Наситени въглеводороди: свойства, формули, примери

Наситените въглеводороди (парафини) ограничават алифатните въглеводороди, където има проста (единична) връзка между въглеродните атоми.

Всички останали валенции са наситени напълно с водородни атоми.

Серията хомология

Наситените наситени въглеводороди имат обща формула CnH2n + 2. При нормални условия представителите на този клас показват слаба реактивност, така че те се наричат ​​"парафин". Наситените въглеводороди започват с метан, който има молекулна формула CH4.

Характеристики на структурата в примера на метана

Това органично вещество няма мирис и цвят, газът е почти два пъти по-лек от въздуха. В природата тя се образува по време на разлагането на животните и растителните организми, но само при липса на достъп до въздуха. Намира се в въглищните мини, в блатисти водни тела. В малки количества метанът е част от използван природен газ сега като гориво в производството, у дома.

Този наситен въглеводород, принадлежащ към класа алкани, има ковалентна полярна връзка. Тетрадедната структура се обяснява с sp3 хибридизация на въглеродния атом, ъгълът на валентност е 109 ° 28 `.

Номенклатура на парафините

Наситените въглеводороди могат да бъдат обозначени с систематична номенклатура. Съществува определен ред на действие, който позволява да се вземат предвид всички разклонения, които съществуват в молекулата на крайния въглеводород. Първо, трябва да идентифицирате най-дългата въглеродна верига, след което да посочите въглеродните атоми. За да направите това, изберете частта на молекулата, в която има максимално разклонение (повече радикали). В присъствието на няколко идентични радикала в алкана, с тяхното име, уточнете префиксите: ди-, три-, тетра. За да се изясни позицията на активните частици в въглеводородна молекула, използвайте фигури. Крайният етап в името на парафините е индикация за самата въглеродна верига, с добавянето на наставката -ан.

Наситените въглеводороди се различават в агрегатното си състояние. Първите четирима представители на този касов апарат са газообразни съединения (от метан до бутан). Тъй като относителното молекулно тегло се увеличава, настъпва преход към течността и след това до твърдото агрегатно състояние.

Наситените и ненаситени въглеводороди не се разтварят във вода, но могат да се разтварят в молекулите на органичните разтворители.

Характеристики на изомеризма

Какви видове изомеризъм са наситени въглеводороди? Примери за структурата на представители от този клас, започвайки с бутан, показват наличието на изомеризъм на въглеродния скелет.

Въглеродната верига, образувана от ковалентните полярни връзки, има зигзагов вид. Това е причината за промяната в основната верига в космоса, т.е. съществуването на структурни изомери. Например, с промяна в подреждането на атомите в молекулата на бутан, се образува неговият изомер-2-метилпропан.

Химични свойства

Да разгледаме основните химични свойства на наситените въглеводороди. За представителите на този клас въглеводороди реакциите на присъединяване не са характерни, тъй като всички връзки в молекулата са единични (наситени). Алканите влизат в взаимодействия, свързани с замяната на водородния атом с халоген (халогениране), нитро група (нитриране). Ако формулите на наситените въглеводороди са с форма CnH2n + 2, тогава след заместване се образува вещество от състава CnH2n + 1CL, а също и CnH2n + 1NO2.

Процесът на замяна има механизъм на свободните радикали. Първо, се образуват активни частици (радикали), последвани от образуването на нови органични вещества. В отговор на представителите на седмата група (основната подгрупа) на периодичната таблица влизат всички алкани, но процесът протича само при повишена температура или в присъствието на квантова светлина.

Също така, за всички представители на определен брой метан, взаимодействието с въздуха кислород е характерно. По време на изгарянето въглероден диоксид, водни пари действат като реакционни продукти. Реакцията се придружава от образуването на значително количество топлина.

Взаимодействието на метан с кислород във въздуха може да предизвика експлозия. Подобен ефект е характерен за другите представители на класа на ограничаващите въглеводороди. Ето защо смес от бутан и пропан, етан, метан е опасно. Например такива клъстери са характерни за въгледобивните мини, производствените цехове. В случай на нагряване на крайния въглеводород над 1000 ° С, се извършва разлагането му. По-високите температури водят до производството на ненаситени въглеводороди, както и до образуването на водороден газ. Процесът на дехидрогениране е от промишлено значение, позволява да се получат различни органични вещества.

За въглеводородите от метанови серии, като се започне с бутан, изомеризирането е характерно. Същността му се състои в смяната на въглеродния скелет, като се получават наситени въглеводороди с разклонен характер.

Функции на приложението

Метанът като природен газ се използва под формата на гориво. Хлорните производни на метана са от голямо практическо значение. Например в медицината се използват хлороформ (трихлорметан) и йодоформ (трийодметан), а тетрахлорметанът спира изпарението на въздуха по време на изпарението, така че се използва за гасене на пожари.

Поради голямата стойност на калоричността на въглеводородите, те се използват под формата на гориво не само в промишленото производство, но и за домашни цели.

Смес от пропан и бутан, наречена "втечнен газ", е особено важна в района, където няма възможност за използване на природен газ.

Интересни факти

Представителите на въглеводороди, които са в течно състояние, са горими за двигатели с вътрешно горене в автомобили (бензин). В допълнение, метанът е налична суровина за различни химически отрасли.

Например, реакция на разпадане и изгарянето на метан се използва за промишлено производство на сажди, което е необходимо за производството на печатарско мастило, както и синтеза на каучук от различни каучукови изделия.

За тази цел в пещта се подава количество въздух заедно с метан, така че се извършва частично изгаряне на наситения въглеводород. Тъй като температурата се покачва, част от метана се разлага, като се образуват фино диспергирани сажди.

Производство на водород от парафини

Метанът е основният източник на водород в индустрията, използвана за синтеза на амоняк. За да се извърши дехидрогениране, метанът се смесва с водна пара.

Процесът протича при температура около 400 ° С, налягане около 2-3 МРа и се използва алуминиев и никелов катализатор. При някои синтези се използва смес от газове, която се образува в този процес. Ако последващите преобразувания включват използването на чист водород, тогава се извършва каталитично окисление на въглероден оксид чрез пара.

При хлорирането се получава смес от хлорни производни на метан с широко промишлено приложение. Например, хлорметанът е в състояние да абсорбира топлината, така че се използва като хладилен агент в съвременните хладилни инсталации.

Дихлорметанът е добър разтворител на органични вещества, използвани в химическия синтез.

Хлороводородът, образуван при радикално халогениране, след разтваряне във вода, става солна киселина. Понастоящем метан се произвежда и от ацетилен, който е ценна химическа суровина.

заключение

Представителите на хомоложната серия метан са широко разпространени в природата, което ги прави търсено вещество в много отрасли на съвременната индустрия. От хомолози на метан е възможно да се произведат въглеводороди с разклонена структура, които са необходими за синтеза на различни класове органични вещества. Най-висшите представители на алканския клас са суровините за производството на синтетични детергенти.

В допълнение към парафините, алкани, циклоалкани, наречени циклопарафини, са от практически интерес. Техните молекули съдържат и 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 газово гориво, тъй като процесите се съпровождат от отделянето на значително количество топлина (екзотермичен ефект). Понастоящем алканите и циклоалканите се считат за най-ценните химически суровини, поради което тяхната практическа употреба не се ограничава до типичните реакции на изгаряне.