A telített szénhidrogének (paraffinok) telített alifás szénhidrogének, ahol egyszerű (egyszeres) kötés van a szénatomok között.
Az összes többi vegyérték teljesen telített hidrogénatommal.
Homológiai sorozat
A végső telített szénhidrogének általános képlete SpH2p+2. Normál körülmények között ennek az osztálynak a képviselői gyenge reaktivitást mutatnak, ezért "paraffinoknak" nevezik őket. A telített szénhidrogének metánnal kezdődnek, amelynek molekulaképlete CH4.
Struktúra jellemzői a metán példáján
Ez a szerves anyag szagtalan és színtelen, a gáz majdnem kétszer olyan könnyű, mint a levegő. A természetben az állati és növényi szervezetek bomlása során keletkezik, de csak a levegő hozzáférésének hiányában. Szénbányákban, mocsaras tározókban található. Kis mennyiségben a metán része a földgáznak, amelyet jelenleg üzemanyagként használnak a termelésben, a mindennapi életben.
Ez az alkánok osztályába tartozó telített szénhidrogén kovalens poláris kötést tartalmaz. A tetraéderes szerkezetet az sp3 magyarázzaszénatom hibridizációja esetén a kötési szög 109°28'.
A paraffinok nómenklatúrája
A telített szénhidrogének a szisztematikus nómenklatúra szerint nevezhetők el. Van egy bizonyos eljárás, amely lehetővé teszi, hogy figyelembe vegye az összes ágat, amely a telített szénhidrogén molekulájában jelen van. Először meg kell határoznia a leghosszabb szénláncot, majd számoznia kell a szénatomokat. Ehhez válassza ki a molekulának azt a részét, amelyben a maximális elágazás (nagyobb számú gyök) található. Ha az alkánban több egyforma gyök található, akkor a nevükkel az előtagokat jelöljük: di-, tri-, tetra. A számokat arra használják, hogy tisztázzák az aktív részecskék helyzetét a szénhidrogén molekulában. A paraffinok elnevezésének utolsó lépése magának a szénláncnak a megjelölése, az -an utótag hozzáadásával.
A telített szénhidrogének aggregációs állapotukban különböznek. Ennek a pénztárgépnek az első négy képviselője gáznemű vegyületek (metántól butánig). Ahogy a relatív molekulatömeg növekszik, az átmenet folyadékká, majd szilárd halmazállapotúvá válik.
A telített és telítetlen szénhidrogének nem oldódnak vízben, de oldódnak szerves oldószermolekulákban.
Az izoméria jellemzői
Milyen izomériatípusok jellemzik a telített szénhidrogéneket? Példák ennek az osztálynak a képviselőinek szerkezetére, a butánnal kezdvea szénváz izomériájának jelenléte.
A kovalens poláris kötésekből kialakított szénlánc cikkcakk alakú. Ez az oka a térbeli főlánc változásának, vagyis a szerkezeti izomerek létezésének. Például, amikor megváltoztatjuk az atomok elrendezését egy butánmolekulában, annak izomerje képződik - 2metilpropán.
Kémiai tulajdonságok
Vegyük figyelembe a telített szénhidrogének alapvető kémiai tulajdonságait. A szénhidrogének ezen osztályának képviselőire az addíciós reakciók nem jellemzőek, mivel a molekulában minden kötés egyszeres (telített). Az alkánok olyan kölcsönhatásokba lépnek, amelyek a hidrogénatom halogénnel (halogénezés), nitrocsoporttal (nitrálás) való helyettesítésével járnak. Ha a telített szénhidrogének képlete SpH2n + 2, akkor a helyettesítés után CnH2n + 1CL összetételű anyag képződik, valamint CnH2n + 1NO2.
A helyettesítési folyamatnak van egy szabad gyökös mechanizmusa. Először aktív részecskék (gyökök) képződnek, majd új szerves anyagok képződése figyelhető meg. Minden alkán reagál a periódusos rendszer hetedik csoportjának (fő alcsoportjának) képviselőivel, de a folyamat csak megemelt hőmérsékleten, vagy fénykvantum jelenlétében megy végbe.
A metánsorozat minden képviselőjét a légköri oxigénnel való kölcsönhatás is jellemzi. Az égés során a szén-dioxid és a vízgőz reakciótermékként működik. A reakciót jelentős mennyiségű hő képződése kíséri.
