Alkany, alkeny i alkiny: reguła Markownikowa, addycja i polimeryzacja
Podstawa programowa wymaga, żebyś opisywał właściwości alkanów, alkenów i alkinów na przykładzie spalania, substytucji, addycji i polimeryzacji, przewidywał produkty addycji do niesymetrycznych alkenów według reguły Markownikowa, planował ciągi przemian oraz wyjaśniał pojęcia liczby oktanowej, krakingu i reformingu. Tak przygotujesz się do tej części matury z chemii na poziomie rozszerzonym.
Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 10.
W skrócie
najważniejsze w kilku zdaniach
Alkany (CXnHX2n+2) spalają się i ulegają substytucji rodnikowej z chlorem lub bromem w świetle; alkeny (CXnHX2n) i alkiny (CXnHX2n−2) ulegają addycji.
Alkeny i alkiny odbarwiają wodę bromową i wodny roztwór manganianu(VII) potasu, a alkany ich nie odbarwiają.
Reguła Markownikowa: wodór trafia do tego z dwóch atomów węgla przy wiązaniu podwójnym, przy którym jest więcej atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do drugiego.
Polimeryzacja łączy cząsteczki monomeru z wiązaniem podwójnym w łańcuch; monomer odczytasz z powtarzającego się fragmentu polimeru.
Kraking skraca długie łańcuchy, a reforming zwiększa udział węglowodorów rozgałęzionych i aromatycznych, więc podnosi liczbę oktanową benzyny.
Egzamin maturalny z chemii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. W arkuszu jest około 45 poleceń: zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) i otwarte (z luką, krótkiej i rozszerzonej odpowiedzi), w tym co najmniej jedno zadanie problemowe za 4–5 punktów. Podczas egzaminu możesz korzystać z „Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych”, linijki i kalkulatora naukowego.
Alkany: spalanie i substytucja rodnikowa
Alkany mają w cząsteczkach tylko wiązania pojedyncze, więc nie ulegają addycji. Spalają się w nadmiarze tlenu do tlenku węgla(IV) i wody: CX3HX8+5OX23COX2+4HX2O. Gdy tlenu brakuje, powstaje też tlenek węgla(II) i węgiel. Typową reakcją alkanów jest substytucja: pod wpływem światła chlor albo brom zastępuje atom wodoru, a mechanizm jest rodnikowy.
Rzędowość atomów węgla decyduje o tym, ile produktów powstaje. W cząsteczce propanu dwa skrajne atomy węgla są pierwszorzędowe, a środkowy drugorzędowy, więc chlorowanie daje dwie monochloropochodne: CHX3−CHX2−CHX3+ClX2sˊwiatłoCHX3−CHX2−CHX2Cl+HCl oraz CHX3−CHX2−CHX3+ClX2sˊwiatłoCHX3−CHCl−CHX3+HCl. Reakcja zachodzi stopniowo, więc obok monochloropochodnych powstają też związki z dwoma i większą liczbą atomów chloru.
Ilość tlenu potrzebną do spalenia zmienia się z rodzajem węglowodoru. Dla alkanu o n atomach węgla wynosi ona 23n+1 mola OX2 na mol, dla alkenu 23n, a dla alkinu 23n−1. Tabela pokazuje to dla trzech związków o dwóch atomach węgla.
Węglowodór
Wzór
Mole O₂ na 1 mol węglowodoru
etan
C₂H₆
3,5
eten
C₂H₄
3
etyn
C₂H₂
2,5
Alkeny i alkiny: addycja i odbarwianie
W cząsteczce alkenu jest wiązanie podwójne, a w cząsteczce alkinu potrójne. Jedno z nich to wiązanie π, które łatwo się rozrywa, dlatego typową reakcją jest addycja. Alken przyłącza wodór (na katalizatorze, np. platynowym), chlor lub brom, chlorowodór lub bromowodór oraz wodę w środowisku kwasowym. Z bromem reakcja przebiega według równania CHX2=CH−CHX3+BrX2CHX2Br−CHBr−CHX3 i odbarwia wodę bromową, co służy do wykrywania wiązania wielokrotnego.
