Nasýtené uhľovodíky (parafíny) sú nasýtené alifatické uhľovodíky, kde existuje jednoduchá (jednoduchá) väzba medzi atómami uhlíka.
Všetky ostatné valencie sú plne nasýtené atómami vodíka.
Homologická séria
Konečne nasýtené uhľovodíky majú všeobecný vzorec SpH2p+2. Za normálnych podmienok zástupcovia tejto triedy vykazujú slabú reaktivitu, preto sa nazývajú "parafíny". Nasýtené uhľovodíky začínajú metánom, ktorý má molekulárny vzorec CH4.
Funkcie štruktúry na príklade metánu
Táto organická látka je bez zápachu a farby, plyn je takmer dvakrát ľahší ako vzduch. V prírode vzniká pri rozklade živočíšnych a rastlinných organizmov, ale len za neprístupu vzduchu. Nachádza sa v uhoľných baniach, v bažinatých nádržiach. V malom množstve je metán súčasťou zemného plynu, ktorý sa v súčasnosti používa ako palivo pri výrobe, v každodennom živote.
Tento nasýtený uhľovodík patriaci do triedy alkánov má kovalentnú polárnu väzbu. Tetraedrickú štruktúru vysvetľuje sp3hybridizácia atómu uhlíka, väzbový uhol je 109°28'.
Nomenklatúra parafínov
Nasýtené uhľovodíky možno pomenovať podľa systematickej nomenklatúry. Existuje určitý postup, ktorý vám umožňuje vziať do úvahy všetky vetvy, ktoré sú prítomné v molekule nasýteného uhľovodíka. Najprv musíte určiť najdlhší uhlíkový reťazec a potom očíslovať atómy uhlíka. Za týmto účelom vyberte časť molekuly, v ktorej je maximálne rozvetvenie (väčší počet radikálov). Ak je v alkáne niekoľko rovnakých radikálov, uvádzajú sa špecifikujúce predpony s ich názvom: di-, tri-, tetra. Čísla sa používajú na objasnenie polohy aktívnych častíc v molekule uhľovodíka. Posledným krokom v mene parafínov je označenie samotného uhlíkového reťazca s pridaním prípony -an.
Nasýtené uhľovodíky sa líšia stavom agregácie. Prvými štyrmi zástupcami tejto pokladnice sú plynné zlúčeniny (od metánu po bután). Ako sa relatívna molekulová hmotnosť zvyšuje, dochádza k prechodu do kvapaliny a potom do pevného stavu agregácie.
Nasýtené a nenasýtené uhľovodíky sa nerozpúšťajú vo vode, ale môžu sa rozpustiť v molekulách organických rozpúšťadiel.
Vlastnosti izomérie
Aké typy izomérie majú nasýtené uhľovodíky? Príklady štruktúry zástupcov tejto triedy, počnúc butánom, naznačujúprítomnosť izomérie uhlíkového skeletu.
Uhlíkový reťazec tvorený kovalentnými polárnymi väzbami má cikcakovitý tvar. To je dôvod zmeny hlavného reťazca vo vesmíre, teda existencie štruktúrnych izomérov. Napríklad pri zmene usporiadania atómov v molekule butánu vzniká jeho izomér – 2metylpropán.
Chemické vlastnosti
Uvažujme o základných chemických vlastnostiach nasýtených uhľovodíkov. Pre zástupcov tejto triedy uhľovodíkov nie sú adičné reakcie charakteristické, pretože všetky väzby v molekule sú jednoduché (nasýtené). Alkány vstupujú do interakcií spojených s nahradením atómu vodíka halogénom (halogenácia), nitroskupinou (nitrácia). Ak majú vzorce nasýtených uhľovodíkov formu SpH2n + 2, potom po substitúcii vznikne látka zloženia CnH2n + 1CL a tiež CnH2n + 1NO2
Proces substitúcie má mechanizmus voľných radikálov. Najprv sa tvoria aktívne častice (radikály), potom sa pozoruje tvorba nových organických látok. Všetky alkány reagujú so zástupcami siedmej skupiny (hlavnej podskupiny) periodickej tabuľky, ale proces prebieha len pri zvýšenej teplote alebo v prítomnosti svetelného kvanta.
Všetci zástupcovia metánového radu sa tiež vyznačujú interakciou so vzdušným kyslíkom. Pri spaľovaní pôsobí oxid uhličitý a vodná para ako reakčné produkty. Reakcia je sprevádzaná tvorbou značného množstva tepla.
