الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات) عبارة عن هيدروكربونات أليفاتية مشبعة ، حيث توجد رابطة بسيطة (مفردة) بين ذرات الكربون.
جميع التكافؤات الأخرى مشبعة بالكامل بذرات الهيدروجين.
سلسلة متماثل
الهيدروكربونات المشبعة المطلقة لها الصيغة العامة SpH2p + 2. في ظل الظروف العادية ، يظهر ممثلو هذه الفئة تفاعلًا ضعيفًا ، لذلك يطلق عليهم اسم "البارافينات". تبدأ الهيدروكربونات المشبعة بالميثان ، والذي له الصيغة الجزيئية CH4.
ميزات الهيكل على مثال الميثان
هذه المادة العضوية عديمة الرائحة واللون ، والغاز ما يقرب من ضعف ضوء الهواء. في الطبيعة ، يتشكل أثناء تحلل الكائنات الحية الحيوانية والنباتية ، ولكن فقط في حالة عدم وجود منفذ للهواء. توجد في مناجم الفحم ، في خزانات المستنقعات. بكميات صغيرة ، الميثان هو جزء من الغاز الطبيعي ، والذي يستخدم حاليًا كوقود في الإنتاج ، في الحياة اليومية.
هذا الهيدروكربون المشبع الذي ينتمي إلى فئة الألكانات له رابطة قطبية تساهمية. يتم شرح الهيكل الرباعي السطوح بواسطة sp3تهجين ذرة كربون ، زاوية الرابطة 109 ° 28 '.
تسمية البارافينات
يمكن تسمية الهيدروكربونات المشبعة وفقًا للتسمية المنهجية. هناك إجراء معين يسمح لك بمراعاة جميع الفروع الموجودة في جزيء الهيدروكربون المشبع. تحتاج أولاً إلى تحديد أطول سلسلة كربون ، ثم ترقيم ذرات الكربون. للقيام بذلك ، حدد جزء الجزيء الذي يوجد فيه الحد الأقصى للتفرع (عدد أكبر من الجذور). إذا كان هناك العديد من الجذور المتطابقة في الألكان ، فإن تحديد البادئات يشار إليها باسمها: ثنائي ، ثلاثي ، تترا. تُستخدم الأرقام لتوضيح موضع الجسيمات النشطة في جزيء الهيدروكربون. الخطوة الأخيرة في اسم البارافينات هي الإشارة إلى سلسلة الكربون نفسها ، مع إضافة اللاحقة -an.
تختلف الهيدروكربونات المشبعة في حالة تجمعها. الممثلون الأربعة الأوائل لسجل النقد هذا هم مركبات غازية (من الميثان إلى البيوتان). مع زيادة الوزن الجزيئي النسبي ، هناك انتقال إلى سائل ، ثم إلى حالة تجميع صلبة.
الهيدروكربونات المشبعة وغير المشبعة لا تذوب في الماء ، ولكن يمكن أن تذوب في جزيئات المذيبات العضوية.
ميزات التماثل
ما أنواع الأيزومرية الموجودة في الهيدروكربونات المشبعة؟ تشير أمثلة على هيكل ممثلي هذه الفئة ، بدءًا من البيوتانوجود تماثل للهيكل الكربوني
سلسلة الكربون المكونة من الروابط القطبية التساهمية لها شكل متعرج. هذا هو سبب التغيير في السلسلة الرئيسية في الفضاء ، أي وجود أيزومرات بنيوية. على سبيل المثال ، عند تغيير ترتيب الذرات في جزيء البوتان ، يتم تكوين أيزومير - 2 ميثيل بروبان.
الخصائص الكيميائية
دعونا ننظر في الخصائص الكيميائية الأساسية للهيدروكربونات المشبعة. بالنسبة لممثلي هذه الفئة من الهيدروكربونات ، فإن تفاعلات الإضافة ليست مميزة ، لأن جميع الروابط في الجزيء مفردة (مشبعة). تدخل الألكانات في تفاعلات مرتبطة باستبدال ذرة الهيدروجين بهالوجين (هالوجين) ، مجموعة نيترو (نيترة). إذا كانت صيغ الهيدروكربونات المشبعة لها شكل SpH2n + 2 ، فبعد الاستبدال ، يتم تشكيل مادة من التركيبة CnH2n + 1CL ، وكذلك CnH2n + 1NO2.
عملية الاستبدال لها آلية الجذور الحرة. أولاً ، يتم تشكيل الجسيمات النشطة (الجذور) ، ثم يتم ملاحظة تكوين مواد عضوية جديدة. تتفاعل جميع الألكانات مع ممثلي المجموعة السابعة (المجموعة الفرعية الرئيسية) من الجدول الدوري ، لكن العملية تستمر فقط عند درجة حرارة مرتفعة ، أو في وجود كمية خفيفة.
أيضًا ، يتميز جميع ممثلي سلسلة الميثان بالتفاعل مع الأكسجين الجوي. أثناء الاحتراق ، يعمل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء كمنتجات تفاعل. يكون التفاعل مصحوبًا بتكوين كمية كبيرة من الحرارة.
