Mättade kolväten (paraffiner) är mättade alifatiska kolväten, där det finns en enkel (enkel) bindning mellan kolatomer.
Alla andra valenser är helt mättade med väteatomer.
Homologisk serie
Ultima mättade kolväten har den allmänna formeln SpH2p+2. Under normala förhållanden visar representanter för denna klass en svag reaktivitet, så de kallas "paraffiner". Mättade kolväten börjar med metan, som har molekylformeln CH4.
Strukturfunktioner på exemplet med metan
Det här organiska ämnet är luktfritt och färglöst, gasen är nästan dubbelt så lätt som luft. I naturen bildas det under nedbrytningen av djur- och växtorganismer, men endast i avsaknad av lufttillgång. Det finns i kolgruvor, i sumpiga reservoarer. I små mängder är metan en del av naturgas, som för närvarande används som bränsle i produktionen, i vardagen.
Detta mättade kolväte som tillhör klassen alkaner har en kovalent polär bindning. Den tetraedriska strukturen förklaras av sp3hybridisering av en kolatom, bindningsvinkeln är 109°28'.
nomenklatur för paraffiner
Mättade kolväten kan namnges enligt systematisk nomenklatur. Det finns en viss procedur som gör att du kan ta hänsyn till alla grenar som finns i molekylen av det mättade kolvätet. Först måste du identifiera den längsta kolkedjan och sedan numrera kolatomerna. För att göra detta, välj den del av molekylen där det finns en maximal förgrening (ett större antal radikaler). Om det finns flera identiska radikaler i alkanen, anges angivande prefix med deras namn: di-, tri-, tetra. Siffror används för att klargöra positionen för aktiva partiklar i en kolvätemolekyl. Det sista steget i paraffinernas namn är indikeringen av själva kolkedjan, med tillägg av suffixet -an.
Mättade kolväten skiljer sig åt i sitt aggregationstillstånd. De första fyra representanterna för detta kassaregister är gasformiga föreningar (från metan till butan). När den relativa molekylvikten ökar sker en övergång till en vätska och sedan till ett fast aggregationstillstånd.
Mättade och omättade kolväten löses inte i vatten, men kan lösas upp i organiska lösningsmedelsmolekyler.
Funktioner av isomerism
Vilka typer av isomerism har mättade kolväten? Exempel på strukturen för representanter för denna klass, som börjar med butan, indikerarförekomst av isomerism av kolskelettet.
Kolkedjan som bildas av kovalenta polära bindningar har en sicksackform. Detta är anledningen till förändringen i huvudkedjan i rymden, det vill säga förekomsten av strukturella isomerer. Till exempel, när man ändrar arrangemanget av atomer i en butanmolekyl, bildas dess isomer - 2metylpropan.
Kemiska egenskaper
Låt oss överväga de grundläggande kemiska egenskaperna hos mättade kolväten. För representanter för denna klass av kolväten är additionsreaktioner inte karakteristiska, eftersom alla bindningar i molekylen är enkla (mättade). Alkaner ingår i interaktioner som är förknippade med ersättning av en väteatom med en halogen (halogenering), en nitrogrupp (nitrering). Om formlerna för mättade kolväten har formen SpH2n + 2, bildas efter substitution ett ämne med sammansättningen CnH2n + 1CL, liksom CnH2n + 1NO2.
Substitutionsprocessen har en mekanism för fria radikaler. Först bildas aktiva partiklar (radikaler), sedan observeras bildandet av nya organiska ämnen. Alla alkaner reagerar med representanter för den sjunde gruppen (huvudundergruppen) i det periodiska systemet, men processen fortsätter endast vid en förhöjd temperatur, eller i närvaro av ett lätt kvantum.
Alla representanter för metanserien kännetecknas också av interaktion med atmosfäriskt syre. Vid förbränning fungerar koldioxid och vattenånga som reaktionsprodukter. Reaktionen åtföljs av bildandet av en betydande mängd värme.
