ორგანული ქიმიის კურსებზე შესწავლილი უმარტივესი ნაერთები არის გაჯერებული ნახშირწყალბადები ან პარაფინები, რომლებსაც ასევე ალკანებს უწოდებენ. მათი ხარისხობრივი შემადგენლობა წარმოდგენილია მხოლოდ ორი ელემენტის ატომებით: ნახშირბადი და წყალბადი. ნაერთების მოლეკულები შეიცავს მხოლოდ ერთი ტიპის ქიმიურ ბმას - ერთს ან მარტივს. ჩვენს სტატიაში შევისწავლით ალკანების აგებულებას, აგრეთვე მეთოდებსა და თვისებებს.
სერიის წარმომადგენლები და მათი სახელები
პარაფინის კლასის პირველი ნაერთია მეთანი. მისი მოლეკულური ფორმულაა CH4, იგი შეესაბამება ნივთიერებების ზოგად ფორმულას, რომელიც ასეთია: C H2 +2. პირველ ოთხ ალკანს აქვს ინდივიდუალური სახელები, როგორიცაა მეთანი, ეთანი. მეხუთე ნაერთიდან დაწყებული, ნომენკლატურა აგებულია ბერძნული ციფრების გამოყენებით. მაგალითად, C5H12 მოლეკულაში ნახშირბადის ხუთი ატომის მქონე ნივთიერებას ეწოდება პენტანი (ბერძნული სიტყვიდან "პენტა" - ხუთი). რაციონალური ნომენკლატურის მიხედვით, ალკანები,ქიმიური თვისებები და წარმოება, რომელთა წარმოებაც ჩვენ ვსწავლობთ, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ნივთიერებების - მეთანის წარმოებულების სახით. მის მოლეკულაში წყალბადის ერთი ან მეტი ატომი იცვლება ნახშირწყალბადის რადიკალებით. სისტემატური ნომენკლატურის მიხედვით, თქვენ უნდა აირჩიოთ ნახშირბადის ატომების ყველაზე გრძელი ჯაჭვი, რომელიც დანომრილია იმ ბოლოდან, რომელსაც რადიკალები უფრო ახლოს არიან. შემდეგ განისაზღვრება ნახშირბადის ატომის რაოდენობა, რომელიც დაკავშირებულია სიგმა ბმით რადიკალურ ნაწილაკთან და რადიკალი იხვეწება მასში თავად ალკანის სახელის დამატებით, მაგალითად, 3-მეთილბუტანი..
ალკანების წარმოება
პარფინის წარმოების ძირითადი და ყველაზე გავრცელებული წყაროა მინერალები: ბუნებრივი აირი და ნავთობი. მეთანის კვალი წყალბადთან და აზოტთან ერთად გვხვდება ჭაობის გაზში. მყარი ალკანები, რომლებიც შეიცავს ნახშირბადის ატომების დიდ რაოდენობას მოლეკულაში, გვხვდება ოზოცერიტში. ეს არის მთის ცვილი უნიკალური თვისებების მთელი სპექტრით, რომლის საბადოები ვითარდება, მაგალითად, დასავლეთ უკრაინაში. ასევე არსებობს მრავალი სინთეზური მეთოდი გაჯერებული ნახშირწყალბადების მოპოვებისთვის, კერძოდ, შემცირების რეაქციით. მრეწველობაში შეიძლება განვასხვავოთ ალკანების წარმოების რამდენიმე მეთოდი რედოქსის რეაქციების გამოყენებით, მაგალითად, ჰალოალკილებსა და წყალბადის იოდიდს ან ნატრიუმის ამალგამს შორის. უფრო მარტივია ალკენების, ალკინების ან ალკადიენების რედუქცია წყალბადით ნიკელის კატალიზატორის თანდასწრებით. რეაქციის პროდუქტი იქნება შესაბამისი პარაფინი. პროცესი შეიძლება გამოისახოს შემდეგი განტოლებითრეაქციები:
CH2 =CH2 + H2=H 3C-CH3 (ეთანი)
კარბოქსილის მჟავების მარილების ტუტე დნობა
თუ ნატრიუმის მარილს CH3COONa ან ამ კლასის სხვა ნივთიერებებს, რომლებიც შეიცავს მეტალის აქტიურ ატომებს, გაათბებთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდს ან სოდა ცაცხვს, შეგიძლიათ მიიღოთ გაჯერებული ნახშირწყალბადები. პირველი ტიპის რეაქცია უფრო ხშირად გამოიყენება ლაბორატორიაში, მეორე გამოიყენება კარბოქსილის მჟავის სტრუქტურის ზუსტად გასაანალიზებლად, რომელიც მარილის ნაწილია. ალკანების მიღების ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ დააკვირდეთ რეაგენტის ნახშირბადის ჯაჭვის გაყოფას და მასში ნახშირბადის ატომების რაოდენობის შემცირებას.
