Tyllättyneet hiilivedyt (parafiinit) ovat tyydyttyneitä alifaattisia hiilivetyjä, joissa hiiliatomien välillä on yksinkertainen (yksi)sidos.
Kaikki muut valenssit ovat täysin kyllästettyjä vetyatomeilla.
Homologinen sarja
Perimmäisillä tyydyttyneillä hiilivedyillä on yleinen kaava SpH2p+2. Normaaleissa olosuhteissa tämän luokan edustajilla on heikko reaktiivisuus, joten niitä kutsutaan "parafiineiksi". Tyydyttyneet hiilivedyt alkavat metaanilla, jonka molekyylikaava on CH4.
Rakenteen ominaisuudet metaanin esimerkissä
Tämä orgaaninen aine on hajuton ja väritön, kaasu on lähes kaksi kertaa ilmaa kevyempi. Luonnossa se muodostuu eläin- ja kasviorganismien hajoamisen aikana, mutta vain ilman pääsyä ilmaan. Sitä esiintyy hiilikaivoksissa, suoisissa säiliöissä. Pieninä määrinä metaani on osa maakaasua, jota tällä hetkellä käytetään tuotannossa polttoaineena, jokapäiväisessä elämässä.
Tällä alkaanien luokkaan kuuluvalla tyydyttyneellä hiilivedyllä on kovalenttinen polaarinen sidos. Tetraedrin rakenne selittyy sp3:llahiiliatomin hybridisaatiossa sidoskulma on 109°28'.
Parafiinien nimikkeistö
Tyllättyneet hiilivedyt voidaan nimetä systemaattisen nimikkeistön mukaan. On olemassa tietty menettely, jonka avulla voit ottaa huomioon kaikki oksat, jotka ovat läsnä tyydyttyneen hiilivedyn molekyylissä. Ensin sinun on tunnistettava pisin hiiliketju ja sitten numeroitava hiiliatomit. Voit tehdä tämän valitsemalla molekyylin osan, jossa on suurin haarautuminen (suurempi määrä radikaaleja). Jos alkaanissa on useita identtisiä radikaaleja, määritellään etuliitteet niiden nimellä: di-, tri-, tetra. Numeroita käytetään selventämään aktiivisten hiukkasten sijaintia hiilivetymolekyylissä. Viimeinen vaihe parafiinien nimessä on itse hiiliketjun osoittaminen, johon on lisätty pääte -an.
Tyllättyneet hiilivedyt eroavat aggregaatiotil altaan. Tämän kassakoneen neljä ensimmäistä edustajaa ovat kaasumaisia yhdisteitä (metaanista butaaniin). Kun suhteellinen molekyylipaino kasvaa, tapahtuu siirtymä nesteeksi ja sitten kiinteään aggregaatiotilaan.
Tyllättyneet ja tyydyttymättömät hiilivedyt eivät liukene veteen, mutta voivat liueta orgaanisiin liuotinmolekyyleihin.
Isomerian piirteet
Millaisia isomeriatyyppejä tyydyttyneillä hiilivedyillä on? Esimerkit tämän luokan edustajien rakenteesta, alkaen butaanista, osoittavathiilirungon isomeria.
Kovalenttisten polaaristen sidosten muodostama hiiliketju on siksak-muotoinen. Tämä on syy pääketjun muutokseen avaruudessa, eli rakenteellisten isomeerien olemassaoloon. Esimerkiksi kun muutetaan atomien järjestystä butaanimolekyylissä, muodostuu sen isomeeri - 2metyylipropaani.
Kemialliset ominaisuudet
Otetaan huomioon tyydyttyneiden hiilivetyjen kemialliset perusominaisuudet. Tämän hiilivetyluokan edustajille additioreaktiot eivät ole ominaisia, koska kaikki molekyylin sidokset ovat yksittäisiä (tyydyttyneitä). Alkaanit osallistuvat vuorovaikutukseen, joka liittyy vetyatomin korvaamiseen halogeenilla (halogenointi), nitroryhmällä (nitraus). Jos tyydyttyneiden hiilivetyjen kaavoilla on muotoa SpH2n + 2, niin substituution jälkeen muodostuu aine, jonka koostumus on CnH2n + 1CL, sekä CnH2n + 1NO2.
Korvausprosessissa on vapaiden radikaalien mekanismi. Ensin muodostuu aktiivisia hiukkasia (radikaaleja), sitten havaitaan uusien orgaanisten aineiden muodostumista. Kaikki alkaanit reagoivat jaksollisen järjestelmän seitsemännen ryhmän (pääalaryhmän) edustajien kanssa, mutta prosessi etenee vain korotetussa lämpötilassa tai valokvantin läsnäollessa.
Lisäksi kaikille metaanisarjan edustajille on ominaista vuorovaikutus ilmakehän hapen kanssa. Palamisen aikana hiilidioksidi ja vesihöyry toimivat reaktiotuotteina. Reaktioon liittyy huomattavan määrän lämpöä.
