Versadigde koolwaterstowwe (paraffiene) is versadigde alifatiese koolwaterstowwe, waar daar 'n eenvoudige (enkele) binding tussen koolstofatome is.
Alle ander valensies is volledig versadig met waterstofatome.
Homologiese reeks
Uitelike versadigde koolwaterstowwe het die algemene formule SpH2p+2. Onder normale toestande toon verteenwoordigers van hierdie klas 'n swak reaktiwiteit, daarom word hulle "paraffiene" genoem. Versadigde koolwaterstowwe begin met metaan, wat die molekulêre formule CH4 het.
Struktuurkenmerke op die voorbeeld van metaan
Hierdie organiese stof is reukloos en kleurloos, die gas is amper twee keer so lig soos lug. In die natuur word dit gevorm tydens die ontbinding van dier- en plantorganismes, maar slegs in die afwesigheid van lugtoegang. Dit word gevind in steenkoolmyne, in moerasagtige reservoirs. In klein hoeveelhede is metaan deel van aardgas, wat tans as brandstof in produksie gebruik word, in die alledaagse lewe.
Hierdie versadigde koolwaterstof wat aan die klas alkane behoort, het 'n kovalente polêre binding. Die tetraëdriese struktuur word deur sp3 verduidelikhibridisasie van 'n koolstofatoom, die bindingshoek is 109°28'.
Nomenklatuur van paraffiene
Versadigde koolwaterstowwe kan volgens sistematiese nomenklatuur benoem word. Daar is 'n sekere prosedure wat u toelaat om al die takke wat in die molekule van die versadigde koolwaterstof teenwoordig is, in ag te neem. Eerstens moet jy die langste koolstofketting identifiseer en dan die koolstofatome nommer. Om dit te doen, kies die deel van die molekule waarin daar 'n maksimum vertakking is ('n groter aantal radikale). As daar verskeie identiese radikale in die alkaan is, word spesifiserende voorvoegsels met hul naam aangedui: di-, tri-, tetra. Getalle word gebruik om die posisie van aktiewe deeltjies in 'n koolwaterstofmolekule te verduidelik. Die laaste stap in die naam van paraffiene is die aanduiding van die koolstofketting self, met die byvoeging van die agtervoegsel -an.
Versadigde koolwaterstowwe verskil in hul toestand van aggregasie. Die eerste vier verteenwoordigers van hierdie kasregister is gasvormige verbindings (van metaan tot butaan). Soos die relatiewe molekulêre gewig toeneem, is daar 'n oorgang na 'n vloeistof, en dan na 'n vaste toestand van aggregasie.
Versadigde en onversadigde koolwaterstowwe los nie in water op nie, maar kan in organiese oplosmiddelmolekules oplos.
Kenmerke van isomerie
Watter tipes isomerie het versadigde koolwaterstowwe? Voorbeelde van die struktuur van verteenwoordigers van hierdie klas, wat met butaan begin, dui aanteenwoordigheid van isomerie van die koolstofskelet.
Die koolstofketting wat deur kovalente polêre bindings gevorm word, het 'n sigsagvorm. Dit is die rede vir die verandering in die hoofketting in die ruimte, dit wil sê die bestaan van strukturele isomere. Byvoorbeeld, wanneer die rangskikking van atome in 'n butaanmolekule verander word, word die isomeer daarvan gevorm - 2metielpropaan.
Chemiese eienskappe
Kom ons kyk na die basiese chemiese eienskappe van versadigde koolwaterstowwe. Vir verteenwoordigers van hierdie klas koolwaterstowwe is addisiereaksies nie kenmerkend nie, aangesien alle bindings in die molekule enkel (versadig) is. Alkane tree in interaksies in wat verband hou met die vervanging van 'n waterstofatoom deur 'n halogeen (halogenering), 'n nitrogroep (nitrasie). As die formules van versadigde koolwaterstowwe die vorm SpH2n + 2 het, dan word 'n stof met die samestelling CnH2n + 1CL na vervanging gevorm, sowel as CnH2n + 1NO2.
Die vervangingsproses het 'n vrye radikale meganisme. Eerstens word aktiewe deeltjies (radikale) gevorm, dan word die vorming van nuwe organiese stowwe waargeneem. Alle alkane reageer met verteenwoordigers van die sewende groep (hoofsubgroep) van die periodieke tabel, maar die proses verloop slegs by 'n verhoogde temperatuur, of in die teenwoordigheid van 'n ligte kwantum.
Alle verteenwoordigers van die metaanreeks word ook gekenmerk deur interaksie met atmosferiese suurstof. Tydens verbranding tree koolstofdioksied en waterdamp op as reaksieprodukte. Die reaksie gaan gepaard met die vorming van 'n aansienlike hoeveelheid hitte.
