Hidrocarburi saturate: proprietăți, formule, exemple

Hidrocarburile saturate (parafinele) limitează hidrocarburile alifatice, unde există o legătură simplă (singulară) între atomii de carbon.

Toate celelalte valențe sunt saturate până la deplin cu atomi de hidrogen.

Seria de omologie

Hidrocarburile saturate saturate au formula generală CnH2n + 2. În condiții normale, reprezentanții acestei clase prezintă o reactivitate slabă, așa că ei se numesc "parafină". Hidrocarburile saturate încep cu metanul, care are formula moleculară CH4.

Caracteristicile structurii din exemplul de metan

Această substanță organică nu are miros și culoare, gazul este aproape de două ori mai luminos decât aerul. În natură se formează în timpul descompunerii animalelor și a plantelor, dar numai în absența accesului la aer. Se găsește în minele de cărbune, în corpurile de apă mlaștină. În cantități mici, metanul face parte din gaz natural utilizat acum ca un combustibil în producție, acasă.

Această hidrocarbură saturată, aparținând clasei de alcani, are o legătură polară covalentă. Structura tetraedrică este explicată prin hibridizarea sp3 a atomului de carbon, unghiul de valență fiind 109 ° 28 `.

Nomenclatorul parafinelor

Hidrocarburile saturate pot fi denumite prin nomenclatura sistematică. Există o procedură care permite să se ia în considerare toate ramificațiile, prezente în hidrocarbură limită moleculă. În primul rând, trebuie să identificați cel mai lung lanț de carbon, apoi să numărați atomii de carbon. Pentru aceasta, selectați partea moleculei în care există o ramificare maximă (mai mulți radicali). În prezența mai multor radicali identici în alcan, cu numele lor, specificați prefixele: di-, tri-, tetra. Pentru a clarifica poziția particulelor active într-o moleculă de hidrocarburi, utilizați figuri. Etapa finală în numele parafinelor este indicația lanțului de carbon în sine, cu adăugarea sufixului -an.

Hidrocarburile saturate diferă în stare agregată. Primii patru reprezentanți ai acestei case de marcat sunt compuși gazoși (de la metan la butan). Pe măsură ce greutatea moleculară relativă crește, apare o tranziție la lichid și apoi la starea agregată solidă.

Hidrocarburile saturate și nesaturate nu se dizolvă în apă, dar se pot dizolva în molecule de solvenți organici.

Caracteristici ale izomerismului

Ce tipuri de izomerism sunt hidrocarburile saturate? Exemple de structuri ale reprezentanților acestei clase, pornind de la butan, indică prezența izomerismului scheletului de carbon.

Lanțul de carbon format prin legături polare covalente are un aspect zig-zag. Acesta este motivul schimbării lanțului de bază în spațiu, adică existența izomerilor structurali. De exemplu, cu o schimbare a aranjamentului de atomi în moleculă de butan se formează izomerul său 2-metilpropan.

Proprietăți chimice

Să luăm în considerare principalele proprietăți chimice ale hidrocarburilor saturate. Pentru reprezentanții acestei clase de hidrocarburi, reacțiile de adiție nu sunt caracteristice, deoarece toate legăturile din moleculă sunt simple (saturate). Alcani intră în interacțiuni legate de înlocuirea atomului de hidrogen cu halogen (halogenare), nitro (nitrare). Dacă formulele de hidrocarburi saturate sunt de formă CnH2n + 2, atunci după substituție se formează o substanță din compoziția CnH2n + 1CL și, de asemenea, CnH2n + 1NO2.

Procesul de înlocuire are un mecanism al radicalilor liberi. În primul rând se formează particule active (radicali), urmată de formarea de noi substanțe organice. În reacția cu al șaptelea grup (grupul principal) a tabelului periodic introduce toate alcanilor, dar procesul are loc numai la o temperatură ridicată sau în prezența unui foton.

De asemenea, pentru toți reprezentanții unui număr de metan, este caracteristică interacțiunea cu oxigenul în aer. În timpul arderii, dioxidul de carbon, vaporii de apă acționează ca produse de reacție. Reacția este însoțită de formarea unei cantități semnificative de căldură.

