Sotieji angliavandeniliai (parafinai) yra sotieji alifatiniai angliavandeniliai, kuriuose yra paprastas (viengubas) ryšys tarp anglies atomų.
Visi kiti valentai yra visiškai prisotinti vandenilio atomų.
Homologinė serija
Galutinės sočiųjų angliavandenilių bendroji formulė SpH2p+2. Įprastomis sąlygomis šios klasės atstovai pasižymi silpnu reaktyvumu, todėl jie vadinami „parafinais“. Sotieji angliavandeniliai prasideda metanu, kurio molekulinė formulė CH4.
Struktūros ypatybės metano pavyzdyje
Ši organinė medžiaga yra bekvapė ir bespalvė, dujos beveik dvigubai lengvesnės už orą. Gamtoje jis susidaro irstant gyvūnų ir augalų organizmams, tačiau tik nesant oro prieigos. Jis randamas anglių kasyklose, pelkėtuose rezervuaruose. Mažais kiekiais metanas yra gamtinių dujų dalis, kurios šiuo metu naudojamos kaip kuras gamyboje, kasdieniame gyvenime.
Šis prisotintas angliavandenilis, priklausantis alkanų klasei, turi kovalentinį polinį ryšį. Tetraedrinė struktūra paaiškinama sp3anglies atomo hibridizacija, ryšio kampas yra 109°28'.
Parafinų nomenklatūra
Sotieji angliavandeniliai gali būti pavadinti pagal sisteminę nomenklatūrą. Yra tam tikra procedūra, leidžianti atsižvelgti į visas šakas, esančias sočiųjų angliavandenilių molekulėje. Pirmiausia turite nustatyti ilgiausią anglies grandinę, tada sunumeruoti anglies atomus. Norėdami tai padaryti, pasirinkite tą molekulės dalį, kurioje yra didžiausias išsišakojimas (didesnis radikalų skaičius). Jeigu alkane yra keli identiški radikalai, jų pavadinimu nurodomi nurodantys priešdėliai: di-, tri-, tetra. Skaičiai naudojami norint išsiaiškinti aktyviųjų dalelių padėtį angliavandenilio molekulėje. Paskutinis parafinų pavadinimo veiksmas yra pačios anglies grandinės nuoroda, pridedant priesagą -an.
Sotieji angliavandeniliai skiriasi savo agregacijos būsena. Pirmieji keturi šio kasos atstovai yra dujiniai junginiai (nuo metano iki butano). Didėjant santykinei molekulinei masei, pereinama į skystą, o vėliau į kietą agregacijos būseną.
Sotieji ir nesotieji angliavandeniliai netirpsta vandenyje, bet gali ištirpti organinių tirpiklių molekulėse.
Izomerizmo ypatybės
Kokios izomerijos rūšys turi sotieji angliavandeniliai? Šios klasės atstovų struktūros pavyzdžiai, pradedant butanu, nurodoanglies skeleto izomerijos buvimas.
Anglies grandinė, sudaryta iš kovalentinių polinių ryšių, yra zigzago formos. Tai yra pagrindinės grandinės erdvės pasikeitimo priežastis, tai yra struktūrinių izomerų egzistavimas. Pavyzdžiui, keičiant atomų išsidėstymą butano molekulėje, susidaro jo izomeras – 2metilpropanas.
Cheminės savybės
Panagrinėkime pagrindines sočiųjų angliavandenilių chemines savybes. Šios angliavandenilių klasės atstovams adityvinės reakcijos nėra būdingos, nes visos molekulės ryšiai yra pavieniai (sotieji). Alkanai sąveikauja su vandenilio atomo pakeitimu halogenu (halogeninimas), nitro grupe (nitrinimu). Jei sočiųjų angliavandenilių formulės yra SpH2n + 2, tai po pakeitimo susidaro medžiaga, kurios sudėtis yra CnH2n + 1CL, taip pat CnH2n + 1NO2.
Pakeitimo procesas turi laisvųjų radikalų mechanizmą. Pirmiausia susidaro aktyvios dalelės (radikalai), vėliau stebimas naujų organinių medžiagų susidarymas. Visi alkanai reaguoja su periodinės lentelės septintos grupės (pagrindinio pogrupio) atstovais, tačiau procesas vyksta tik esant aukštesnei temperatūrai arba esant šviesos kvantui.
Be to, visi metano serijos atstovai pasižymi sąveika su atmosferos deguonimi. Degimo metu anglies dioksidas ir vandens garai veikia kaip reakcijos produktai. Reakciją lydi didelis šilumos kiekis.