Kun metaani on vuorovaikutuksessa ilmakehän hapen kanssaräjähdys on mahdollinen. Samanlainen vaikutus on tyypillinen muille tyydyttyneiden hiilivetyjen luokan edustajille. Tästä syystä butaanin sekoitus propaanin, etaanin, metaanin kanssa on vaarallista. Esimerkiksi tällaiset kertymät ovat tyypillisiä hiilikaivoksille, teollisuuspajoille. Jos tyydyttynyttä hiilivetyä kuumennetaan yli 1000 °C, se hajoaa. Korkeammat lämpötilat johtavat tyydyttymättömien hiilivetyjen muodostumiseen sekä vetykaasun muodostumiseen. Dehydrausprosessilla on teollinen merkitys, sillä sen avulla voit saada erilaisia orgaanisia aineita.
Metaanisarjan hiilivedyille, alkaen butaanista, isomeroituminen on ominaista. Sen ydin on hiilirungon muuttamisessa tyydyttyneiden haarautuneiden hiilivetyjen saamiseksi.
Sovellusominaisuudet
Metaania maakaasuna käytetään polttoaineena. Metaanin kloorijohdannaisilla on suuri käytännön merkitys. Esimerkiksi kloroformia (trikloorimetaani) ja jodoformia (trijodimetaani) käytetään lääketieteessä, ja hiilitetrakloridi haihtuessaan estää ilmakehän hapen pääsyn, joten sitä käytetään tulipalojen sammuttamiseen.
Hiilivetyjen korkean lämpöarvon vuoksi niitä käytetään polttoaineena paitsi teollisessa tuotannossa myös kotitalouksissa.
Propaanin ja butaanin seos, jota kutsutaan "nesteytetyksi kaasuksi", on erityisen tärkeä alueilla, joilla maakaasua ei ole saatavilla.
Mielenkiintoisia faktoja
Hiilivetyjen edustajat, jotka ovat nestemäisiä, ovat polttoaineita autojen polttomoottoreille (bensiini). Lisäksi metaani on edullinen raaka-aine eri kemianteollisuuden aloille.
Esimerkiksi metaanin hajoamis- ja palamisreaktiota käytetään painomusteen valmistukseen välttämättömän noen teolliseen tuotantoon sekä erilaisten kumituotteiden synteesiin kumista.
Tätä varten uuniin syötetään sellainen määrä ilmaa yhdessä metaanin kanssa, jotta tyydyttyneen hiilivedyn osittainen palaminen tapahtuu. Lämpötilan noustessa osa metaanista hajoaa, jolloin muodostuu hienoa nokea.
Vedyn muodostuminen parafiineista
Metaani on pääasiallinen ammoniakkisynteesiin käytetyn teollisen vedyn lähde. Dehydrauksen suorittamiseksi metaania sekoitetaan höyryn kanssa.
Prosessi tapahtuu noin 400 °C:n lämpötilassa, noin 2-3 MPa:n paineessa, käytetään alumiini- ja nikkelikatalyyttejä. Joissakin synteeseissä käytetään kaasuseosta, joka muodostuu tässä prosessissa. Jos myöhemmissä muunnoksissa käytetään puhdasta vetyä, suoritetaan hiilimonoksidin katalyyttinen hapetus vesihöyryllä.
Klooraus tuottaa seoksen metaanikloorijohdannaisia, joilla on laaja teollinen käyttö. Esimerkiksi kloorimetaani pystyy imemään lämpöä, minkä vuoksi sitä käytetään kylmäaineena nykyaikaisissa jäähdytysjärjestelmissä.
Dikloorimetaani on hyvä liuotin orgaanisille aineille, jota käytetään kemiallisessa synteesissä.
Kloorivety, joka muodostuu radikaalin halogenoinnin aikana, muuttuu veteen liukenemisen jälkeen suolahapoksi. Tällä hetkellä asetyleenia saadaan myös metaanista, joka on arvokas kemiallinen raaka-aine.
Johtopäätös
Metaanin homologisen sarjan edustajat ovat laajalle levinneitä luonnossa, mikä tekee niistä suosittuja aineita monilla modernin teollisuuden aloilla. Metaanin homologeista voidaan saada haaroittuneita hiilivetyjä, joita tarvitaan eri luokkien orgaanisten aineiden synteesiin. Alkaaniluokan korkeimmat edustajat ovat synteettisten pesuaineiden valmistuksen raaka-aineita.
Parafiinien lisäksi alkaanit, sykloalkaanit, joita kutsutaan sykloparafiineiksi, ovat myös käytännön kiinnostavia. Niiden molekyylit sisältävät myös yksinkertaisia sidoksia, mutta tämän luokan edustajien erityispiirre on syklisen rakenteen läsnäolo. Sekä alkaaneja että sykloakaaneja käytetään suuria määriä kaasumaisina polttoaineina, koska prosesseihin liittyy huomattavan määrän lämpöä vapautumista (eksoterminen vaikutus). Tällä hetkellä alkaaneja ja sykloalkaaneja pidetään arvokkaimpina kemiallisina raaka-aineina, joten niiden käyttö käytännössä ei rajoitu tyypillisiin palamisreaktioihin.