När metan interagerar med atmosfäriskt syreen explosion är möjlig. En liknande effekt är typisk för andra representanter för klassen av mättade kolväten. Det är därför en blandning av butan med propan, etan, metan är farlig. Till exempel är sådana ansamlingar typiska för kolgruvor, industriverkstäder. Om det mättade kolvätet värms över 1000 °C sönderdelas det. Högre temperaturer leder till produktion av omättade kolväten, samt till bildning av vätgas. Dehydreringsprocessen är av industriell betydelse, den låter dig få en mängd olika organiska ämnen.
För kolväten i metanserien, med början i butan, är isomerisering karakteristisk. Dess essens ligger i att förändra kolskelettet, erhålla mättade grenade kolväten.
Applikationsfunktioner
Metan som naturgas används som bränsle. Klorderivat av metan är av stor praktisk betydelse. Till exempel används kloroform (triklormetan) och jodoform (trijodmetan) inom medicin, och koltetraklorid i processen för avdunstning stoppar tillgången till atmosfäriskt syre, så det används för att släcka bränder.
På grund av det höga värdet av kolvätens värmevärde används de som bränsle inte bara i industriell produktion utan även för hushållsändamål.
En blandning av propan och butan, kallad "flytande gas", är särskilt relevant i områden där naturgas inte är tillgänglig.
Intressanta fakta
Representanter för kolväten, som är i flytande tillstånd, är bränsle för förbränningsmotorer i bilar (bensin). Dessutom är metan en prisvärd råvara för olika kemiska industrier.
Reaktionen av nedbrytning och förbränning av metan används till exempel för industriell produktion av sot, vilket är nödvändigt för framställning av tryckfärg, samt syntes av olika gummiprodukter från gummi.
För att göra detta tillförs en sådan volym luft till ugnen tillsammans med metan så att partiell förbränning av mättat kolväte sker. När temperaturen stiger kommer en del av metanet att sönderfalla och bilda fint sot.
Bildning av väte från paraffiner
Metan är den huvudsakliga källan till industriellt väte som används för ammoniaksyntes. För att utföra dehydrering blandas metan med ånga.
Processen sker vid en temperatur på ca 400 °C, ett tryck på ca 2-3 MPa, aluminium- och nickelkatalysatorer används. I vissa synteser används en blandning av gaser som bildas i denna process. Om efterföljande omvandlingar involverar användning av rent väte, utförs katalytisk oxidation av kolmonoxid med vattenånga
Klorering producerar en blandning av metanklorderivat, som har en bred industriell tillämpning. Till exempel kan klormetan absorbera värme, vilket är anledningen till att det används som köldmedium i moderna kylsystem.
Diklorometan är ett bra lösningsmedel för organiska ämnen, som används i kemisk syntes.
Klorväte, som bildas vid radikal halogenering, efter upplösning i vatten, blir s altsyra. För närvarande utvinns även acetylen från metan, som är en värdefull kemisk råvara.
Slutsats
Representanter för den homologa metanserien är spridda i naturen, vilket gör dem till populära ämnen i många grenar av modern industri. Från metanhomologer kan grenade kolväten erhållas, vilka är nödvändiga för syntesen av olika klasser av organiska ämnen. De högsta representanterna för alkanklassen är råvarorna för tillverkning av syntetiska tvättmedel.
Förutom paraffiner är även alkaner, cykloalkaner, kallade cykloparaffiner, av praktiskt intresse. Deras molekyler innehåller också enkla bindningar, men särdragen hos representanterna för denna klass är närvaron av en cyklisk struktur. Både alkaner och cykloakaner används i stora mängder som gasformiga bränslen, eftersom processerna åtföljs av frigörandet av en betydande mängd värme (exoterm effekt). För närvarande anses alkaner, cykloalkaner vara de mest värdefulla kemiska råvarorna, så deras praktiska användning är inte begränsad till typiska förbränningsreaktioner.