Alkin przyłącza reagenty dwuetapowo: najpierw powstaje alken, potem pochodna alkanu. Z chlorowodorem etyn tworzy chloroeten, a ten – 1,1-dichloroetan: HC≡CH+HClCHX2=CHCl, a następnie CHX2=CHCl+HClCHX3−CHClX2. Addycja wody do alkinu daje enol, który przekształca się w aldehyd lub keton: HC≡CH+HX2OHgSOX4,HX2SOX4CHX3−CHO. Wodny roztwór manganianu(VII) potasu w środowisku obojętnym utlenia alken do diolu i odbarwia się: 3CHX2=CHX2+2MnOX4X−+4HX2O3CHX2(OH)−CHX2(OH)+2MnOX2+2OHX−.
Odczynnik
Produkt addycji do alkenu
Uwaga
H₂ (katalizator)
alkan
alken zamienia się w alkan
Br₂, Cl₂
1,2-dibromo- lub 1,2-dichloroalkan
woda bromowa traci barwę
HBr, HCl
bromo- lub chloroalkan
orientacja według reguły Markownikowa
H₂O (H⁺)
alkohol
orientacja według reguły Markownikowa
Reguła Markownikowa: produkt główny i uboczny
Gdy do niesymetrycznego alkenu przyłącza się cząsteczka niesymetryczna, np. HBr albo HX2O, możliwe są dwa produkty. Reguła Markownikowa mówi, który jest główny: wodór przyłącza się do atomu węgla wiązania podwójnego z większą liczbą atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do atomu węgla z mniejszą liczbą atomów wodoru. Powstaje wtedy bardziej stabilny karbokation, a produkt uboczny powstaje w mniejszej ilości.
Gdy oba atomy węgla wiązania podwójnego mają tyle samo atomów wodoru, reguła niczego nie rozstrzyga: pent-2-en z bromowodorem daje 2-bromopentan i 3-bromopentan, bo przy obu atomach węgla jest po jednym atomie wodoru. Addycję w kierunku przeciwnym nazywasz niezgodną z regułą Markownikowa; zachodzi ona np. przy addycji wody z udziałem BHX3 i HX2OX2 w środowisku jonów OHX−.
Alken i odczynnik
Produkt główny
Produkt uboczny
propen + HBr
2-bromopropan
1-bromopropan
but-1-en + H₂O (H⁺)
butan-2-ol
butan-1-ol
pent-2-en + HBr
2-bromopentan
3-bromopentan (w podobnej ilości)
Polimeryzacja i ustalanie monomeru
W polimeryzacji alkenu wiele cząsteczek monomeru łączy się w łańcuch bez produktu ubocznego: wiązanie podwójne zamienia się w pojedyncze, które łączy kolejne fragmenty. Wzór polimeru zapisujesz jako powtarzający się fragment w nawiasie z indeksem n. Z chloroetenu CHX2=CHCl powstaje poli(chlorek winylu), a jego powtarzający się fragment to –CH₂–CHCl–.
Monomer ustalasz odwrotnie: wyodrębnij powtarzający się fragment łańcucha, który ma dwa atomy węgla w łańcuchu głównym, i przywróć między nimi wiązanie podwójne. Fragment –CH₂–CH(CH₃)– pochodzi od propenu. Pamiętaj, że w łańcuchu polimeru nie ma już wiązania podwójnego z monomeru.
Monomer
Polimer
Powtarzający się fragment
eten
polietylen
–CH₂–CH₂–
propen
polipropylen
–CH₂–CH(CH₃)–
chloroeten
poli(chlorek winylu)
–CH₂–CHCl–
tetrafluoroeten
politetrafluoroetylen
–CF₂–CF₂–
Ropa naftowa: destylacja, kraking i reforming
Ropa naftowa to mieszanina węglowodorów. W destylacji rozdziela się ją na frakcje o różnych temperaturach wrzenia i długościach łańcuchów, od lekkich, jak benzyna, po ciężkie, jak mazut. Piroliza węgla kamiennego, czyli ogrzewanie bez dostępu powietrza, daje koks, smołę węglową i gaz koksowniczy.
Kraking to termiczny albo katalityczny rozkład dużych cząsteczek na mniejsze: z długiego alkanu powstaje krótszy alkan i alken, np. CX16HX34CX8HX18+CX8HX16. Reforming katalityczny przekształca alkany łańcuchowe w rozgałęzione i aromatyczne. Liczba oktanowa (LO) mówi, jak dobrze benzyna znosi sprężanie w silniku bez niekontrolowanego spalania stukowego; im wyższa, tym lepiej. Podwyższa ją reforming, zwiększając udział węglowodorów rozgałęzionych i aromatycznych, oraz dodatki zapobiegające stukowi.
