Zasićeni ugljovodonici (parafini) su zasićeni alifatski ugljovodonici, gde postoji jednostavna (jednostruka) veza između atoma ugljenika.
Sve ostale valencije su potpuno zasićene atomima vodonika.
Homološke serije
Ultimativni zasićeni ugljovodonici imaju opštu formulu SpH2p+2. U normalnim uslovima, predstavnici ove klase pokazuju slabu reaktivnost, pa se nazivaju "parafini". Zasićeni ugljovodonici počinju s metanom, koji ima molekularnu formulu CH4.
Karakteristike strukture na primjeru metana
Ova organska supstanca je bez mirisa i boje, gas je skoro duplo lakši od vazduha. U prirodi nastaje prilikom raspadanja životinjskih i biljnih organizama, ali samo u nedostatku zraka. Nalazi se u rudnicima uglja, u močvarnim rezervoarima. U malim količinama, metan je dio prirodnog gasa, koji se trenutno koristi kao gorivo u proizvodnji, u svakodnevnom životu.
Ovaj zasićeni ugljovodonik koji pripada klasi alkana ima kovalentnu polarnu vezu. Tetraedarska struktura se objašnjava sp3hibridizacija atoma ugljika, ugao veze je 109°28'.
Nomenklatura parafina
Zasićeni ugljovodonici se mogu imenovati prema sistematskoj nomenklaturi. Postoji određena procedura koja vam omogućava da uzmete u obzir sve grane koje su prisutne u molekuli zasićenog ugljikovodika. Prvo morate identificirati najduži ugljikov lanac, a zatim numerirati atome ugljika. Da biste to učinili, odaberite dio molekule u kojem postoji maksimalno grananje (veći broj radikala). Ako u alkanu postoji nekoliko identičnih radikala, specificirajući prefiksi se označavaju njihovim imenom: di-, tri-, tetra. Brojevi se koriste za pojašnjenje položaja aktivnih čestica u molekulu ugljikovodika. Posljednji korak u nazivu parafina je naznaka samog ugljičnog lanca, uz dodatak sufiksa -an.
Zasićeni ugljovodonici se razlikuju po stanju agregacije. Prva četiri predstavnika ove kase su gasovita jedinjenja (od metana do butana). Kako se relativna molekulska težina povećava, dolazi do prijelaza u tečno, a zatim u čvrsto stanje agregacije.
Zasićeni i nezasićeni ugljovodonici se ne rastvaraju u vodi, ali se mogu rastvoriti u molekulima organskog rastvarača.
Obilježja izomerizma
Koje vrste izomerizma imaju zasićeni ugljovodonici? Primjeri strukture predstavnika ove klase, počevši od butana, ukazujuprisustvo izomerizma ugljeničnog skeleta.
Ugljični lanac formiran kovalentnim polarnim vezama ima cik-cak oblik. To je razlog za promjenu glavnog lanca u prostoru, odnosno postojanje strukturnih izomera. Na primjer, kada se promijeni raspored atoma u molekuli butana, formira se njegov izomer - 2metilpropan.
Hemijska svojstva
Razmotrimo osnovna hemijska svojstva zasićenih ugljovodonika. Za predstavnike ove klase ugljikovodika reakcije adicije nisu karakteristične, jer su sve veze u molekuli jednostruke (zasićene). Alkani ulaze u interakcije povezane sa zamjenom atoma vodika halogenom (halogenacija), nitro grupom (nitracija). Ako formule zasićenih ugljovodonika imaju oblik SpH2n + 2, tada se nakon zamjene formira supstanca sastava CnH2n + 1CL, kao i CnH2n + 1NO2.
Proces supstitucije ima mehanizam slobodnih radikala. Prvo se formiraju aktivne čestice (radikali), zatim se opaža stvaranje novih organskih tvari. Svi alkani reaguju sa predstavnicima sedme grupe (glavne podgrupe) periodnog sistema, ali se proces odvija samo na povišenoj temperaturi, ili u prisustvu kvanta svetlosti.
Takođe, sve predstavnike metanske serije karakteriše interakcija sa atmosferskim kiseonikom. Prilikom sagorijevanja, ugljični dioksid i vodena para djeluju kao produkti reakcije. Reakcija je praćena stvaranjem značajne količine topline.
