Nasycené uhlovodíky (parafiny) jsou nasycené alifatické uhlovodíky, kde existuje jednoduchá (jednoduchá) vazba mezi atomy uhlíku.
Všechny ostatní valence jsou plně nasyceny atomy vodíku.
Homologická řada
Konečně nasycené uhlovodíky mají obecný vzorec SpH2p+2. Za normálních podmínek vykazují zástupci této třídy slabou reaktivitu, proto se nazývají "parafiny". Nasycené uhlovodíky začínají metanem, který má molekulární vzorec CH4.
Funkce struktury na příkladu metanu
Tato organická látka je bez zápachu a barvy, plyn je téměř dvakrát lehčí než vzduch. V přírodě vzniká při rozkladu živočišných a rostlinných organismů, ale pouze při nedostatku přístupu vzduchu. Nachází se v uhelných dolech, v bažinatých nádržích. V malém množství je metan součástí zemního plynu, který se v současnosti používá jako palivo při výrobě, v každodenním životě.
Tento nasycený uhlovodík patřící do třídy alkanů má kovalentní polární vazbu. Tetraedrická struktura je vysvětlena sp3hybridizace atomu uhlíku, vazebný úhel je 109°28'.
Nomenklatura parafinů
Nasycené uhlovodíky lze pojmenovat podle systematické nomenklatury. Existuje určitý postup, který umožňuje vzít v úvahu všechny větve, které jsou přítomny v molekule nasyceného uhlovodíku. Nejprve musíte určit nejdelší uhlíkový řetězec a poté očíslovat atomy uhlíku. K tomu vyberte část molekuly, ve které je maximální rozvětvení (větší počet radikálů). Pokud je v alkanu několik stejných radikálů, jsou u jejich názvu uvedeny upřesňující předpony: di-, tri-, tetra. Čísla se používají k objasnění polohy aktivních částic v molekule uhlovodíku. Posledním krokem ve jménu parafinů je označení samotného uhlíkového řetězce s přidáním přípony -an.
Nasycené uhlovodíky se liší svým stavem agregace. První čtyři zástupci této pokladny jsou plynné sloučeniny (od metanu po butan). Jak se relativní molekulová hmotnost zvyšuje, dochází k přechodu do kapaliny a poté do pevného stavu agregace.
Nasycené a nenasycené uhlovodíky se nerozpouštějí ve vodě, ale mohou se rozpouštět v molekulách organického rozpouštědla.
Funkce izomerie
Jaké typy izomerií mají nasycené uhlovodíky? Příklady struktury zástupců této třídy, počínaje butanem, naznačujípřítomnost izomerie uhlíkového skeletu.
Uhlíkový řetězec tvořený kovalentními polárními vazbami má klikatý tvar. To je důvodem změny hlavního řetězce v prostoru, tedy existence strukturních izomerů. Například při změně uspořádání atomů v molekule butanu vzniká jeho izomer - 2methylpropan.
Chemické vlastnosti
Uvažujme základní chemické vlastnosti nasycených uhlovodíků. Pro zástupce této třídy uhlovodíků nejsou adiční reakce charakteristické, protože všechny vazby v molekule jsou jednoduché (nasycené). Alkany vstupují do interakcí spojených s náhradou atomu vodíku halogenem (halogenace), nitroskupinou (nitrace). Pokud mají vzorce nasycených uhlovodíků formu SpH2n + 2, pak po substituci vznikne látka o složení CnH2n + 1CL a také CnH2n + 1NO2
Substituční proces má mechanismus volných radikálů. Nejprve se tvoří aktivní částice (radikály), poté je pozorován vznik nových organických látek. Všechny alkany reagují se zástupci sedmé skupiny (hlavní podskupiny) periodické tabulky, ale proces probíhá pouze při zvýšené teplotě nebo v přítomnosti světelného kvanta.
Všichni zástupci metanové řady se také vyznačují interakcí se vzdušným kyslíkem. Při spalování působí oxid uhličitý a vodní pára jako reakční produkty. Reakce je doprovázena tvorbou značného množství tepla.