Doświadczenie
obserwacje i wniosek
Doświadczenie z tego działu tak, jak opisuje je CKE: cel, odczynniki, obserwacje, równanie reakcji i wniosek.
Cel doświadczenia
Odróżnienie węglowodoru nasyconego od nienasyconego za pomocą wodnego roztworu manganianu(VII) potasu.
Wodny roztwór manganianu(VII) potasu odbarwia związek z wiązaniem podwójnym, które zostaje utlenione do diolu, a jony manganianowe(VII) redukują się do tlenku manganu(IV). Heksan, którego cząsteczka ma tylko wiązania pojedyncze, roztworu nie odbarwia.
Uwaga
Środowisko obojętne; w środowisku kwasowym i w podwyższonej temperaturze utlenianie alkenu rozrywa wiązanie podwójne.
W minimalnym zestawie doświadczeń podstawy programowej:
25.badanie reaktywności węglowodorów nasyconych, nienasyconych i aromatycznych, ze zwróceniem uwagi na różnice w ich właściwościach (np. spalanie, zachowanie wobec chlorowca, wodnego roztworu manganianu(VII) potasu)
Pojęcia
reguła Markownikowa
Reguła orientacji addycji: wodór przyłącza się do atomu węgla wiązania podwójnego z większą liczbą atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do atomu z mniejszą ich liczbą.
polimeryzacja
Proces, w którym cząsteczki monomeru łączą się w makrocząsteczkę polimeru.
monomer
Związek, którego cząsteczki łączą się w polimer; w polimeryzacji alkenów to cząsteczka z wiązaniem podwójnym.
enol
Związek z grupą –OH przy atomie węgla wiązania podwójnego; przekształca się w izomer: aldehyd lub keton.
kraking
Termiczny albo katalityczny rozkład związku, np. węglowodoru, na cząsteczki o mniejszej masie molowej.
reforming
Katalityczny proces podwyższający liczbę oktanową benzyny: izomeryzacja alkanów i odwodornienie do węglowodorów aromatycznych.
liczba oktanowa
Wielkość mówiąca o odporności benzyny na spalanie stukowe w silniku; im wyższa, tym mniejsze ryzyko stuku.
Zadanie z matury
źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2026, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 15.1
Zadanie 15.
Źródłem informacji o budowie związku jest m.in. indeks niedoboru wodoru, czyli liczba równa sumarycznej liczbie pierścieni i liczbie wiązań π w strukturze związku organicznego. Wartość indeksu to także liczba cząsteczek wodoru, które należy dodać do cząsteczki danego związku organicznego, aby przekształcić ją w acykliczną cząsteczkę nasyconą.
Na podstawie: T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle, S.A. Snyder, Chemia organiczna, Warszawa 2022.
Zadanie 15.1. (0–1)
/1
Uzupełnij tabelę. Wpisz wartości indeksu niedoboru wodoru dla dwóch węglowodorów: cykloheksanu i heks-1-enu.
Cykloheksan
Heks-1-en
Indeks niedoboru wodoru
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2026, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-R0-100-2605), zadanie 15.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE · Rozwiąż cały arkusz za darmo
Odpowiedź według klucza CKE:1, 1
Wyjaśnienie od Kleksy
Informacja do zadania podaje, że indeks niedoboru wodoru to suma liczby pierścieni i liczby wiązań π w cząsteczce. Policz je osobno dla każdego związku. Cykloheksan CX6HX12 ma jeden pierścień i żadnego wiązania π, więc jego indeks to 1. Heks-1-en CX6HX12 ma jedno wiązanie podwójne, czyli jedno wiązanie π, i żadnego pierścienia, więc jego indeks też wynosi 1.
Wynik zgadza się z drugą częścią informacji: oba związki mają o dwa atomy wodoru mniej niż heksan CX6HX14, więc przyłączają jedną cząsteczkę wodoru, by stać się nasyconą cząsteczką acykliczną. Nie pomyl tego z liczbą wiązań podwójnych: pierścień zwiększa indeks tak samo jak wiązanie π, a wiązanie potrójne – o dwa.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za poprawne wpisanie obu wartości.
