Zasićeni ugljikovodici (parafini) su zasićeni alifatski ugljikovodici, gdje postoji jednostavna (jednostruka) veza između ugljikovih atoma.
Sve ostale valencije su potpuno zasićene atomima vodika.
Homološke serije
Ultimativni zasićeni ugljikovodici imaju opću formulu SpH2p+2. U normalnim uvjetima, predstavnici ove klase pokazuju slabu reaktivnost, pa se nazivaju "parafini". Zasićeni ugljikovodici počinju s metanom, koji ima molekularnu formulu CH4.
Obilježja strukture na primjeru metana
Ova organska tvar je bez mirisa i boje, plin je gotovo dvostruko lakši od zraka. U prirodi nastaje tijekom razgradnje životinjskih i biljnih organizama, ali samo u nedostatku pristupa zraka. Nalazi se u rudnicima ugljena, u močvarnim akumulacijama. U malim količinama, metan je dio prirodnog plina, koji se trenutno koristi kao gorivo u proizvodnji, u svakodnevnom životu.
Ovaj zasićeni ugljikovodik koji pripada klasi alkana ima kovalentnu polarnu vezu. Tetraedarska struktura se objašnjava sp3hibridizacija atoma ugljika, kut veze je 109°28'.
Nomenklatura parafina
Zasićeni ugljikovodici mogu se imenovati prema sustavnoj nomenklaturi. Postoji određeni postupak koji vam omogućuje da uzmete u obzir sve grane koje su prisutne u molekuli zasićenog ugljikovodika. Prvo morate identificirati najduži ugljikov lanac, a zatim numerirati ugljikove atome. Da biste to učinili, odaberite dio molekule u kojem postoji maksimalno grananje (veći broj radikala). Ako u alkanu postoji nekoliko identičnih radikala, navedeni prefiksi se označavaju njihovim imenom: di-, tri-, tetra. Brojevi se koriste za pojašnjenje položaja aktivnih čestica u molekuli ugljikovodika. Posljednji korak u nazivu parafina je naznaka samog ugljičnog lanca, uz dodatak sufiksa -an.
Zasićeni ugljikovodici razlikuju se po svom agregacijskom stanju. Prva četiri predstavnika ove blagajne su plinoviti spojevi (od metana do butana). Kako se relativna molekularna težina povećava, dolazi do prijelaza u tekuće, a zatim u čvrsto stanje agregacije.
Zasićeni i nezasićeni ugljikovodici se ne otapaju u vodi, ali se mogu otopiti u molekulama organskog otapala.
Obilježja izomerizma
Koje vrste izomerizma imaju zasićeni ugljikovodici? Primjeri strukture predstavnika ove klase, počevši od butana, ukazujuprisutnost izomerizma ugljikovog kostura.
Ugljični lanac formiran kovalentnim polarnim vezama ima cik-cak oblik. To je razlog promjene glavnog lanca u prostoru, odnosno postojanja strukturnih izomera. Na primjer, pri promjeni rasporeda atoma u molekuli butana nastaje njegov izomer - 2metilpropan.
Kemijska svojstva
Razmotrimo osnovna kemijska svojstva zasićenih ugljikovodika. 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 (halogeniranje), nitro skupinom (nitracija). Ako formule zasićenih ugljikovodika imaju oblik SpH2n + 2, tada nakon zamjene nastaje tvar sastava CnH2n + 1CL, kao i CnH2n + 1NO2.
Proces zamjene ima mehanizam slobodnih radikala. Prvo nastaju aktivne čestice (radikali), zatim se opaža stvaranje novih organskih tvari. Svi alkani reagiraju s predstavnicima sedme skupine (glavne podskupine) periodnog sustava, ali proces se odvija samo na povišenoj temperaturi, ili u prisutnosti svjetlosnog kvanta.
Također, sve predstavnike metanskog niza karakterizira interakcija s atmosferskim kisikom. Tijekom izgaranja ugljični dioksid i vodena para djeluju kao produkti reakcije. Reakcija je popraćena stvaranjem značajne količine topline.
