Hidrocarburile saturate (parafinele) sunt hidrocarburi alifatice saturate, unde există o legătură simplă (unică) între atomii de carbon.
Toate celel alte valențe sunt complet saturate cu atomi de hidrogen.
Serii omologice
Hidrocarburile saturate finale au formula generală SpH2p+2. În condiții normale, reprezentanții acestei clase prezintă o reactivitate slabă, așa că se numesc „parafine”. Hidrocarburile saturate încep cu metanul, care are formula moleculară CH4.
Caracteristici de structură pe exemplul metanului
Această substanță organică este inodoră și incoloră, gazul este aproape de două ori mai ușor decât aerul. În natură, se formează în timpul descompunerii organismelor animale și vegetale, dar numai în absența accesului aerului. Se găsește în minele de cărbune, în lacurile de acumulare mlăștinoase. În cantități mici, metanul face parte din gazul natural, care este utilizat în prezent ca combustibil în producție, în viața de zi cu zi.
Această hidrocarbură saturată aparținând clasei alcanilor are o legătură polară covalentă. Structura tetraedrică este explicată prin sp3hibridizarea unui atom de carbon, unghiul de legătură este de 109°28'.
Nomenclatura parafinelor
Hidrocarburile saturate pot fi denumite conform nomenclaturii sistematice. Există o anumită procedură care vă permite să luați în considerare toate ramurile care sunt prezente în molecula de hidrocarbură saturată. Mai întâi trebuie să identificați cel mai lung lanț de carbon, apoi să numerotați atomii de carbon. Pentru a face acest lucru, selectați partea moleculei în care există o ramificare maximă (un număr mai mare de radicali). Dacă în alcan există mai mulți radicali identici, prefixele de precizare sunt indicate cu numele lor: di-, tri-, tetra. Numerele sunt folosite pentru a clarifica poziția particulelor active într-o moleculă de hidrocarbură. Pasul final în numele parafinelor este indicarea lanțului de carbon în sine, cu adăugarea sufixului -an.
Hidrocarburile saturate diferă prin starea lor de agregare. Primii patru reprezentanți ai acestei case de marcat sunt compușii gazoși (de la metan la butan). Pe măsură ce greutatea moleculară relativă crește, are loc o tranziție la un lichid și apoi la o stare solidă de agregare.
Hidrocarburile saturate și nesaturate nu se dizolvă în apă, dar se pot dizolva în molecule de solvent organic.
Caracteristici ale izomeriei
Ce tipuri de izomerie au hidrocarburile saturate? Exemple de structură a reprezentanților acestei clase, începând cu butan, indicăprezența izomeriei scheletului de carbon.
Lanțul de carbon format din legături polare covalente are o formă de zig-zag. Acesta este motivul schimbării lanțului principal în spațiu, adică existența izomerilor structurali. De exemplu, la schimbarea aranjamentului atomilor într-o moleculă de butan, se formează izomerul acesteia - 2metilpropan.
Proprietăți chimice
Să luăm în considerare proprietățile chimice de bază ale hidrocarburilor saturate. Pentru reprezentanții acestei clase de hidrocarburi, reacțiile de adiție nu sunt caracteristice, deoarece toate legăturile din moleculă sunt simple (saturate). Alcanii intră în interacțiuni asociate cu înlocuirea unui atom de hidrogen cu un halogen (halogenare), o grupare nitro (nitrare). Dacă formulele hidrocarburilor saturate au forma SpH2n + 2, atunci după înlocuire se formează o substanță din compoziția CnH2n + 1CL, precum și CnH2n + 1NO2.
Procesul de substituție are un mecanism de radicali liberi. În primul rând, se formează particule active (radicali), apoi se observă formarea de noi substanțe organice. Toți alcanii reacționează cu reprezentanții celui de-al șaptelea grup (subgrup principal) din tabelul periodic, dar procesul se desfășoară numai la o temperatură ridicată sau în prezența unui cuantum de lumină.
De asemenea, toți reprezentanții seriei metanului se caracterizează prin interacțiunea cu oxigenul atmosferic. În timpul arderii, dioxidul de carbon și vaporii de apă acționează ca produse de reacție. Reacția este însoțită de formarea unei cantități semnificative de căldură.
