გაჯერებული ნახშირწყალბადები (პარაფინები) არის გაჯერებული ალიფატური ნახშირწყალბადები, სადაც ნახშირბადის ატომებს შორის არის მარტივი (ერთჯერადი) ბმა.
ყველა სხვა ვალენტობა სრულად არის გაჯერებული წყალბადის ატომებით.
ჰომოლოგიური სერია
საბოლოო გაჯერებულ ნახშირწყალბადებს აქვთ ზოგადი ფორმულა SpH2p+2. ნორმალურ პირობებში, ამ კლასის წარმომადგენლები აჩვენებენ სუსტ რეაქტიულობას, ამიტომ მათ "პარაფინს" უწოდებენ. გაჯერებული ნახშირწყალბადები იწყება მეთანით, რომელსაც აქვს მოლეკულური ფორმულა CH4.
სტრუქტურის მახასიათებლები მეთანის მაგალითზე
ეს ორგანული ნივთიერება უსუნო და უფეროა, გაზი ჰაერზე თითქმის ორჯერ მსუბუქია. ბუნებაში, იგი წარმოიქმნება ცხოველური და მცენარეული ორგანიზმების დაშლის დროს, მაგრამ მხოლოდ ჰაერის წვდომის არარსებობის შემთხვევაში. გვხვდება ქვანახშირის მაღაროებში, ჭაობიან წყალსაცავებში. მცირე რაოდენობით მეთანი არის ბუნებრივი აირის ნაწილი, რომელიც ამჟამად გამოიყენება როგორც საწვავი წარმოებაში, ყოველდღიურ ცხოვრებაში.
ამ გაჯერებულ ნახშირწყალბადს, რომელიც მიეკუთვნება ალკანების კლასს, აქვს კოვალენტური პოლარული ბმა. ტეტრაედრული სტრუქტურა აიხსნება sp3-ითნახშირბადის ატომის ჰიბრიდიზაცია, კავშირის კუთხე არის 109°28'.
პარაფინების ნომენკლატურა
გაჯერებული ნახშირწყალბადები შეიძლება დასახელდეს სისტემატური ნომენკლატურის მიხედვით. არსებობს გარკვეული პროცედურა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გაითვალისწინოთ ყველა ის ტოტი, რომელიც იმყოფება გაჯერებული ნახშირწყალბადის მოლეკულაში. ჯერ უნდა ამოიცნოთ ყველაზე გრძელი ნახშირბადის ჯაჭვი, შემდეგ დათვალოთ ნახშირბადის ატომები. ამისათვის შეარჩიეთ მოლეკულის ის ნაწილი, რომელშიც არის მაქსიმალური განშტოება (რადიკალების მეტი რაოდენობა). თუ ალკანში რამდენიმე იდენტური რადიკალია, მითითებული პრეფიქსები მითითებულია მათი სახელით: di-, tri-, tetra. რიცხვები გამოიყენება ნახშირწყალბადის მოლეკულაში აქტიური ნაწილაკების პოზიციის გასარკვევად. პარაფინების სახელის ბოლო ნაბიჯი არის თავად ნახშირბადის ჯაჭვის მითითება, სუფიქსის -an-ის დამატებით..
გაჯერებული ნახშირწყალბადები განსხვავდებიან აგრეგაციის მდგომარეობით. ამ სალარო აპარატის პირველი ოთხი წარმომადგენელი არის აირისებრი ნაერთები (მეთანიდან ბუტანამდე). ფარდობითი მოლეკულური წონის მატებასთან ერთად ხდება გადასვლა სითხეზე, შემდეგ კი აგრეგაციის მყარ მდგომარეობაში.
გაჯერებული და უჯერი ნახშირწყალბადები არ იხსნება წყალში, მაგრამ შეიძლება დაითხოვოს ორგანული გამხსნელების მოლეკულებში.
იზომერიზმის თავისებურებები
რა ტიპის იზომერიზმი აქვთ გაჯერებულ ნახშირწყალბადებს? ამ კლასის წარმომადგენლების სტრუქტურის მაგალითები, დაწყებული ბუტანით, მიუთითებსნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმის არსებობა.
კოვალენტური პოლარული ბმებით წარმოქმნილ ნახშირბადის ჯაჭვს აქვს ზიგზაგის ფორმა. ეს არის მიზეზი სივრცეში მთავარი ჯაჭვის ცვლილება, ანუ სტრუქტურული იზომერების არსებობა. მაგალითად, ბუტანის მოლეკულაში ატომების განლაგების შეცვლისას წარმოიქმნება მისი იზომერი - 2მეთილპროპანი..