Odpowiedź: 1, 1 (kolejno dla cykloheksanu i heks-1-enu)
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2025, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 17.2
Zadanie 17.2. (0–1)
/1
Reakcja addycji halogenowodorów do niesymetrycznych alkenów zwykle przebiega zgodnie z regułą Markownikowa. Również przyłączenie cząsteczki wody do podwójnego wiązania, które zachodzi w środowisku kwasowym, prowadzi do powstania alkoholu o możliwie najwyższej rzędowości. Odstępstwa od tej reguły obserwuje się w reakcjach addycji wody przebiegających z udziałem wodorku boru (BHX3) i nadtlenku wodoru (HX2OX2) w obecności jonów wodorotlenkowych (OHX−). Takie postępowanie pozwala uzyskać alkohol, który jest produktem reakcji przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa.
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2018.
Kamfen jest składnikiem wielu olejków eterycznych.
Uzupełnij wzory produktów przemian opisanych poniższymi schematami:
• addycji HBr przebiegającej zgodnie z regułą Markownikowa
• addycji HX2O przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa.
CKECKE
Schemat z HBr – pole przy atomie węgla C pierścienia:
Schemat z HBr – pole przy grupie CHX2:
Schemat z HX2O – pole przy atomie węgla C pierścienia:
Schemat z HX2O – pole przy grupie CHX2:
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2025, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-R0-100-2505), zadanie 17.2. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Odpowiedź według klucza CKE:Br, H, H, OH
Wyjaśnienie od Kleksy
Wiązanie podwójne kamfenu łączy atom węgla pierścienia, który nie ma atomów wodoru, z grupą =CHX2, która ma ich dwa. Pierwszy schemat opisuje addycję bromowodoru zgodną z regułą Markownikowa: wodór przyłącza się do atomu węgla z większą liczbą atomów wodoru, czyli do grupy CHX2, a brom do atomu węgla pierścienia. W polach wpisujesz więc przy atomie węgla pierścienia Br, a przy grupie CHX2 – H.
Drugi schemat opisuje addycję wody niezgodną z regułą, z udziałem BHX3,HX2OX2 i jonów OHX−, jak w informacji do zadania. Kierunek jest więc odwrotny: grupa –OH przyłącza się do grupy CHX2, a wodór do atomu węgla pierścienia. Przy atomie węgla pierścienia wpisujesz H, a przy grupie CHX2 – OH. Reguła zgodna daje w wodzie kwasowej alkohol trzeciorzędowy, a ta niezgodna – pierwszorzędowy.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za poprawne uzupełnienie dwóch wzorów produktów, czyli wszystkich czterech pól.
Odpowiedź: Br, H, H, OH
Sprawdź się
sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: w zadaniu obliczeniowym liczy się metoda, wynik z jednostką i poprawne zaokrąglenie — zwykle do trzech cyfr znaczących. Równanie reakcji musi być zapisane w formie, o którą prosi polecenie (cząsteczkowej, jonowej albo jonowej skróconej), z poprawnymi współczynnikami.
matura
Zadanie 14. (0–1)
/1
Poniżej przedstawiono w przypadkowej kolejności wzory trzech związków: dwa z nich występują w produktach rafinacji ropy naftowej, a jeden jest stosowany jako dodatek do paliwa, bo zapobiega zbyt gwałtownemu spalaniu w komorze silnika (antydetonator).Uzupełnij tabelę. Wpisz numery, którymi oznaczono opisane związki.
Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Do całkowitego spalenia 2,00 dm³ propenu potrzeba tlenu o objętości (gazy odmierzono w jednakowej temperaturze i pod jednakowym ciśnieniem)
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 2. (0–1)
/1
Addycja do alkenów:
Oceń prawdziwość zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
W wyniku addycji wody do 2-metylopropenu w środowisku kwasowym jako główny produkt powstaje alkohol trzeciorzędowy.
W reakcji heks-1-enu z bromowodorem głównym produktem jest 1-bromoheksan.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 3. (0–1)
/1
Przyporządkuj reakcjom ich główny produkt organiczny. Wybierz odpowiedź spośród A–E.
Produkt główny
A2-chloropentan
B2,3-dibromobutan
C1-chloropentan
D2-metylobutan-2-ol
E3-metylobutan-2-ol
Reakcja
1. 2-metylobut-2-en + HX2O (środowisko kwasowe)
2. CHX3−CHX2−CHX2−CH=CHX2+HCl
3. CHX3−CH=CH−CHX3+BrX2
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 4. (0–1)
/1
Napisz wzór sumaryczny alkenu, którego cząsteczka zawiera pięć atomów węgla.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
Reguła Markownikowa odwrócona. Wodór przyłącza się do atomu węgla, który ma już więcej atomów wodoru, a druga część cząsteczki do atomu z mniejszą ich liczbą.
