Nasičeni ogljikovodiki (parafini) so nasičeni alifatski ogljikovodiki, kjer obstaja preprosta (enojna) vez med ogljikovimi atomi.
Vse druge valence so popolnoma nasičene z vodikovimi atomi.
Homološke serije
Največji nasičeni ogljikovodiki imajo splošno formulo SpH2p+2. V normalnih pogojih predstavniki tega razreda kažejo šibko reaktivnost, zato se imenujejo "parafini". Nasičeni ogljikovodiki se začnejo z metanom, ki ima molekulsko formulo CH4.
Strukturne značilnosti na primeru metana
Ta organska snov je brez vonja in barve, plin je skoraj dvakrat lažji od zraka. V naravi nastane med razgradnjo živalskih in rastlinskih organizmov, vendar le ob odsotnosti dostopa zraka. Najdemo ga v rudnikih premoga, v močvirnih rezervoarjih. V majhnih količinah je metan del zemeljskega plina, ki se trenutno uporablja kot gorivo v proizvodnji, v vsakdanjem življenju.
Ta nasičen ogljikovodik, ki spada v razred alkanov, ima kovalentno polarno vez. Tetraedrsko strukturo razložimo s sp3hibridizacija ogljikovega atoma, vezni kot je 109°28'.
Nomenklatura parafinov
Nasičene ogljikovodike lahko poimenujemo v skladu s sistematično nomenklaturo. Obstaja določen postopek, ki vam omogoča, da upoštevate vse veje, ki so prisotne v molekuli nasičenega ogljikovodika. Najprej morate določiti najdaljšo ogljikovo verigo, nato oštevilčiti ogljikove atome. Če želite to narediti, izberite del molekule, v katerem je največja razvejanost (večje število radikalov). Če je v alkanu več enakih radikalov, so določene predpone označene z njihovim imenom: di-, tri-, tetra. Številke se uporabljajo za razjasnitev položaja aktivnih delcev v molekuli ogljikovodika. Zadnji korak v imenu parafinov je navedba same ogljikove verige z dodatkom končnice -an.
Nasičeni ogljikovodiki se razlikujejo po svojem agregacijskem stanju. Prvi štirje predstavniki te blagajne so plinaste spojine (od metana do butana). Ko se relativna molekulska masa poveča, pride do prehoda v tekoče in nato v trdno agregacijsko stanje.
Nasičeni in nenasičeni ogljikovodiki se ne raztopijo v vodi, lahko pa se raztopijo v molekulah organskih topil.
Lastnosti izomerizma
Katere vrste izomerizma imajo nasičeni ogljikovodiki? Primeri strukture predstavnikov tega razreda, začenši z butanom, kažejoprisotnost izomerizma ogljikovega skeleta.
Ogljikova veriga, ki jo tvorijo kovalentne polarne vezi, ima cikcak obliko. To je razlog za spremembo glavne verige v vesolju, torej obstoj strukturnih izomerov. Na primer, ko spremenite razporeditev atomov v molekuli butana, nastane njen izomer - 2metilpropan.
Kemijske lastnosti
Razmislimo o osnovnih kemijskih lastnostih nasičenih ogljikovodikov. Za predstavnike tega razreda ogljikovodikov adicijske reakcije niso značilne, saj so vse vezi v molekuli enojne (nasičene). Alkani vstopajo v interakcije, povezane z zamenjavo vodikovega atoma s halogenom (halogenacija), nitro skupino (nitriranje). Če imajo formule nasičenih ogljikovodikov obliko SpH2n + 2, potem po substituciji nastane snov sestave CnH2n + 1CL, pa tudi CnH2n + 1NO2.
Proces zamenjave ima mehanizem prostih radikalov. Najprej nastanejo aktivni delci (radikali), nato pa opazimo nastanek novih organskih snovi. Vsi alkani reagirajo s predstavniki sedme skupine (glavne podskupine) periodnega sistema, vendar proces poteka le pri povišani temperaturi ali ob prisotnosti svetlobnega kvanta.
Prav tako je za vse predstavnike metana značilna interakcija z atmosferskim kisikom. Med zgorevanjem ogljikov dioksid in vodna para delujeta kot reakcijska produkta. Reakcijo spremlja tvorba znatne količine toplote.
