Наситените въглеводороди (парафините) са наситени алифатни въглеводороди, където има проста (единична) връзка между въглеродните атоми.
Всички други валентности са напълно наситени с водородни атоми.
Хомологични серии
Окончателните наситени въглеводороди имат общата формула SpH2p+2. При нормални условия представителите на този клас показват слаба реактивност, така че се наричат "парафини". Наситените въглеводороди започват с метан, който има молекулярна формула CH4.
Характеристики на структурата на примера на метана
Това органично вещество е без мирис и цвят, газът е почти два пъти по-лек от въздуха. В природата се образува при разлагането на животински и растителни организми, но само при липса на достъп на въздух. Среща се във въглищни мини, в блатисти водоеми. В малки количества метанът е част от природния газ, който в момента се използва като гориво в производството, в ежедневието.
Този наситен въглеводород, принадлежащ към класа на алканите, има ковалентна полярна връзка. Тетраедричната структура се обяснява с sp3хибридизация на въглероден атом, ъгълът на свързване е 109°28'.
Номенклатура на парафините
Наситените въглеводороди могат да бъдат наименувани според систематична номенклатура. Има определена процедура, която ви позволява да вземете предвид всички разклонения, които присъстват в молекулата на наситения въглеводород. Първо трябва да идентифицирате най-дългата въглеродна верига, след това да номерирате въглеродните атоми. За да направите това, изберете частта от молекулата, в която има максимално разклоняване (по-голям брой радикали). Ако в алкана има няколко идентични радикала, уточняващите префикси се обозначават с тяхното име: ди-, три-, тетра. Числата се използват за изясняване на позицията на активните частици във въглеводородна молекула. Последната стъпка в името на парафините е индикацията на самата въглеродна верига, с добавяне на наставка -an.
Наситените въглеводороди се различават по агрегатното си състояние. Първите четири представителя на този касов апарат са газообразни съединения (от метан до бутан). С увеличаване на относителното молекулно тегло има преход към течно, а след това в твърдо агрегатно състояние.
Наситените и ненаситените въглеводороди не се разтварят във вода, но могат да се разтварят в молекули на органичния разтворител.
Характеристики на изомерията
Какви видове изомерия имат наситените въглеводороди? Примери за структурата на представители на този клас, започвайки с бутан, показватналичие на изомерия на въглеродния скелет.
Въглеродната верига, образувана от ковалентни полярни връзки, има зигзагообразна форма. Това е причината за промяната на главната верига в космоса, тоест съществуването на структурни изомери. Например, при промяна на подреждането на атомите в молекула бутан се образува нейният изомер - 2methylpropane.
Химически свойства
Нека разгледаме основните химични свойства на наситените въглеводороди. За представители на този клас въглеводороди реакциите на присъединяване не са характерни, тъй като всички връзки в молекулата са единични (наситени). Алканите влизат във взаимодействия, свързани със замяната на водороден атом с халоген (халогениране), нитро група (нитриране). Ако формулите на наситените въглеводороди имат формата SpH2n + 2, тогава след заместване се образува вещество от състава CnH2n + 1CL, както и CnH2n + 1NO2.
Процесът на заместване има механизъм на свободните радикали. Първо се образуват активни частици (радикали), след това се наблюдава образуването на нови органични вещества. Всички алкани реагират с представители на седмата група (основната подгрупа) на периодичната таблица, но процесът протича само при повишена температура или в присъствието на светлинен квант.
Също така, всички представители на метановата серия се характеризират с взаимодействие с атмосферния кислород. По време на горенето въглеродният диоксид и водната пара действат като продукти на реакцията. Реакцията е придружена от образуване на значително количество топлина.
Когато метанът взаимодейства с атмосферния кислородвъзможна е експлозия. Подобен ефект е характерен и за други представители на класа наситени въглеводороди. Ето защо смес от бутан с пропан, етан, метан е опасна. Например такива натрупвания са типични за въглищни мини, промишлени цехове. Ако наситеният въглеводород се нагрее над 1000 °C, той се разлага. По-високите температури водят до производството на ненаситени въглеводороди, както и до образуването на водороден газ. Процесът на дехидрогениране е от индустриално значение, той ви позволява да получите различни органични вещества.
За въглеводороди от метанова серия, като се започне с бутан, е характерна изомеризацията. Същността му се крие в промяна на въглеродния скелет, получаване на наситени разклонени въглеводороди.
Функции на приложението
Метанът като природен газ се използва като гориво. Хлорните производни на метана са от голямо практическо значение. Например хлороформ (трихлорометан) и йодоформ (трийодометан) се използват в медицината, а тетрахлорметанът в процеса на изпаряване спира достъпа на атмосферен кислород, така че се използва за гасене на пожари.
Поради високата стойност на калоричността на въглеводородите, те се използват като гориво не само в промишленото производство, но и за битови цели.
Смес от пропан и бутан, наречена "втечнен газ", е особено подходяща в райони, където не е наличен природен газ.
Интересни факти
Представителите на въглеводородите, които са в течно състояние, са гориво за двигателите с вътрешно горене в автомобилите (бензин). В допълнение, метанът е достъпна суровина за различни химически индустрии.
Например, реакцията на разлагане и изгаряне на метан се използва за промишленото производство на сажди, които са необходими за производството на печатарско мастило, както и за синтеза на различни каучукови продукти от каучук.
За да направите това, такъв обем въздух се подава към пещта заедно с метан, така че да се получи частично изгаряне на наситен въглеводород. С повишаване на температурата част от метана ще се разложи, произвеждайки фини сажди.
Образуване на водород от парафини
Метанът е основният източник на промишлен водород, използван за синтеза на амоняк. За да се извърши дехидрогениране, метанът се смесва с пара.
Процесът протича при температура около 400 °C, налягане около 2-3 MPa, използвани са алуминиеви и никелови катализатори. При някои синтези се използва смес от газове, която се образува в този процес. Ако последващите трансформации включват използването на чист водород, тогава се извършва каталитично окисление на въглеродния оксид с водна пара.
Хлорирането произвежда смес от производни на метан хлор, които имат широко промишлено приложение. Например, хлорометанът е в състояние да абсорбира топлина, поради което се използва като хладилен агент в съвременните хладилни системи.
Дихлорометанът е добър разтворител за органични вещества, използван в химичния синтез.
Хлороводородът, образуван в процеса на радикално халогениране, след разтваряне във вода, се превръща в солна киселина. Понастоящем ацетиленът се получава и от метан, който е ценна химическа суровина.
Заключение
Представителите на хомоложната серия на метана са широко разпространени в природата, което ги прави популярни вещества в много клонове на съвременната индустрия. От хомолози на метан могат да се получат разклонени въглеводороди, които са необходими за синтеза на различни класове органични вещества. Най-високите представители на класа алкани са суровините за производството на синтетични детергенти.
Освен парафините, практически интерес представляват и алканите, циклоалканите, наречени циклопарафини. Техните молекули също съдържат прости връзки, но особеността на представителите на този клас е наличието на циклична структура. Както алканите, така и циклоаканите се използват в големи количества като газообразни горива, тъй като процесите са придружени от отделяне на значително количество топлина (екзотермичен ефект). Понастоящем алканите, циклоалканите се считат за най-ценните химически суровини, така че практическата им употреба не се ограничава до типичните реакции на горене.