Wanneer metaan met atmosferiese suurstof in wisselwerking tree'n ontploffing is moontlik. 'N Soortgelyke effek is tipies vir ander verteenwoordigers van die klas versadigde koolwaterstowwe. Daarom is 'n mengsel van butaan met propaan, etaan, metaan gevaarlik. Sulke ophopings is byvoorbeeld tipies vir steenkoolmyne, industriële werkswinkels. As die versadigde koolwaterstof bo 1000 °C verhit word, ontbind dit. Hoër temperature lei tot die produksie van onversadigde koolwaterstowwe, asook tot die vorming van waterstofgas. Die dehidrogeneringsproses is van industriële belang, dit laat jou toe om 'n verskeidenheid organiese stowwe te kry.
Vir koolwaterstowwe van die metaanreeks, wat met butaan begin, is isomerisasie kenmerkend. Die kern daarvan lê in die verandering van die koolstofskelet, die verkryging van versadigde vertakte koolwaterstowwe.
Toepassingkenmerke
Metaan as aardgas word as brandstof gebruik. Chloorderivate van metaan is van groot praktiese belang. Byvoorbeeld, chloroform (trichloormetaan) en jodoform (trijodmetaan) word in medisyne gebruik, en koolstoftetrachloried in die proses van verdamping stop die toegang van atmosferiese suurstof, dus word dit gebruik om brande te blus.
Weens die hoë waarde van die verbrandingswaarde van koolwaterstowwe, word dit nie net as brandstof in industriële produksie gebruik nie, maar ook vir huishoudelike doeleindes.
'n Mengsel van propaan en butaan, genaamd "vloeibare gas", is veral relevant in gebiede waar aardgas nie beskikbaar is nie.
Interessante feite
Verteenwoordigers van koolwaterstowwe, wat in 'n vloeibare toestand is, is brandstof vir binnebrandenjins in motors (petrol). Boonop is metaan 'n bekostigbare grondstof vir verskeie chemiese industrieë.
Die reaksie van ontbinding en verbranding van metaan word byvoorbeeld gebruik vir die industriële produksie van roet, wat nodig is vir die vervaardiging van drukink, asook die sintese van verskeie rubberprodukte uit rubber.
Om dit te doen, word so 'n volume lug saam met metaan na die oond voorsien sodat gedeeltelike verbranding van versadigde koolwaterstof plaasvind. Soos die temperatuur styg, sal van die metaan ontbind, wat fyn roet produseer.
Vorming van waterstof uit paraffiene
Metaan is die hoofbron van industriële waterstof wat vir ammoniaksintese gebruik word. Om dehidrogenering uit te voer, word metaan met stoom gemeng.
Die proses vind plaas by 'n temperatuur van ongeveer 400 °C, 'n druk van ongeveer 2-3 MPa, aluminium en nikkel katalisators word gebruik. In sommige sinteses word 'n mengsel van gasse gebruik wat in hierdie proses gevorm word. Indien daaropvolgende transformasies die gebruik van suiwer waterstof behels, word katalitiese oksidasie van koolstofmonoksied met waterdamp uitgevoer.
Chlorering produseer 'n mengsel van metaanchloorderivate, wat 'n wye industriële toepassing het. Chloormetaan is byvoorbeeld in staat om hitte te absorbeer, en daarom word dit as 'n koelmiddel in moderne verkoelingstelsels gebruik.
Dichloormetaan is 'n goeie oplosmiddel vir organiese stowwe, wat in chemiese sintese gebruik word.
Waterstofchloried, wat in die proses van radikale halogenering gevorm word, nadat dit in water opgelos is, word soutsuur. Tans word asetileen ook uit metaan verkry, wat 'n waardevolle chemiese grondstof is.
Gevolgtrekking
Verteenwoordigers van die metaan-homoloë reeks is wydverspreid in die natuur, wat hulle gewilde stowwe in baie vertakkings van die moderne industrie maak. Uit metaanhomoloë kan vertakte koolwaterstowwe verkry word, wat nodig is vir die sintese van verskeie klasse organiese stowwe. Die hoogste verteenwoordigers van die alkaneklas is die grondstowwe vir die vervaardiging van sintetiese skoonmaakmiddels.
Benewens paraffiene, is alkane, sikloalkane, genoem sikloparaffiene, ook van praktiese belang. Hul molekules bevat ook eenvoudige bindings, maar die eienaardigheid van die verteenwoordigers van hierdie klas is die teenwoordigheid van 'n sikliese struktuur. Beide alkane en sikloakane word in groot hoeveelhede as gasvormige brandstof gebruik, aangesien die prosesse gepaard gaan met die vrystelling van 'n aansienlike hoeveelheid hitte (eksotermiese effek). Tans word alkane, sikloalkane as die waardevolste chemiese grondstowwe beskou, so hul praktiese gebruik is nie beperk tot tipiese verbrandingsreaksies nie.