ქიმიური თვისებები
მოდით განვიხილოთ გაჯერებული ნახშირწყალბადების ძირითადი ქიმიური თვისებები. ნახშირწყალბადების ამ კლასის წარმომადგენლებისთვის დამატების რეაქციები არ არის დამახასიათებელი, რადგან მოლეკულაში ყველა ბმა ერთჯერადი (გაჯერებულია). ალკანები შედიან ურთიერთქმედებებში, რომლებიც დაკავშირებულია წყალბადის ატომის ჰალოგენით (ჰალოგენაცია), ნიტრო ჯგუფის (ნიტრაციით) ჩანაცვლებასთან. თუ გაჯერებული ნახშირწყალბადების ფორმულებს აქვთ ფორმა SpH2n + 2, მაშინ ჩანაცვლების შემდეგ წარმოიქმნება კომპოზიციის ნივთიერება CnH2n + 1CL, ასევე CnH2n + 1NO2..
ჩანაცვლების პროცესს აქვს თავისუფალი რადიკალების მექანიზმი. ჯერ იქმნება აქტიური ნაწილაკები (რადიკალები), შემდეგ შეინიშნება ახალი ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნა. ყველა ალკანი რეაგირებს პერიოდული ცხრილის მეშვიდე ჯგუფის (მთავარი ქვეჯგუფის) წარმომადგენლებთან, მაგრამ პროცესი მიმდინარეობს მხოლოდ ამაღლებულ ტემპერატურაზე, ან მსუბუქი კვანტის თანდასწრებით.
ასევე, მეთანის სერიის ყველა წარმომადგენელს ახასიათებს ურთიერთქმედება ატმოსფერულ ჟანგბადთან. წვის დროს ნახშირორჟანგი და წყლის ორთქლი მოქმედებს როგორც რეაქციის პროდუქტები. რეაქციას თან ახლავს მნიშვნელოვანი რაოდენობის სითბოს წარმოქმნა.
როდესაც მეთანი ურთიერთქმედებს ატმოსფერულ ჟანგბადთანაფეთქება შესაძლებელია. მსგავსი ეფექტი დამახასიათებელია გაჯერებული ნახშირწყალბადების კლასის სხვა წარმომადგენლებისთვის. ამიტომ ბუტანის პროპანთან, ეთანთან, მეთანთან შერევა საშიშია. მაგალითად, ასეთი აკუმულაციები დამახასიათებელია ქვანახშირის მაღაროებისთვის, სამრეწველო სახელოსნოებისთვის. თუ გაჯერებული ნახშირწყალბადი გაცხელებულია 1000 °C-ზე ზემოთ, ის იშლება. უფრო მაღალი ტემპერატურა იწვევს უჯერი ნახშირწყალბადების წარმოებას, ასევე წყალბადის გაზის წარმოქმნას. დეჰიდროგენაციის პროცესს სამრეწველო მნიშვნელობა აქვს, ის საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მრავალფეროვანი ორგანული ნივთიერებები.
მეთანის სერიის ნახშირწყალბადებისთვის, ბუტანით დაწყებული, დამახასიათებელია იზომერიზაცია. მისი არსი მდგომარეობს ნახშირბადის ჩონჩხის შეცვლაში, გაჯერებული განშტოებული ნახშირწყალბადების მიღებაში.
აპლიკაციის მახასიათებლები
მეთანი, როგორც ბუნებრივი აირი, გამოიყენება როგორც საწვავი. მეთანის ქლორის წარმოებულებს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, ქლოროფორმი (ტრიქლორომეთანი) და იოდოფორმი (ტრიიოდომეთანი) გამოიყენება მედიცინაში, ხოლო ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი აორთქლების პროცესში აჩერებს ატმოსფერულ ჟანგბადის წვდომას, ამიტომ გამოიყენება ხანძრის ჩასაქრობად.
ნახშირწყალბადების კალორიული ღირებულების მაღალი ღირებულების გამო, ისინი გამოიყენება როგორც საწვავი არა მხოლოდ სამრეწველო წარმოებაში, არამედ საშინაო მიზნებისთვისაც.
პროპანისა და ბუტანის ნარევი, რომელსაც ეწოდება "თხევადი აირი", განსაკუთრებით აქტუალურია იმ ადგილებში, სადაც ბუნებრივი აირი მიუწვდომელია.