ვურცის რეაქცია
ნივთიერებები, რომლებიც წარმოადგენენ პარაფინის წარმოებულებს, რომლებშიც წყალბადის ატომები შეიცვალა ქლორის, ბრომის ან იოდის ნაწილაკებით, შეუძლიათ ურთიერთქმედება წვრილად გაფანტულ მეტალის ნატრიუმთან. რეაქციის ზოგადი განტოლება იქნება:
2RHal + 2Na → R-R + 2NaHal, ეს პროცესი 1870 წელს აღმოაჩინა ფრანგმა ქიმიკოსმა F. Würz-მა. მოგვიანებით, P. P. Sharygin-მა განმარტა მისი მექანიზმი, რომელიც იწვევს ალკანის წარმოებას. აღმოჩნდა, რომ ჰალოგენის ატომი პირველად ცვლის მეტალს. შემდეგ მიღებული ნატრიუმის ორგანული ნივთიერება ურთიერთქმედებს სხვა ჰალოალკანის მოლეკულასთან. ამ რეაქციამ იპოვა გამოყენება უმაღლესი პარაფინების სინთეზის ტექნოლოგიაში.
გაჯერებული ნახშირწყალბადების თვისებები
განისაზღვრება ორგანული ნაერთების თითოეული კლასის ფიზიკური მახასიათებელითვისებები, რომლებიც ბუნებრივად იცვლება და დამოკიდებულია ნივთიერებების მოლეკულების სტრუქტურაზე. ასე რომ, ალკანების პირველი ოთხი ჰომოლოგი, რომელთა რეაქციები ადრე განვიხილეთ, არის აირები. პარაფინები, რომლებიც შეიცავს 5-დან 14 ნახშირბადის ატომს შეიცავს თხევად ფაზაში, ხოლო დარჩენილი ალკანები მყარი ნაერთებია. აირისებრი და მყარი ნივთიერებები უსუნოა, თხევადი პარაფინის სუნი ნავთის ან ბენზინის სუნია. ნივთიერებების უმნიშვნელოვანეს ქიმიურ თვისებებს მიეკუთვნება, მაგალითად, მძიმე დაჟანგვა - წვა, რის შედეგადაც გამოიყოფა დიდი რაოდენობით სითბო:
CH4 + 2O2=CO2 + 2H 2O
შეგახსენებთ, რომ მეთანი ძირითადი საწვავის - ბუნებრივი აირის მთავარი კომპონენტია.
ჩანაცვლების რეაქციები
ჰალოგენაცია, რომელიც მიმდინარეობს თავისუფალი რადიკალების მექანიზმით, ალკანების კიდევ ერთი თვისებაა. ეს ეხება ჩანაცვლების რეაქციებს და იწვევს ნაერთების წარმოქმნას - პარაფინების ჰალოგენური წარმოებულები:
C5H12+Cl2=HCl + C5 H11Cl (ქლოროპენტანი).
ნიტრაცია არის ალკანების ურთიერთქმედება განზავებულ ნიტრატმჟავასთან კატალიზატორის თანდასწრებით და წნევის ქვეშ, აღმოჩენილი 1889 წელს N. M. Konovalov-ის მიერ. პარაფინის ნიტრო ნაერთებს აქვთ გამოყენების ფართო სპექტრი, როგორც ნედლეული სარაკეტო საწვავის, ასაფეთქებელი ნივთიერებების წარმოებისთვის, ასევე კარბოქსილის მჟავების და ამინების მოპოვებისთვის.
ალკანების ჰომოლოგიური სერიის უმაღლესი წევრების დაჟანგვა კატალიზატორის თანდასწრებით იწვევს სპირტების და კარბოქსილის წარმოებასმჟავები, რომლებიც გამოიყენება პლასტიზატორების სინთეზირებისთვის, რომლებიც გამოიყენება პლასტმასის და სარეცხი საშუალებების წარმოებაში.
ჩვენს სტატიაში შევისწავლეთ გაჯერებული ნახშირწყალბადების თვისებები და შევისწავლეთ მათი მიღების გზები.
