A szerves kémia tanfolyamokon tanulmányozott legegyszerűbb vegyületek a telített szénhidrogének vagy paraffinok, amelyeket alkánoknak is neveznek. Minőségi összetételüket csak két elem atomjai képviselik: a szén és a hidrogén. A vegyületek molekulái csak egyfajta kémiai kötést tartalmaznak - egyszeres vagy egyszerű. Cikkünkben az alkánok szerkezetét, kinyerési módszereit és tulajdonságait tanulmányozzuk.
A sorozat képviselői és nevük
A paraffin osztály első vegyülete a metán. Molekulaképlete CH4, megfelel az anyagok általános képletének, amely a következő: C H2 +2. Az első négy alkánnak egyedi neve van, például metán, etán. Az ötödik összetételtől kezdve a nevezéktan görög számok felhasználásával épül fel. Például egy öt szénatomos anyagot a C5H12 molekulában pentánnak neveznek (a görög „penta” szóból – öt). A racionális nómenklatúra szerint az alkánok,az általunk vizsgált anyagok kémiai tulajdonságait és előállítását anyagok - metán származékok - formájában ábrázolhatjuk. Molekulájában egy vagy több hidrogénatomot szénhidrogén gyökök helyettesítenek. A szisztematikus nómenklatúra szerint a szénatomok leghosszabb láncát kell kiválasztani, amelyek attól a végtől vannak számozva, amelyikhez közelebb vannak a gyökök. Ezután meghatározzuk a szigmakötéssel a gyökrészecskéhez kapcsolódó szénatom számát, és a gyököt úgy finomítjuk, hogy hozzáadjuk magának az alkánnak a nevét, például 3-metil-bután.
Alkánok előállítása
A paraffintermelés fő és leggyakoribb forrása az ásványi anyagok: a földgáz és az olaj. A mocsári gázban metán nyomai, valamint hidrogén és nitrogén találhatók. A molekulában nagyszámú szénatomot tartalmazó szilárd alkánok jelen vannak az ozoceritben. Ez egy egyedülálló tulajdonságokkal rendelkező hegyi viasz, amelynek lelőhelyeit például Nyugat-Ukrajnában fejlesztik. A telített szénhidrogének extrakciójára számos szintetikus módszer létezik, különösen redukciós reakcióval. Az iparban többféle módszert különböztethetünk meg az alkánok redoxreakcióival történő előállítására, például halogén-alkil-csoportok és hidrogén-jodid vagy nátrium-amalgám között. Egyszerűbb az alkének, alkinek vagy alkadiének hidrogénnel történő redukálása nikkelkatalizátor jelenlétében. A reakciótermék a megfelelő paraffin lesz. A folyamat a következő egyenlettel fejezhető kireakciók:
CH2 =CH2 + H2=H 3C-CH3 (etán)
Karbonsavak sóinak lúgos olvasztása
Ha nátriumsót CH3COONa vagy más, ebbe az osztályba tartozó, aktív fématomokat tartalmazó anyagot nátrium-hidroxiddal vagy nátronmésszel melegít, telített szénhidrogéneket kaphat. Az első típusú reakciót gyakrabban alkalmazzák a laboratóriumban, a másodikat a só részét képező karbonsav szerkezetének pontos elemzésére. Az alkánok kinyerésének ez a módszere lehetővé teszi a reagens szénláncának felhasadásának és a benne lévő szénatomok számának csökkenésének megfigyelését.
Wurtz reakció
Azok az anyagok, amelyek paraffinszármazékok, amelyekben a hidrogénatomokat klór-, bróm- vagy jódrészecskék váltották fel, kölcsönhatásba léphetnek a finoman diszpergált fémes nátriummal. Az általános reakcióegyenlet a következő lesz:
2RHal + 2Na → R-R + 2NaHal, Ezt az eljárást F. Würz francia kémikus fedezte fel 1870-ben. Később P. P. Sharygin tisztázta annak mechanizmusát, amely egy alkán előállításához vezetett. Kiderült, hogy a halogénatomot először fém váltja fel. Ezután a kapott szerves nátrium-anyag kölcsönhatásba lép egy másik halogén-alkán molekulával. Ezt a reakciót a magasabb paraffinok szintézisének technológiájában alkalmazták.
Telített szénhidrogének tulajdonságai
Meghatározzák a szerves vegyületek minden osztályának fizikai jellemzőitolyan tulajdonságok, amelyek természetesen változnak és az anyagok molekuláinak szerkezetétől függenek. Tehát az alkánok első négy homológja, amelyek reakcióit korábban megvizsgáltuk, gázok. Az összetételükben 5-14 szénatomos paraffinok folyékony fázisban vannak, míg a fennmaradó alkánok szilárd vegyületek. A gáznemű és szilárd anyagok szagtalanok, a folyékony paraffinok kerozin- vagy benzinszagúak. Az anyagok legfontosabb kémiai tulajdonságai közé tartozik például a kemény oxidáció - égés, melynek eredményeként nagy mennyiségű hő szabadul fel:
CH4 + 2O2=CO2 + 2H 2O
Emlékezzünk vissza, hogy a fő tüzelőanyag – a földgáz – fő összetevője a metán.
Helyettesítési reakciók
A halogénezés a szabad gyökös mechanizmussal az alkánok másik jellemzője. Szubsztitúciós reakciókra utal, és vegyületek képződéséhez vezet - paraffinok halogén származékai:
C5H12+Cl2=HCl + C5 H11Cl (kloropentán).
A nitrálás az alkánok és híg nitrátsav kölcsönhatása katalizátor jelenlétében és nyomás alatt, amelyet 1889-ben N. M. Konovalov fedezett fel. A paraffin-nitrovegyületek széles körben alkalmazhatók nyersanyagként rakéta-üzemanyag, robbanóanyagok, valamint karbonsavak és aminok kinyerésére.
Az alkánok homológ sorozatának magasabb rendű tagjainak oxidációja katalizátor jelenlétében alkoholok és karbonsavak termelődéséhez vezeta műanyagok és detergensek gyártásához használt lágyítók szintetizálására használt savak.
Cikkünkben a telített szénhidrogének tulajdonságait vizsgáltuk, és tanulmányoztuk, hogyan lehet előállítani őket.