საინტერესო ფაქტები
ნახშირწყალბადების წარმომადგენლები, რომლებიც თხევად მდგომარეობაშია, საწვავია მანქანების შიდა წვის ძრავებისთვის (ბენზინი). გარდა ამისა, მეთანი არის ხელმისაწვდომი ნედლეული სხვადასხვა ქიმიური მრეწველობისთვის.
მაგალითად, მეთანის დაშლისა და წვის რეაქცია გამოიყენება ჭვარტლის სამრეწველო წარმოებისთვის, რაც აუცილებელია საბეჭდი მელნის წარმოებისთვის, ასევე რეზინისგან სხვადასხვა რეზინის ნაწარმის სინთეზისთვის.
ამისთვის, ასეთი მოცულობის ჰაერი მიეწოდება ღუმელს მეთანთან ერთად, რათა მოხდეს გაჯერებული ნახშირწყალბადის ნაწილობრივი წვა. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მეთანის ნაწილი იშლება და წარმოქმნის წვრილ ჭვარტლს.
წყალბადის წარმოქმნა პარაფინებიდან
მეთანი არის სამრეწველო წყალბადის მთავარი წყარო, რომელიც გამოიყენება ამიაკის სინთეზისთვის. დეჰიდროგენაციის განსახორციელებლად მეთანს ურევენ ორთქლს.
პროცესი მიმდინარეობს დაახლოებით 400 °C ტემპერატურაზე, წნევა დაახლოებით 2-3 მპა, გამოიყენება ალუმინის და ნიკელის კატალიზატორები. ზოგიერთ სინთეზში გამოიყენება აირების ნარევი, რომელიც წარმოიქმნება ამ პროცესში. თუ შემდგომი გარდაქმნები გულისხმობს სუფთა წყალბადის გამოყენებას, მაშინ ტარდება ნახშირბადის მონოქსიდის კატალიზური დაჟანგვა წყლის ორთქლით.
ქლორირება წარმოქმნის მეთანის ქლორის წარმოებულების ნარევს, რომელსაც აქვს ფართო ინდუსტრიული გამოყენება. მაგალითად, ქლორმეთანს შეუძლია სითბოს შთანთქმა, რის გამოც იგი გამოიყენება როგორც გამაგრილებელი საშუალება თანამედროვე სამაცივრო სისტემებში.
დიქლორმეთანი არის კარგი გამხსნელი ორგანული ნივთიერებებისთვის, გამოიყენება ქიმიურ სინთეზში.
წყალბადის ქლორიდი, რომელიც წარმოიქმნება რადიკალური ჰალოგენაციის პროცესში, წყალში გახსნის შემდეგ, ხდება მარილმჟავა. ამჟამად აცეტილენს იღებენ აგრეთვე მეთანისგან, რომელიც ღირებული ქიმიური ნედლეულია.
დასკვნა
მეთანის ჰომოლოგიური სერიის წარმომადგენლები ფართოდ არიან გავრცელებული ბუნებაში, რაც მათ პოპულარულ ნივთიერებებად აქცევს თანამედროვე ინდუსტრიის ბევრ დარგში. მეთანის ჰომოლოგებიდან შეიძლება მივიღოთ განშტოებული ნახშირწყალბადები, რომლებიც აუცილებელია სხვადასხვა კლასის ორგანული ნივთიერებების სინთეზისთვის. ალკანების კლასის უმაღლესი წარმომადგენლები წარმოადგენენ ნედლეულს სინთეზური სარეცხი საშუალებების წარმოებისთვის.
პარაფინების გარდა, პრაქტიკულ ინტერესს იწვევს ალკანები, ციკლოალკანები, რომლებსაც ციკლოპარაფინს უწოდებენ. მათი მოლეკულები ასევე შეიცავს მარტივ ბმებს, მაგრამ ამ კლასის წარმომადგენელთა თავისებურება ციკლური სტრუქტურის არსებობაა. როგორც ალკანები, ასევე ციკლოაკანები დიდი რაოდენობით გამოიყენება როგორც აირისებრი საწვავი, რადგან პროცესებს თან ახლავს მნიშვნელოვანი რაოდენობის სითბოს გამოყოფა (ეგზოთერმული ეფექტი). ამჟამად ალკანები, ციკლოალკანები ითვლება ყველაზე ძვირფას ქიმიურ ნედლეულებად, ამიტომ მათი პრაქტიკული გამოყენება არ შემოიფარგლება ტიპიური წვის რეაქციებით.