Interacțiunea dintre metan și oxigen în aer poate provoca o explozie. Un efect similar este caracteristic și pentru alți reprezentanți ai clasei de hidrocarburi limitative. De aceea un amestec de butan cu propan, etan, metan este periculos. De exemplu, astfel de clustere sunt caracteristice minelor de cărbune, ateliere de producție. În cazul încălzirii unei hidrocarburi finale de peste 1000 ° C, are loc descompunerea sa. Temperaturile mai ridicate conduc la producerea de hidrocarburi nesaturate, precum și la formarea de hidrogen gazos. Procesul de dehidrogenare este de importanță industrială, permite obținerea unei varietăți de substanțe organice.

Pentru hidrocarburile din seria de metan, pornind de la butan, este caracteristică izomerizarea. Esența sa constă în schimbarea scheletului de carbon, obținând hidrocarburi saturate de natură ramificată.

Caracteristicile aplicației

Metanul ca gaz natural este folosit sub formă de combustibil. Derivații de clor ai metanului au o mare importanță practică. De exemplu, cloroform (triclormetan) și iodoform (triyodmetan) sunt utilizate în medicină, și tetraclorură de carbon în procesul de evaporare se termină accesul oxigenului atmosferic, de aceea este utilizat în stingerea incendiilor.

Datorită valorii mari a valorii calorifice a hidrocarburilor, acestea sunt utilizate sub formă de combustibil nu numai în producția industrială, ci și în scopuri casnice.

Un amestec de propan și butan, denumit "gaz lichefiat", este deosebit de relevant în zona în care nu există posibilitatea utilizării gazelor naturale.

Fapte interesante

Reprezentanții hidrocarburilor care sunt în stare lichidă sunt combustibili pentru motoarele cu combustie internă în mașini (benzină). În plus, metanul este o materie primă disponibilă pentru diferite industrii chimice.

De exemplu, de reacție de descompunere iar arderea metanului este aplicată pentru producția industrială de negru de fum necesar pentru producerea de cerneală, precum cauciucul sintetic de diverse produse din cauciuc.

În acest scop, o cantitate de aer este furnizată în cuptor împreună cu metanul astfel încât are loc arderea parțială a hidrocarburii saturate. Pe măsură ce crește temperatura, o parte din metan se va descompune, formând funingine fin dispersată.

Producția de hidrogen din parafine

Metanul este principala sursă de hidrogen din industria utilizată pentru sinteza amoniacului. Pentru a efectua dehidrogenarea, metanul este amestecat cu vaporii de apă.

Procedeul are loc la o temperatură de aproximativ 400 ° C, o presiune de aproximativ 2-3 MPa și se utilizează un catalizator de aluminiu și nichel. În unele sinteze se folosește un amestec de gaze, care se formează în acest proces. Dacă conversiile ulterioare implică utilizarea de hidrogen pur, se efectuează oxidarea catalitică a monoxidului de carbon cu abur.

În clorinare, se obține un amestec de derivați de clor de metan având o aplicație industrială largă. De exemplu, clorometanul este capabil să absoarbă căldura, deci este folosit ca agent frigorific în instalațiile moderne de refrigerare.

Diclormetanul este un bun solvent de substanțe organice, utilizat în sinteza chimică.

Clorura de clor, formată în timpul halogenării radicale, după dizolvarea în apă, devine acid clorhidric. În prezent, metanul este produs și de acetilenă, care este o materie primă chimică valoroasă.

concluzie

Reprezentanții seriilor omogene de metan sunt larg răspândiți în natură, ceea ce le face o substanță cerută în multe ramuri ale industriei moderne. Din omologii metanului, este posibil să se producă hidrocarburi cu structură ramificată, care sunt necesare pentru sinteza diferitelor clase de substanțe organice. Cei mai înalți reprezentanți ai clasei de alcani sunt materiile prime pentru producerea de detergenți sintetici.

În plus față de parafine, alcani, cicloalcani, numiți cicloparafine, sunt de interes practic. Moleculele lor conțin și legături simple, dar particularitatea reprezentanților acestei clase este prezența unei structuri ciclice. Ambele alcani și cicloacani sunt utilizați în cantități mari ca combustibil gazos, deoarece procesele sunt însoțite de eliberarea unei cantități semnificative de căldură (efect exotermic). În prezent, alcani și cicloalcani sunt considerați cei mai valoroși materii prime chimice, prin urmare utilizarea lor practică nu se limitează la reacțiile tipice de combustie.