Keď metán interaguje s atmosférickým kyslíkomje možný výbuch. Podobný efekt je typický aj pre ostatných zástupcov triedy nasýtených uhľovodíkov. Nebezpečná je preto zmes butánu s propánom, etánom, metánom. Napríklad takéto akumulácie sú typické pre uhoľné bane, priemyselné dielne. Ak sa nasýtený uhľovodík zahreje nad 1000 °C, rozloží sa. Vyššie teploty vedú k produkcii nenasýtených uhľovodíkov, ako aj k tvorbe plynného vodíka. Proces dehydrogenácie má priemyselný význam, umožňuje vám získať rôzne organické látky.
Pre uhľovodíky metánového radu, počínajúc butánom, je charakteristická izomerizácia. Jeho podstata spočíva v zmene uhlíkového skeletu, získaní nasýtených rozvetvených uhľovodíkov.
Funkcie aplikácie
Metán ako zemný plyn sa používa ako palivo. Chlórové deriváty metánu majú veľký praktický význam. V medicíne sa používa napríklad chloroform (trichlórmetán) a jódform (trijódmetán) a tetrachlórmetán v procese vyparovania zastavuje prístup vzdušného kyslíka, preto sa používa na hasenie požiarov.
Vďaka vysokej výhrevnosti uhľovodíkov sa používajú ako palivo nielen v priemyselnej výrobe, ale aj na domáce účely.
Zmes propánu a butánu, nazývaná „skvapalnený plyn“, je obzvlášť dôležitá v oblastiach, kde nie je dostupný zemný plyn.
Zaujímavé fakty
Zástupcovia uhľovodíkov, ktoré sú v kvapalnom stave, sú palivom pre spaľovacie motory v automobiloch (benzín). Okrem toho je metán cenovo dostupnou surovinou pre rôzne chemické odvetvia.
Napríklad reakcia rozkladu a spaľovania metánu sa využíva na priemyselnú výrobu sadzí, ktoré sú potrebné na výrobu tlačiarenskej farby, ako aj na syntézu rôznych gumových produktov z gumy.
Na to sa do pece spolu s metánom privádza taký objem vzduchu, aby došlo k čiastočnému spaľovaniu nasýteného uhľovodíka. Keď teplota stúpa, časť metánu sa rozloží a vytvorí jemné sadze.
Tvorba vodíka z parafínov
Metán je hlavným zdrojom priemyselného vodíka používaného na syntézu amoniaku. Na vykonanie dehydrogenácie sa metán zmieša s parou.
Proces prebieha pri teplote okolo 400 °C, tlaku okolo 2-3 MPa, používajú sa hliníkové a niklové katalyzátory. Pri niektorých syntézach sa používa zmes plynov, ktorá pri tomto procese vzniká. Ak následné transformácie zahŕňajú použitie čistého vodíka, potom sa uskutoční katalytická oxidácia oxidu uhoľnatého vodnou parou.
Chloráciou vzniká zmes metánových chlórových derivátov, ktoré majú široké priemyselné využitie. Napríklad chlórmetán je schopný absorbovať teplo, a preto sa používa ako chladivo v moderných chladiacich systémoch.
Dichlórmetán je dobré rozpúšťadlo pre organické látky používané pri chemickej syntéze.
Chlorovodík, ktorý vzniká v procese radikálovej halogenácie, sa po rozpustení vo vode mení na kyselinu chlorovodíkovú. V súčasnosti sa acetylén získava aj z metánu, ktorý je cennou chemickou surovinou.
Záver
Zástupcovia metánovej homologickej série sú v prírode široko rozšírení, čo z nich robí obľúbené látky v mnohých odvetviach moderného priemyslu. Z homológov metánu možno získať rozvetvené uhľovodíky, ktoré sú potrebné na syntézu rôznych tried organických látok. Najvyššími predstaviteľmi triedy alkánov sú suroviny na výrobu syntetických detergentov.
V praxi sú okrem parafínov zaujímavé aj alkány, cykloalkány, nazývané cykloparafíny. Ich molekuly tiež obsahujú jednoduché väzby, ale zvláštnosťou zástupcov tejto triedy je prítomnosť cyklickej štruktúry. Alkány aj cykloakány sa používajú vo veľkých množstvách ako plynné palivá, pretože procesy sú sprevádzané uvoľňovaním značného množstva tepla (exotermický efekt). V súčasnosti sú alkány, cykloalkány považované za najcennejšie chemické suroviny, takže ich praktické využitie nie je obmedzené na typické spaľovacie reakcie.