عندما يتفاعل الميثان مع الأكسجين الجويانفجار ممكن. هناك تأثير مماثل نموذجي للممثلين الآخرين لفئة الهيدروكربونات المشبعة. هذا هو السبب في أن خليط البيوتان مع البروبان والإيثان والميثان أمر خطير. على سبيل المثال ، هذه التراكمات نموذجية لمناجم الفحم والورش الصناعية. إذا تم تسخين الهيدروكربون المشبع فوق 1000 درجة مئوية ، فإنه يتحلل. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إنتاج الهيدروكربونات غير المشبعة ، وكذلك إلى تكوين غاز الهيدروجين. تعتبر عملية نزع الهيدروجين ذات أهمية صناعية ، فهي تتيح لك الحصول على مجموعة متنوعة من المواد العضوية.
بالنسبة للهيدروكربونات في سلسلة الميثان ، بدءًا من البيوتان ، تعتبر الأزمرة مميزة. يكمن جوهرها في تغيير الهيكل الكربوني ، والحصول على الهيدروكربونات المشبعة المتفرعة.
مميزات التطبيق
يتم استخدام الميثان كغاز طبيعي كوقود. تعتبر مشتقات الميثان من الكلور ذات أهمية عملية كبيرة. على سبيل المثال ، يتم استخدام الكلوروفورم (ثلاثي كلورو ميثان) واليودوفورم (ثلاثي يود ميثان) في الطب ، ويوقف رابع كلوريد الكربون في عملية التبخر وصول الأكسجين الجوي ، لذلك يتم استخدامه لإطفاء الحرائق.
نظرًا للقيمة العالية للقيمة الحرارية للهيدروكربونات ، فهي تستخدم كوقود ليس فقط في الإنتاج الصناعي ، ولكن أيضًا للأغراض المنزلية.
مزيج من البروبان والبيوتان ، يسمى "الغاز المسال" ، وثيق الصلة بشكل خاص بالمناطق التي لا يتوفر فيها الغاز الطبيعي.
حقائق مثيرة للاهتمام
ممثلو الهيدروكربونات ، التي هي في حالة سائلة ، وقود لمحركات الاحتراق الداخلي في السيارات (البنزين). بالإضافة إلى ذلك ، الميثان مادة خام ميسورة التكلفة لمختلف الصناعات الكيماوية.
على سبيل المثال ، يتم استخدام تفاعل تحلل واحتراق غاز الميثان في الإنتاج الصناعي للسخام ، وهو أمر ضروري لإنتاج حبر الطباعة ، فضلاً عن تصنيع منتجات المطاط المختلفة من المطاط.
للقيام بذلك ، يتم توفير مثل هذا الحجم من الهواء للفرن مع الميثان بحيث يحدث الاحتراق الجزئي للهيدروكربون المشبع. مع ارتفاع درجة الحرارة ، سوف يتحلل بعض الميثان ، مما ينتج عنه سخام ناعم.
تكوين الهيدروجين من البارافينات
الميثان هو المصدر الرئيسي للهيدروجين الصناعي المستخدم في تصنيع الأمونيا. لإجراء نزع الهيدروجين ، يتم خلط الميثان بالبخار.
تتم العملية عند درجة حرارة حوالي 400 درجة مئوية ، وضغط من حوالي 2-3 ميجا باسكال ، وتستخدم محفزات الألومنيوم والنيكل. في بعض التركيبات ، يتم استخدام خليط من الغازات ، والذي يتكون في هذه العملية. إذا تضمنت التحولات اللاحقة استخدام الهيدروجين النقي ، فيتم إجراء الأكسدة التحفيزية لأول أكسيد الكربون مع بخار الماء.
الكلورة تنتج خليطًا من مشتقات الميثان كلور ، والتي لها تطبيقات صناعية واسعة. على سبيل المثال ، الكلوروميثان قادر على امتصاص الحرارة ، وهذا هو سبب استخدامه كمبرد في أنظمة التبريد الحديثة.
ثنائي كلورو ميثان مذيب جيد للمواد العضوية ، يستخدم في التخليق الكيميائي.
كلوريد الهيدروجين ، الذي يتكون في عملية الهالوجين الجذري ، بعد الذوبان في الماء ، يصبح حمض الهيدروكلوريك. حاليًا ، يتم الحصول على الأسيتيلين أيضًا من الميثان ، وهو مادة خام كيميائية قيمة.
الخلاصة
يتم توزيع ممثلي سلسلة الميثان المتجانسة على نطاق واسع في الطبيعة ، مما يجعلها مواد شائعة في العديد من فروع الصناعة الحديثة. من متماثلات الميثان ، يمكن الحصول على الهيدروكربونات المتفرعة ، والتي تعتبر ضرورية لتركيب فئات مختلفة من المواد العضوية. أعلى ممثلي فئة الألكانات هم المواد الخام لإنتاج المنظفات الاصطناعية.
بالإضافة إلى البارافينات ، تعتبر الألكانات ، والألكانات الحلقية ، التي تسمى السيكلوبارافينات ، ذات أهمية عملية أيضًا. تحتوي جزيئاتها أيضًا على روابط بسيطة ، لكن خصوصية ممثلي هذه الفئة هي وجود بنية دورية. يتم استخدام كل من الألكانات والسيكلوآكانات بكميات كبيرة كوقود غازي ، حيث أن العمليات مصحوبة بإطلاق كمية كبيرة من الحرارة (تأثير طارد للحرارة). حاليًا ، تعتبر الألكانات والسيكلو ألكانات أكثر المواد الخام الكيميائية قيمة ، لذلك لا يقتصر استخدامها العملي على تفاعلات الاحتراق النموذجية.