Ko metan interagira z atmosferskim kisikommožna je eksplozija. Podoben učinek je značilen za druge predstavnike razreda nasičenih ogljikovodikov. Zato je mešanica butana s propanom, etanom, metanom nevarna. Na primer, takšne akumulacije so značilne za rudnike premoga, industrijske delavnice. Če nasičen ogljikovodik segrejemo nad 1000 °C, se razpade. Višje temperature vodijo do proizvodnje nenasičenih ogljikovodikov, pa tudi do tvorbe vodikovega plina. Postopek dehidrogenacije je industrijskega pomena, omogoča pridobivanje različnih organskih snovi.
Za ogljikovodike metanske serije, začenši z butanom, je značilna izomerizacija. Njegovo bistvo je v spreminjanju ogljikovega skeleta, pridobivanju nasičenih razvejanih ogljikovodikov.
Funkcije aplikacije
Metan kot zemeljski plin se uporablja kot gorivo. Klorovi derivati metana so velikega praktičnega pomena. V medicini se na primer uporabljata kloroform (triklorometan) in jodoform (trijodometan), ogljikov tetraklorid pa v procesu izhlapevanja ustavi dostop atmosferskega kisika, zato se uporablja za gašenje požarov.
Zaradi visoke vrednosti kalorične vrednosti ogljikovodikov se uporabljajo kot gorivo ne samo v industrijski proizvodnji, ampak tudi za domače namene.
Mešanica propana in butana, imenovana "utekočinjen plin", je še posebej pomembna na območjih, kjer zemeljski plin ni na voljo.
Zanimiva dejstva
Predstavniki ogljikovodikov, ki so v tekočem stanju, so gorivo za motorje z notranjim zgorevanjem v avtomobilih (bencin). Poleg tega je metan cenovno ugodna surovina za različne kemične industrije.
Reakcija razgradnje in zgorevanja metana se na primer uporablja za industrijsko proizvodnjo saj, ki so potrebne za proizvodnjo tiskarske barve, pa tudi za sintezo različnih gumijastih izdelkov iz gume.
Za to se v peč skupaj z metanom dovaja taka količina zraka, da pride do delnega zgorevanja nasičenega ogljikovodika. Ko se temperatura dvigne, se bo del metana razkrojil, kar bo povzročilo drobne saje.
Tvorba vodika iz parafinov
Metan je glavni vir industrijskega vodika, ki se uporablja za sintezo amoniaka. Za izvedbo dehidrogenacije se metan zmeša s paro.
Proces poteka pri temperaturi okoli 400 °C, tlaku okoli 2-3 MPa, uporabljajo se aluminijevi in nikljevi katalizatorji. Pri nekaterih sintezah se uporablja mešanica plinov, ki nastane pri tem procesu. Če poznejše transformacije vključujejo uporabo čistega vodika, se izvede katalitična oksidacija ogljikovega monoksida z vodno paro.
Kloriranje proizvaja mešanico derivatov metan klora, ki imajo široko industrijsko uporabo. Na primer, klorometan lahko absorbira toploto, zato se uporablja kot hladilno sredstvo v sodobnih hladilnih sistemih.
Diklorometan je dobro topilo za organske snovi, ki se uporablja pri kemični sintezi.
Klorovodikov klorid, ki nastane v procesu radikalnega halogeniranja, po raztapljanju v vodi postane klorovodikova kislina. Trenutno se acetilen pridobiva tudi iz metana, ki je dragocena kemična surovina.
Sklep
Predstavniki homologne serije metana so v naravi zelo razširjeni, zaradi česar so priljubljene snovi v mnogih vejah sodobne industrije. Iz metanskih homologov je mogoče pridobiti razvejane ogljikovodike, ki so potrebni za sintezo različnih razredov organskih snovi. Najvišji predstavniki razreda alkanov so surovine za proizvodnjo sintetičnih detergentov.
Poleg parafinov so v praksi zanimivi tudi alkani, cikloalkani, imenovani cikloparafini. Njihove molekule vsebujejo tudi preproste vezi, vendar je posebnost predstavnikov tega razreda prisotnost ciklične strukture. Tako alkani kot cikloakani se v velikih količinah uporabljajo kot plinasta goriva, saj procese spremlja sproščanje znatne količine toplote (eksotermni učinek). Trenutno veljajo za najbolj dragocene kemične surovine alkani, cikloalkani, zato njihova praktična uporaba ni omejena na tipične reakcije zgorevanja.