Kada metan stupa u interakciju sa atmosferskim kiseonikommoguća je eksplozija. Sličan efekat je tipičan i za druge predstavnike klase zasićenih ugljikovodika. Zbog toga je mješavina butana sa propanom, etanom, metanom opasna. Na primjer, takve akumulacije su tipične za rudnike uglja, industrijske radionice. Ako se zasićeni ugljovodonik zagrije iznad 1000 °C, on se raspada. Više temperature dovode do proizvodnje nezasićenih ugljovodonika, kao i do stvaranja gasovitog vodonika. Proces dehidrogenacije je od industrijskog značaja, omogućava vam da dobijete razne organske supstance.
Za ugljikovodike metanske serije, počevši od butana, karakteristična je izomerizacija. Njegova suština leži u promeni ugljeničnog skeleta, dobijanju zasićenih razgranatih ugljovodonika.
Funkcije aplikacije
Metan kao prirodni gas se koristi kao gorivo. Derivati hlora metana su od velike praktične važnosti. Na primjer, hloroform (triklorometan) i jodoform (trijodometan) se koriste u medicini, a tetrahlorid ugljenika u procesu isparavanja zaustavlja pristup atmosferskom kiseoniku, pa se koristi za gašenje požara.
Zbog visoke vrijednosti kalorijske vrijednosti ugljovodonika, koriste se kao gorivo ne samo u industrijskoj proizvodnji, već iu kućne potrebe.
Mješavina propana i butana, nazvana "tečni plin", posebno je relevantna u područjima gdje prirodni plin nije dostupan.
Zanimljive činjenice
Predstavnici ugljovodonika, koji su u tečnom stanju, su gorivo za motore sa unutrašnjim sagorevanjem u automobilima (benzin). Osim toga, metan je pristupačna sirovina za različite hemijske industrije.
Na primjer, reakcija razgradnje i sagorijevanja metana koristi se za industrijsku proizvodnju čađi, koja je neophodna za proizvodnju tiskarske boje, kao i sintezu raznih proizvoda od gume od gume.
Da bi se to postiglo, takva količina zraka se dovodi u peć zajedno s metanom tako da dolazi do djelomičnog sagorijevanja zasićenog ugljovodonika. Kako temperatura raste, dio metana će se razgraditi, stvarajući finu čađ.
Formiranje vodonika iz parafina
Metan je glavni izvor industrijskog vodonika koji se koristi za sintezu amonijaka. Da bi se izvršila dehidrogenacija, metan se miješa sa parom.
Proces se odvija na temperaturi od oko 400 °C, pritisku od oko 2-3 MPa, koriste se aluminijumski i nikl katalizatori. U nekim sintezama koristi se mješavina plinova koja nastaje u ovom procesu. Ako naknadne transformacije uključuju upotrebu čistog vodika, tada se provodi katalitička oksidacija ugljičnog monoksida vodenom parom.
Kloriranjem nastaje mješavina derivata klora metana, koji imaju široku industrijsku primjenu. Na primjer, hlorometan može apsorbirati toplinu, zbog čega se koristi kao rashladno sredstvo u modernim rashladnim sistemima.
Dihlorometan je dobar rastvarač za organske supstance, koji se koristi u hemijskoj sintezi.
Hlorovodonik, nastao u procesu radikalne halogenacije, nakon rastvaranja u vodi postaje hlorovodonična kiselina. Trenutno se acetilen dobija i iz metana, koji je vrijedna hemijska sirovina.
Zaključak
Predstavnici homologne serije metana su široko rasprostranjeni u prirodi, što ih čini popularnim supstancama u mnogim granama moderne industrije. Od homologa metana mogu se dobiti razgranati ugljovodonici koji su neophodni za sintezu različitih klasa organskih supstanci. Najviši predstavnici klase alkana su sirovine za proizvodnju sintetičkih deterdženata.
Pored parafina, od praktičnog interesa su i alkani, cikloalkani, nazvani cikloparafini. Njihovi molekuli također sadrže jednostavne veze, ali posebnost predstavnika ove klase je prisustvo cikličke strukture. I alkani i cikloakani se koriste u velikim količinama kao gasovita goriva, jer su procesi praćeni oslobađanjem značajne količine toplote (egzotermni efekat). Trenutno se alkani, cikloalkani smatraju najvrednijim hemijskim sirovinama, tako da njihova praktična upotreba nije ograničena na tipične reakcije sagorevanja.
