هیدروکربن های اشباع (پارافین ها) هیدروکربن های آلیفاتیک اشباع هستند که در آن پیوند ساده (تک) بین اتم های کربن وجود دارد.
همه ظرفیت های دیگر کاملاً با اتم های هیدروژن اشباع شده اند.
سریال همسانی
هیدروکربن های اشباع نهایی دارای فرمول کلی SpH2p+2 هستند. در شرایط عادی، نمایندگان این کلاس واکنش ضعیفی نشان می دهند، بنابراین به آنها "پارافین" می گویند. هیدروکربن های اشباع شده با متان شروع می شوند که دارای فرمول مولکولی CH4 است.
ویژگی‌های ساختاری در مثالی از متان
این ماده آلی بی بو و بی رنگ است، گاز تقریبا دو برابر هوا سبکتر است. در طبیعت، در هنگام تجزیه موجودات جانوری و گیاهی تشکیل می شود، اما تنها در صورت عدم دسترسی به هوا. در معادن زغال سنگ، در مخازن باتلاقی یافت می شود. در مقادیر کم، متان بخشی از گاز طبیعی است که در حال حاضر به عنوان سوخت در تولید در زندگی روزمره استفاده می شود.
این هیدروکربن اشباع متعلق به کلاس آلکان ها دارای پیوند قطبی کووالانسی است. ساختار چهار وجهی توسط sp3 توضیح داده شده استهیبریداسیون یک اتم کربن، زاویه پیوند 109 درجه و 28 دقیقه است.
نامگذاری پارافین
هیدروکربن های اشباع را می توان بر اساس نامگذاری سیستماتیک نامگذاری کرد. روش خاصی وجود دارد که به شما امکان می دهد تمام شاخه های موجود در مولکول هیدروکربن اشباع را در نظر بگیرید. ابتدا باید طولانی ترین زنجیره کربن را شناسایی کنید، سپس اتم های کربن را شماره گذاری کنید. برای انجام این کار، بخشی از مولکول را انتخاب کنید که در آن حداکثر انشعاب وجود دارد (تعداد بیشتر رادیکال). اگر چندین رادیکال یکسان در آلکان وجود داشته باشد، پیشوندهای مشخص با نام آنها نشان داده می شوند: di-، tri-، tetra. از اعداد برای روشن کردن موقعیت ذرات فعال در یک مولکول هیدروکربن استفاده می شود. مرحله آخر در نام پارافین، نشان دادن خود زنجیره کربن با اضافه کردن پسوند -an است.
هیدروکربن های اشباع از نظر حالت تجمع متفاوت هستند. چهار نماینده اول این صندوق، ترکیبات گازی (از متان تا بوتان) هستند. با افزایش وزن مولکولی نسبی، انتقال به مایع، و سپس به حالت جامد از تجمع وجود دارد.
هیدروکربن های اشباع و غیر اشباع در آب حل نمی شوند، اما می توانند در مولکول های حلال آلی حل شوند.
ویژگی های ایزومریسم
هیدروکربن های اشباع چه نوع ایزومریسم دارند؟ نمونه هایی از ساختار نمایندگان این طبقه، که با بوتان شروع می شود، نشان می دهدوجود ایزومریسم اسکلت کربن.
زنجیره کربنی تشکیل شده توسط پیوندهای قطبی کووالانسی شکل زیگزاگی دارد. دلیل تغییر زنجیره اصلی در فضا یعنی وجود ایزومرهای ساختاری نیز همین است. به عنوان مثال، هنگام تغییر آرایش اتم ها در یک مولکول بوتان، ایزومر آن تشکیل می شود - 2 متیل پروپان.
خواص شیمیایی
بیایید خواص شیمیایی اساسی هیدروکربن های اشباع را در نظر بگیریم. برای نمایندگان این دسته از هیدروکربن ها، واکنش های افزودن مشخصه نیست، زیرا تمام پیوندهای موجود در مولکول منفرد (اشباع شده) هستند. آلکان ها وارد فعل و انفعالاتی می شوند که با جایگزینی اتم هیدروژن با یک هالوژن (هالوژناسیون)، یک گروه نیترو (نیتراسیون) همراه است. اگر فرمول هیدروکربن های اشباع شکل SpH2n + 2 داشته باشد، پس از جایگزینی، ماده ای از ترکیب CnH2n + 1CL و همچنین CnH2n + 1NO2 تشکیل می شود.
فرآیند جایگزینی مکانیسم رادیکال آزاد دارد. ابتدا ذرات فعال (رادیکال ها) تشکیل می شوند، سپس تشکیل مواد آلی جدید مشاهده می شود. همه آلکان ها با نمایندگان گروه هفتم (زیرگروه اصلی) جدول تناوبی واکنش می دهند، اما این فرآیند فقط در دمای بالا یا در حضور یک کوانتوم سبک ادامه می یابد.
همچنین، همه نمایندگان سری متان با برهمکنش با اکسیژن اتمسفر مشخص می شوند. در طی احتراق، دی اکسید کربن و بخار آب به عنوان محصولات واکنش عمل می کنند. واکنش با تشکیل مقدار قابل توجهی گرما همراه است.