Alkan uznany za odbarwiający wodę bromową. Alkan, w którego cząsteczce są same wiązania pojedyncze, nie ulega addycji; z bromem reaguje dopiero pod wpływem światła, w substytucji rodnikowej.
Równanie spalania bilansowane od tlenu. Zacznij od atomów węgla i wodoru, a tlen policz na końcu; współczynnik ułamkowy, np. 29, jest dopuszczalny (informator, s. 9).
Wiązanie podwójne w łańcuchu polimeru. Po polimeryzacji między fragmentami są wiązania pojedyncze, a wiązanie podwójne występuje tylko w monomerze.
Substytucja w wiązaniu podwójnym. Alken przyłącza brom, nie zastępuje nim wodoru; substytucja rodnikowa jest reakcją alkanów i bocznych łańcuchów, nie wiązania wielokrotnego.
Zapamiętaj
Alkany: tylko wiązania pojedyncze – spalanie i substytucja rodnikowa w świetle.
Alkeny i alkiny: addycja i odbarwianie wody bromowej oraz roztworu manganianu(VII) potasu.
Markownikow: wodór trafia tam, gdzie wodorów jest więcej.
Monomer odczytujesz z powtarzającego się fragmentu: przywróć wiązanie podwójne między dwoma atomami węgla łańcucha.
Kraking skraca, reforming rozgałęzia i cyklizuje; oba podnoszą jakość paliwa.
Pytania i odpowiedzi
1.Jak stosować regułę Markownikowa, gdy wiązanie podwójne jest w środku łańcucha?+
Odp.:Policz atomy wodoru przy obu atomach węgla wiązania podwójnego. Jeśli jest ich tyle samo, jak w pent-2-enie, reguła nie wskazuje produktu głównego i powstają dwa związki w podobnych ilościach: 2-bromopentan i 3-bromopentan. Jeśli liczby są różne, wodór przyłącza się do atomu z większą liczbą atomów wodoru.
2.Jak w doświadczeniu odróżnić alken od alkanu?+
Odp.:Wodę bromową i wodny roztwór manganianu(VII) potasu odbarwia alken, a alkan nie odbarwia żadnego z nich. Woda bromowa traci barwę w wyniku addycji bromu do wiązania podwójnego, a roztwór manganianu(VII) potasu zmienia barwę z fioletowej na brunatną w wyniku utlenienia alkenu i redukcji jonu manganianowego(VII).
3.Czym addycja do alkinu różni się od addycji do alkenu?+
Odp.:Alkin ma wiązanie potrójne, więc może przyłączyć dwie cząsteczki odczynnika. Po pierwszej addycji powstaje alken lub jego pochodna, która ulega drugiej addycji. Z chlorowodorem: HC≡CH+HClCHX2=CHCl, a następnie CHX2=CHCl+HClCHX3−CHClX2. Do alkenu przyłącza się tylko jedna cząsteczka odczynnika na wiązanie podwójne.
4.Dlaczego w reakcji alkanu z chlorem powstaje mieszanina produktów?+
Odp.:Rodnik chloru może zastąpić każdy atom wodoru, a po pierwszym podstawieniu powstała pochodna reaguje dalej. Dlatego otrzymujesz zarówno izomeryczne monochloropochodne, gdy atomy wodoru są przy atomach węgla o różnej rzędowości, jak i produkty z kilkoma atomami chloru. Równanie opisujące wyłącznie jedną z reakcji piszesz tylko wtedy, gdy polecenie o to prosi.
5.Jak ustalić monomer na podstawie wzoru polimeru?+
Odp.:Znajdź powtarzający się fragment łańcucha głównego, który zawiera dwa atomy węgla, i przywróć między nimi wiązanie podwójne, przenosząc podstawniki na atomy węgla tego wiązania. Fragment –CH₂–CF₂– wskazuje monomer CHX2=CFX2. Wszystkie atomy fragmentu wracają do monomeru, bo polimeryzacja nie daje produktu ubocznego.
6.Do czego służy kraking ropy naftowej?+
Odp.:Z ciężkich frakcji ropy kraking wytwarza mniejsze cząsteczki: alkany o krótszym łańcuchu, które wchodzą do benzyny, i alkeny, które są surowcem do polimerów. Długi alkan rozpada się na krótszy alkan i alken, jak w równaniu CX16HX34CX8HX18+CX8HX16. Reforming, inaczej niż kraking, zmienia budowę łańcucha, a nie skraca go.
Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.
Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z chemii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.