Ana ürün 2-bromopropandır.
1-bütin ile 2-bütin nasıl ayırt edilir?
Amonyaklı gümüş nitrat çözeltisiyle. Üçlü bağı uçta olan 1-bütin çökelek verir; üçlü bağı zincirin içinde olan 2-bütin vermez.