Kai metanas sąveikauja su atmosferos deguonimigalimas sprogimas. Panašus poveikis būdingas ir kitiems sočiųjų angliavandenilių klasės atstovams. Štai kodėl butano mišinys su propanu, etanu, metanu yra pavojingas. Pavyzdžiui, tokios sankaupos būdingos anglies kasykloms, pramoniniams cechams. Jei sotusis angliavandenilis kaitinamas virš 1000 °C, jis suyra. Dėl aukštesnės temperatūros susidaro nesočiųjų angliavandenilių, taip pat susidaro vandenilio dujos. Dehidrinimo procesas yra pramoninės reikšmės, jis leidžia gauti įvairių organinių medžiagų.
Metano serijos angliavandeniliams, pradedant butanu, būdinga izomerizacija. Jo esmė yra pakeisti anglies karkasą ir gauti sočiųjų šakotųjų angliavandenilių.
Programos funkcijos
Metanas kaip gamtinės dujos naudojamas kaip kuras. Didelę praktinę reikšmę turi metano chloro dariniai. Pavyzdžiui, medicinoje naudojami chloroformas (trichlormetanas) ir jodoformas (trijodometanas), o anglies tetrachloridas garuodamas sustabdo atmosferos deguonies patekimą, todėl naudojamas gaisrams gesinti.
Dėl didelės angliavandenilių kaloringumo vertės jie naudojami kaip kuras ne tik pramoninėje gamyboje, bet ir buityje.
Propano ir butano mišinys, vadinamas „suskystintomis dujomis“, ypač aktualus vietovėse, kuriose nėra gamtinių dujų.
Įdomūs faktai
Skystoje būsenoje esančių angliavandenilių atstovai yra automobilių vidaus degimo variklių kuras (benzinas). Be to, metanas yra prieinama žaliava įvairioms chemijos pramonės šakoms.
Pavyzdžiui, metano skilimo ir degimo reakcija naudojama pramoninei suodžių gamybai, kuri reikalinga spaudos dažų gamybai, taip pat įvairių gumos gaminių sintezei iš gumos.
Norėdami tai padaryti, į krosnį kartu su metanu tiekiamas toks oro tūris, kad įvyktų dalinis sočiųjų angliavandenilių degimas. Kylant temperatūrai dalis metano suirs ir susidarys smulkūs suodžiai.
Vandenilio susidarymas iš parafinų
Metanas yra pagrindinis pramoninio vandenilio, naudojamo amoniako sintezei, š altinis. Norint atlikti dehidrogenavimą, metanas sumaišomas su garais.
Procesas vyksta apie 400 °C temperatūroje, apie 2-3 MPa slėgyje, naudojami aliuminio ir nikelio katalizatoriai. Kai kuriose sintezėse naudojamas dujų mišinys, kuris susidaro šio proceso metu. Jei vėlesnėse transformacijose naudojamas grynas vandenilis, atliekama katalizinė anglies monoksido oksidacija vandens garais.
Chloruojant gaunamas metano chloro darinių mišinys, kuris plačiai naudojamas pramonėje. Pavyzdžiui, chlormetanas gali sugerti šilumą, todėl šiuolaikinėse šaldymo sistemose jis naudojamas kaip š altnešis.
Dichlormetanas yra geras organinių medžiagų tirpiklis, naudojamas cheminėje sintezėje.
Vandenilio chloridas, susidaręs radikalaus halogeninimo procese, ištirpęs vandenyje, virsta druskos rūgštimi. Šiuo metu acetilenas taip pat gaunamas iš metano, kuris yra vertinga cheminė žaliava.
Išvada
Metano homologinės serijos atstovai yra plačiai paplitę gamtoje, todėl jie yra populiarios medžiagos daugelyje šiuolaikinės pramonės šakų. Iš metano homologų galima gauti šakotus angliavandenilius, reikalingus įvairių klasių organinių medžiagų sintezei. Aukščiausi alkanų klasės atstovai yra sintetinių ploviklių gamybos žaliavos.
Be parafinų, praktiškai įdomūs ir alkanai, cikloalkanai, vadinami cikloparafinais. Jų molekulėse taip pat yra paprastų ryšių, tačiau šios klasės atstovų ypatumas yra ciklinės struktūros buvimas. Tiek alkanai, tiek cikloakanai naudojami dideliais kiekiais kaip dujinis kuras, nes procesus lydi didelis šilumos kiekis (egzoterminis efektas). Šiuo metu alkanai, cikloalkanai laikomi vertingiausiomis cheminėmis žaliavomis, todėl jų praktinis panaudojimas neapsiriboja tipiškomis degimo reakcijomis.