Kada metan stupi u interakciju s atmosferskim kisikommoguća je eksplozija. Sličan učinak je tipičan za druge predstavnike klase zasićenih ugljikovodika. Zato je mješavina butana s propanom, etanom, metanom opasna. Na primjer, takve su akumulacije tipične za rudnike ugljena, industrijske radionice. Ako se zasićeni ugljikovodik zagrije iznad 1000 °C, on se raspada. Više temperature dovode do proizvodnje nezasićenih ugljikovodika, kao i do stvaranja plinovitog vodika. Proces dehidrogenacije je od industrijskog značaja, omogućava vam da dobijete razne organske tvari.
Za ugljikovodike metanskog niza, počevši od butana, karakteristična je izomerizacija. Njegova bit leži u promjeni ugljičnog kostura, dobivanju zasićenih razgranatih ugljikovodika.
Značajke aplikacije
Metan kao prirodni plin koristi se kao gorivo. Klorni derivati metana imaju veliku praktičnu važnost. Primjerice, u medicini se koriste kloroform (triklorometan) i jodoform (trijodometan), a tetraklorid ugljik u procesu isparavanja zaustavlja pristup atmosferskom kisiku pa se koristi za gašenje požara.
Zbog visoke vrijednosti kalorijske vrijednosti ugljikovodika, oni se koriste kao gorivo ne samo u industrijskoj proizvodnji, već iu kućanstvu.
Mješavina propana i butana, nazvana "ukapljeni plin", posebno je relevantna u područjima gdje prirodni plin nije dostupan.
Zanimljive činjenice
Predstavnici ugljikovodika, koji su u tekućem stanju, gorivo su za motore s unutarnjim izgaranjem u automobilima (benzin). Osim toga, metan je pristupačna sirovina za razne kemijske industrije.
Na primjer, reakcija razgradnje i izgaranja metana koristi se za industrijsku proizvodnju čađe koja je neophodna za proizvodnju tiskarske tinte, kao i sintezu raznih proizvoda od gume od gume.
Da bi se to postiglo, takav volumen zraka se dovodi u peć zajedno s metanom tako da dolazi do djelomičnog izgaranja zasićenog ugljikovodika. Kako temperatura raste, dio metana će se razgraditi, stvarajući finu čađu.
Tvorba vodika iz parafina
Metan je glavni izvor industrijskog vodika koji se koristi za sintezu amonijaka. Da bi se izvršila dehidrogenacija, metan se miješa s parom.
Proces se odvija na temperaturi od oko 400 °C, tlaku od oko 2-3 MPa, koriste se aluminijski i nikalni katalizatori. U nekim sintezama koristi se mješavina plinova koja pri tom nastaje. Ako naknadne transformacije uključuju upotrebu čistog vodika, tada se provodi katalitička oksidacija ugljičnog monoksida vodenom parom.
Kloriranjem nastaje mješavina derivata metan klora, koji imaju široku industrijsku primjenu. Na primjer, klorometan može apsorbirati toplinu, zbog čega se koristi kao rashladno sredstvo u modernim rashladnim sustavima.
Diklorometan je dobro otapalo za organske tvari, koristi se u kemijskoj sintezi.
Klorovodik, nastao u procesu radikalne halogenacije, nakon otapanja u vodi postaje klorovodična kiselina. Trenutno se acetilen dobiva i iz metana, koji je vrijedna kemijska sirovina.
Zaključak
Predstavnici homolognog niza metana široko su rasprostranjeni u prirodi, što ih čini popularnim tvarima u mnogim granama moderne industrije. Od homologa metana mogu se dobiti razgranati ugljikovodici koji su neophodni za sintezu različitih klasa organskih tvari. Najviši predstavnici klase alkana su sirovine za proizvodnju sintetičkih deterdženata.
Osim parafina, od praktičnog su interesa i alkani, cikloalkani, nazvani cikloparafini. Njihove molekule također sadrže jednostavne veze, ali posebnost predstavnika ove klase je prisutnost cikličke strukture. I alkani i cikloakani se koriste u velikim količinama kao plinovita goriva, budući da su procesi praćeni oslobađanjem značajne količine topline (egzotermni učinak). Trenutno se alkani, cikloalkani smatraju najvrednijim kemijskim sirovinama, tako da njihova praktična upotreba nije ograničena na tipične reakcije izgaranja.