هنگامی که متان با اکسیژن اتمسفر برهمکنش می کندامکان انفجار وجود دارد یک اثر مشابه برای سایر نمایندگان کلاس هیدروکربن های اشباع معمول است. به همین دلیل است که مخلوط بوتان با پروپان، اتان، متان خطرناک است. به عنوان مثال، چنین تجمعاتی برای معادن زغال سنگ، کارگاه های صنعتی معمولی است. اگر هیدروکربن اشباع بالای 1000 درجه سانتیگراد گرم شود، تجزیه می شود. دماهای بالاتر منجر به تولید هیدروکربن های غیر اشباع و همچنین تشکیل گاز هیدروژن می شود. فرآیند هیدروژن زدایی از اهمیت صنعتی برخوردار است، به شما امکان می دهد انواع مختلفی از مواد آلی را دریافت کنید.
برای هیدروکربن های سری متان، که با بوتان شروع می شود، ایزومریزاسیون مشخصه است. ماهیت آن در تغییر اسکلت کربن، به دست آوردن هیدروکربن های شاخه اشباع است.
ویژگی های برنامه
متان به عنوان گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می شود. مشتقات کلر متان از اهمیت عملی زیادی برخوردار هستند. به عنوان مثال از کلروفرم (تری کلرومتان) و یدوفرم (تری یدومتان) در پزشکی استفاده می شود و تتراکلرید کربن در فرآیند تبخیر دسترسی به اکسیژن اتمسفر را متوقف می کند، بنابراین برای خاموش کردن آتش استفاده می شود.
به دلیل ارزش حرارتی بالای هیدروکربن ها، از آنها به عنوان سوخت نه تنها در تولیدات صنعتی، بلکه برای مصارف خانگی نیز استفاده می شود.
مخلوطی از پروپان و بوتان، به نام "گاز مایع"، به ویژه در مناطقی که گاز طبیعی در دسترس نیست، مهم است.
حقایق جالب
نمایندگان هیدروکربن ها که در حالت مایع هستند، سوخت موتورهای احتراق داخلی در خودروها (بنزین) هستند. علاوه بر این، متان یک ماده خام مقرون به صرفه برای صنایع مختلف شیمیایی است.
مثلاً از واکنش تجزیه و احتراق متان برای تولید صنعتی دوده استفاده می شود که برای تولید جوهر چاپ و همچنین سنتز محصولات لاستیکی مختلف از لاستیک ضروری است..
برای این کار، چنین حجمی از هوا همراه با متان به کوره می رسد تا احتراق جزئی هیدروکربن اشباع رخ دهد. با افزایش دما، مقداری از متان تجزیه می شود و دوده ریز تولید می کند.
تشکیل هیدروژن از پارافین
متان منبع اصلی هیدروژن صنعتی است که برای سنتز آمونیاک استفاده می شود. برای انجام هیدروژن زدایی، متان با بخار مخلوط می شود.
فرایند در دمای حدود 400 درجه سانتیگراد، فشار حدود 2-3 مگاپاسکال انجام می شود، از کاتالیزورهای آلومینیوم و نیکل استفاده می شود. در برخی از سنتزها از مخلوطی از گازها استفاده می شود که در این فرآیند تشکیل می شود. اگر دگرگونی‌های بعدی شامل استفاده از هیدروژن خالص باشد، اکسیداسیون کاتالیزوری مونوکسید کربن با بخار آب انجام می‌شود.
کلرزنی مخلوطی از مشتقات متان کلر تولید می کند که کاربرد صنعتی گسترده ای دارند. به عنوان مثال، کلرومتان قادر به جذب گرما است، به همین دلیل است که از آن به عنوان مبرد در سیستم های تبرید مدرن استفاده می شود.
دی کلرومتان یک حلال خوب برای مواد آلی است که در سنتز شیمیایی استفاده می شود.
هیدروژن کلرید که در فرآیند هالوژناسیون رادیکال ایجاد می شود، پس از حل شدن در آب به اسید کلریدریک تبدیل می شود. در حال حاضر استیلن نیز از متان که یک ماده خام شیمیایی با ارزش است به دست می آید.
نتیجه گیری
نمایندگان سری های همولوگ متان به طور گسترده در طبیعت توزیع شده اند، که آنها را به مواد محبوب در بسیاری از شاخه های صنعت مدرن تبدیل می کند. از همولوگ های متان می توان هیدروکربن های شاخه ای به دست آورد که برای سنتز کلاس های مختلف مواد آلی ضروری هستند. بالاترین نمایندگان کلاس آلکان ها مواد اولیه تولید شوینده های مصنوعی هستند.
علاوه بر پارافین ها، آلکان ها، سیکلوآلکان ها به نام سیکلوپارافین نیز مورد توجه عملی هستند. مولکول های آنها همچنین حاوی پیوندهای ساده است، اما ویژگی نمایندگان این کلاس وجود یک ساختار حلقوی است. هم آلکان ها و هم سیکلوآکان ها در مقادیر زیادی به عنوان سوخت گازی استفاده می شوند، زیرا این فرآیندها با انتشار مقدار قابل توجهی گرما (اثر گرمازا) همراه است. در حال حاضر، آلکان ها، سیکلوآلکان ها با ارزش ترین مواد خام شیمیایی در نظر گرفته می شوند، بنابراین استفاده عملی از آنها به واکنش های احتراق معمولی محدود نمی شود.