Když metan interaguje s atmosférickým kyslíkemje možný výbuch. Podobný efekt je typický i pro další zástupce třídy nasycených uhlovodíků. Nebezpečná je proto směs butanu s propanem, ethanem, metanem. Například takové akumulace jsou typické pro uhelné doly, průmyslové dílny. Pokud se nasycený uhlovodík zahřeje nad 1000 °C, rozloží se. Vyšší teploty vedou k produkci nenasycených uhlovodíků a také k tvorbě plynného vodíku. Proces dehydrogenace má průmyslový význam, umožňuje vám získat různé organické látky.
Pro uhlovodíky methanové řady, počínaje butanem, je charakteristická izomerizace. Jeho podstata spočívá ve změně uhlíkového skeletu, získání nasycených rozvětvených uhlovodíků.
Funkce aplikace
Metan jako zemní plyn se používá jako palivo. Chlorderiváty methanu mají velký praktický význam. Například chloroform (trichlormethan) a jodoform (trijodmethan) se používají v lékařství a tetrachlormethan v procesu odpařování zastavuje přístup vzdušného kyslíku, takže se používá k hašení požárů.
Vzhledem k vysoké výhřevnosti uhlovodíků se používají jako palivo nejen v průmyslové výrobě, ale i pro domácí účely.
Směs propanu a butanu, nazývaná „zkapalněný plyn“, je zvláště důležitá v oblastech, kde není dostupný zemní plyn.
Zajímavá fakta
Zástupci uhlovodíků, které jsou v kapalném stavu, jsou palivem pro spalovací motory v automobilech (benzín). Kromě toho je metan dostupnou surovinou pro různé chemické průmysly.
Například reakce rozkladu a spalování metanu se využívá pro průmyslovou výrobu sazí, které jsou nezbytné pro výrobu tiskařských barev a také pro syntézu různých pryžových výrobků z pryže.
K tomu se do pece přivádí spolu s metanem takový objem vzduchu, aby došlo k částečnému spalování nasyceného uhlovodíku. Jak teplota stoupá, část metanu se rozloží a vytvoří jemné saze.
Tvorba vodíku z parafinů
Methan je hlavním zdrojem průmyslového vodíku používaného pro syntézu amoniaku. K provedení dehydrogenace se metan smíchá s párou.
Proces probíhá při teplotě asi 400 °C, tlaku asi 2-3 MPa, používají se hliníkové a niklové katalyzátory. Při některých syntézách se používá směs plynů, která při tomto procesu vzniká. Pokud následné transformace zahrnují použití čistého vodíku, pak se provádí katalytická oxidace oxidu uhelnatého vodní párou.
Chlorace produkuje směs metan-chlorderivátů, které mají široké průmyslové využití. Například chlormethan je schopen absorbovat teplo, a proto se používá jako chladivo v moderních chladicích systémech.
Dichlormethan je dobré rozpouštědlo pro organické látky používané v chemické syntéze.
Chlorovodík, který vzniká v procesu radikálové halogenace, se po rozpuštění ve vodě stává kyselinou chlorovodíkovou. V současnosti se acetylen získává také z metanu, což je cenná chemická surovina.
Závěr
Zástupci metanové homologní řady jsou v přírodě široce rozšířeni, což z nich dělá oblíbené látky v mnoha odvětvích moderního průmyslu. Z metanových homologů lze získat rozvětvené uhlovodíky, které jsou nezbytné pro syntézu různých tříd organických látek. Nejvyššími představiteli třídy alkanů jsou suroviny pro výrobu syntetických detergentů.
Kromě parafinů jsou praktického zájmu také alkany, cykloalkany, nazývané cykloparafiny. Jejich molekuly také obsahují jednoduché vazby, ale zvláštností zástupců této třídy je přítomnost cyklické struktury. Jak alkany, tak cykloakany se používají ve velkém množství jako plynná paliva, protože procesy jsou doprovázeny uvolňováním značného množství tepla (exotermický efekt). V současné době jsou alkany, cykloalkany považovány za nejcennější chemické suroviny, takže jejich praktické využití není omezeno na typické spalovací reakce.