Amikor a metán kölcsönhatásba lép a légköri oxigénnelrobbanás lehetséges. Hasonló hatás jellemző a telített szénhidrogének osztályának más képviselőire is. Ezért veszélyes a bután propánnal, etánnal, metánnal való keveréke. Például az ilyen felhalmozódások jellemzőek a szénbányákra, ipari műhelyekre. Ha a telített szénhidrogént 1000 °C fölé hevítjük, akkor lebomlik. A magasabb hőmérséklet telítetlen szénhidrogének termelődéséhez, valamint hidrogéngáz képződéséhez vezet. A dehidrogénezési eljárás ipari jelentőségű, lehetővé teszi különféle szerves anyagok kinyerését.
A metán sorozatú szénhidrogénekre, kezdve a butánnal, az izomerizáció a jellemző. Lényege a szénváz megváltoztatása, telített elágazó szénhidrogének kinyerése.
Alkalmazás jellemzői
A metánt, mint földgázt üzemanyagként használják. A metán klórszármazékai nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak. Például a kloroformot (triklór-metán) és a jodoformot (trijód-metán) használják az orvostudományban, és a szén-tetraklorid a párolgás során megakadályozza a légköri oxigén hozzáférését, ezért tüzek oltására használják.
A szénhidrogének magas fűtőértéke miatt nem csak az ipari termelésben, hanem háztartási célokra is használják tüzelőanyagként.
A propán és bután keveréke, az úgynevezett "cseppfolyósított gáz", különösen fontos azokon a területeken, ahol nem áll rendelkezésre földgáz.
Érdekes tények
A szénhidrogének képviselői, amelyek folyékony állapotban vannak, az autók belső égésű motorjainak üzemanyagai (benzin). Ezenkívül a metán megfizethető nyersanyag a különféle vegyipar számára.
Például a metán bomlásának és égésének reakcióját használják fel a nyomdafesték előállításához szükséges korom ipari előállításához, valamint különféle gumitermékek gumiból történő szintéziséhez.
Ehhez olyan mennyiségű levegőt vezetnek a kemencébe metánnal együtt, hogy a telített szénhidrogén részleges égése megtörténjen. Ahogy a hőmérséklet emelkedik, a metán egy része lebomlik, finom kormot termelve.
Hidrogén képződése paraffinokból
A metán az ammóniaszintézishez használt ipari hidrogén fő forrása. A dehidrogénezéshez metánt gőzzel keverünk.
A folyamat körülbelül 400 °C hőmérsékleten, körülbelül 2-3 MPa nyomáson megy végbe, alumínium és nikkel katalizátorokat használnak. Egyes szintéziseknél gázkeveréket használnak, amely ebben a folyamatban képződik. Ha a későbbi átalakítások során tiszta hidrogént használnak, akkor a szén-monoxidot vízgőzzel katalitikus oxidációval oxidálják.
A klórozás metán-klór-származékok keverékét állítja elő, amelyek széleskörű ipari alkalmazással rendelkeznek. Például a klór-metán képes elnyelni a hőt, ezért használják hűtőközegként a modern hűtőrendszerekben.
A diklór-metán a szerves anyagok jó oldószere, kémiai szintézisben használják.
A gyökös halogénezés során keletkező hidrogén-klorid, miután vízben feloldódik, sósavvá válik. Jelenleg az acetilént metánból is nyerik, amely értékes vegyi alapanyag.
Következtetés
A metánhomológ sorozat képviselői széles körben elterjedtek a természetben, ami népszerűvé teszi őket a modern ipar számos ágában. A metán homológokból elágazó szénhidrogének nyerhetők, amelyek a szerves anyagok különböző osztályainak szintéziséhez szükségesek. Az alkánok osztályának legmagasabb képviselői a szintetikus mosószerek előállításához használt alapanyagok.
A paraffinok mellett az alkánok, cikloalkánok, az úgynevezett cikloparaffinok is gyakorlati jelentőséggel bírnak. Molekuláik egyszerű kötéseket is tartalmaznak, de ennek az osztálynak a képviselőinek sajátossága a ciklikus szerkezet jelenléte. Mind az alkánokat, mind a cikloakánokat nagy mennyiségben használják gáz-halmazállapotú tüzelőanyagként, mivel a folyamatok jelentős mennyiségű hő felszabadulásával járnak (exoterm hatás). Jelenleg az alkánok, cikloalkánok a legértékesebb vegyi alapanyagok, így gyakorlati felhasználásuk nem korlátozódik a tipikus égési reakciókra.