Când metanul interacționează cu oxigenul atmosfericeste posibilă o explozie. Un efect similar este tipic pentru alți reprezentanți ai clasei de hidrocarburi saturate. De aceea un amestec de butan cu propan, etan, metan este periculos. De exemplu, astfel de acumulări sunt tipice pentru minele de cărbune, atelierele industriale. Dacă hidrocarbura saturată este încălzită peste 1000 °C, se descompune. Temperaturile mai ridicate duc la producerea de hidrocarburi nesaturate, precum și la formarea de hidrogen gazos. Procesul de dehidrogenare este de importanță industrială, vă permite să obțineți o varietate de substanțe organice.
Pentru hidrocarburile din seria metanului, începând cu butan, izomerizarea este caracteristică. Esența sa constă în schimbarea scheletului de carbon, obținând hidrocarburi ramificate saturate.
Funcțiile aplicației
Metanul ca gaz natural este folosit ca combustibil. Derivații de clor ai metanului sunt de mare importanță practică. De exemplu, cloroformul (triclormetanul) și iodoformul (triiodometanul) sunt folosiți în medicină, iar tetraclorura de carbon în procesul de evaporare oprește accesul oxigenului atmosferic, deci este folosit pentru stingerea incendiilor.
Datorită valorii mari a puterii calorice a hidrocarburilor, acestea sunt folosite ca combustibil nu numai în producția industrială, ci și în scopuri casnice.
Un amestec de propan și butan, numit „gaz lichefiat”, este relevant în special în zonele în care gazele naturale nu sunt disponibile.
Fapte interesante
Reprezentanții hidrocarburilor, care sunt în stare lichidă, sunt combustibil pentru motoarele cu ardere internă din mașini (benzină). În plus, metanul este o materie primă accesibilă pentru diverse industrii chimice.
De exemplu, reacția de descompunere și ardere a metanului este utilizată pentru producerea industrială a funinginei, care este necesară pentru producerea cernelii de imprimare, precum și pentru sinteza diferitelor produse din cauciuc din cauciuc.
Pentru a face acest lucru, un astfel de volum de aer este furnizat cuptorului împreună cu metan, astfel încât să aibă loc arderea parțială a hidrocarburilor saturate. Pe măsură ce temperatura crește, o parte din metan se va descompune, producând funingine fină.
Formarea hidrogenului din parafine
Metanul este principala sursă de hidrogen industrial utilizată pentru sinteza amoniacului. Pentru a efectua dehidrogenarea, metanul este amestecat cu abur.
Procedeul are loc la o temperatură de aproximativ 400 °C, o presiune de aproximativ 2-3 MPa, se folosesc catalizatori de aluminiu și nichel. În unele sinteze, se folosește un amestec de gaze, care se formează în acest proces. Dacă transformările ulterioare implică utilizarea hidrogenului pur, atunci se efectuează oxidarea catalitică a monoxidului de carbon cu vapori de apă.
Clorarea produce un amestec de derivați ai clorului metan, care au o largă aplicație industrială. De exemplu, clormetanul este capabil să absoarbă căldură, motiv pentru care este folosit ca agent frigorific în sistemele moderne de refrigerare.
Diclormetanul este un solvent bun pentru substanțele organice, folosit în sinteza chimică.
Clorura de hidrogen, formată în procesul de halogenare radicală, după dizolvarea în apă, devine acid clorhidric. În prezent, acetilena se obține și din metan, care este o materie primă chimică valoroasă.
Concluzie
Reprezentanții seriei omoloage metanului sunt larg răspândiți în natură, ceea ce îi face substanțe populare în multe ramuri ale industriei moderne. Din omologii metanului se pot obține hidrocarburi ramificate, care sunt necesare pentru sinteza diferitelor clase de substanțe organice. Cei mai înalți reprezentanți ai clasei alcanilor sunt materiile prime pentru producerea detergenților sintetici.
Pe lângă parafine, alcanii, cicloalcanii, numiți cicloparafine, prezintă și un interes practic. Moleculele lor conțin, de asemenea, legături simple, dar particularitatea reprezentanților acestei clase este prezența unei structuri ciclice. Atât alcanii, cât și cicloacanii sunt utilizați în cantități mari ca combustibili gazoși, deoarece procesele sunt însoțite de eliberarea unei cantități semnificative de căldură (efect exotermic). În prezent, alcanii, cicloalcanii sunt considerați cele mai valoroase materii prime chimice, așa că utilizarea lor practică nu se limitează la reacțiile tipice de ardere.
