Els hidrocarburs saturats (parafines) són hidrocarburs alifàtics saturats, on hi ha un enllaç simple (únic) entre àtoms de carboni.
Totes les altres valències estan totalment saturades amb àtoms d'hidrogen.
Sèrie homològica
Els hidrocarburs saturats definits tenen la fórmula general SpH2p+2. En condicions normals, els representants d'aquesta classe mostren una reactivitat feble, per la qual cosa s'anomenen "parafines". Els hidrocarburs saturats comencen amb metà, que té la fórmula molecular CH4.
Característiques de l'estructura de l'exemple del metà
Aquesta substància orgànica és inodora i incolora, el gas és gairebé el doble de lleuger que l'aire. A la natura, es forma durant la descomposició d'organismes animals i vegetals, però només en absència d'accés a l'aire. Es troba a les mines de carbó, als embassaments pantanosos. En petites quantitats, el metà forma part del gas natural, que actualment s'utilitza com a combustible en la producció, en la vida quotidiana.
Aquest hidrocarbur saturat que pertany a la classe dels alcans té un enllaç polar covalent. L'estructura tetraèdrica s'explica per sp3hibridació d'un àtom de carboni, l'angle d'enllaç és de 109°28'.
Nomenclatura de parafines
Els hidrocarburs saturats es poden anomenar segons la nomenclatura sistemàtica. Hi ha un procediment determinat que permet tenir en compte totes les branques que hi ha a la molècula de l'hidrocarbur saturat. Primer cal identificar la cadena de carboni més llarga i després numerar els àtoms de carboni. Per fer-ho, seleccioneu la part de la molècula en què hi ha una ramificació màxima (un major nombre de radicals). Si hi ha diversos radicals idèntics en l'alcà, s'indiquen els prefixos especificadors amb el seu nom: di-, tri-, tetra. Els números s'utilitzen per aclarir la posició de les partícules actives en una molècula d'hidrocarburs. El pas final en el nom de les parafines és la indicació de la pròpia cadena de carboni, amb l'addició del sufix -an.
Els hidrocarburs saturats es diferencien pel seu estat d'agregació. Els quatre primers representants d'aquesta caixa registradora són compostos gasosos (des del metà fins al butà). A mesura que augmenta el pes molecular relatiu, hi ha una transició a un estat líquid i després a un estat sòlid d'agregació.
Els hidrocarburs saturats i insaturats no es dissolen a l'aigua, però es poden dissoldre en molècules de dissolvent orgànic.
Característiques de la isomeria
Quin tipus d'isomeria tenen els hidrocarburs saturats? S'indiquen exemples de l'estructura dels representants d'aquesta classe, començant pel butàpresència d'isomeria de l'esquelet de carboni.
La cadena de carboni formada per enllaços polars covalents té forma de ziga-zaga. Aquest és el motiu del canvi de la cadena principal a l'espai, és a dir, l'existència d'isòmers estructurals. Per exemple, quan es canvia la disposició dels àtoms en una molècula de butà, es forma el seu isòmer: 2metilpropà.
Propietats químiques
Considerem les propietats químiques bàsiques dels hidrocarburs saturats. Per als representants d'aquesta classe d'hidrocarburs, les reaccions d'addició no són característiques, ja que tots els enllaços de la molècula són únics (saturats). Els alcans entren en interaccions associades a la substitució d'un àtom d'hidrogen per un halogen (halogenació), un grup nitro (nitració). Si les fórmules dels hidrocarburs saturats tenen la forma SpH2n + 2, després de la substitució es forma una substància de la composició CnH2n + 1CL, així com CnH2n + 1NO2.
El procés de substitució té un mecanisme de radicals lliures. En primer lloc, es formen partícules actives (radicals), després s'observa la formació de noves substàncies orgàniques. Tots els alcans reaccionen amb els representants del setè grup (subgrup principal) de la taula periòdica, però el procés només es desenvolupa a una temperatura elevada o en presència d'un quàntic de llum.
A més, tots els representants de la sèrie del metà es caracteritzen per la interacció amb l'oxigen atmosfèric. Durant la combustió, el diòxid de carboni i el vapor d'aigua actuen com a productes de reacció. La reacció va acompanyada de la formació d'una quantitat important de calor.
Quan el metà interacciona amb l'oxigen atmosfèricuna explosió és possible. Un efecte similar és típic d' altres representants de la classe d'hidrocarburs saturats. És per això que una barreja de butà amb propà, etan i metà és perillosa. Per exemple, aquestes acumulacions són típiques per a les mines de carbó, els tallers industrials. Si l'hidrocarbur saturat s'escalfa per sobre de 1000 °C, es descompon. Les temperatures més altes condueixen a la producció d'hidrocarburs insaturats, així com a la formació d'hidrogen gasós. El procés de deshidrogenació és d'importància industrial, permet obtenir una varietat de substàncies orgàniques.
Per als hidrocarburs de la sèrie del metà, començant pel butà, la isomerització és característica. La seva essència rau a canviar l'esquelet de carboni, obtenint hidrocarburs ramificats saturats.
Funcions de l'aplicació
El metà com a gas natural s'utilitza com a combustible. Els derivats del clor del metà són de gran importància pràctica. Per exemple, el cloroform (triclorometan) i el iodoform (triiodometan) s'utilitzen en medicina, i el tetraclorur de carboni en el procés d'evaporació atura l'accés a l'oxigen atmosfèric, per la qual cosa s'utilitza per extingir incendis.
A causa de l' alt valor del poder calorífic dels hidrocarburs, s'utilitzen com a combustible no només en la producció industrial, sinó també per a usos domèstics.
Una barreja de propà i butà, anomenada "gas liquat", és especialment rellevant a les zones on no hi ha gas natural disponible.
Dats interessants
Els representants dels hidrocarburs, que es troben en estat líquid, són combustibles per als motors de combustió interna dels cotxes (gasolina). A més, el metà és una matèria primera assequible per a diverses indústries químiques.
Per exemple, la reacció de descomposició i combustió del metà s'utilitza per a la producció industrial de sutge, que és necessari per a la producció de tinta d'impressió, així com per a la síntesi de diversos productes de cautxú a partir del cautxú.
Per fer-ho, aquest volum d'aire es subministra al forn juntament amb metà de manera que es produeixi la combustió parcial d'hidrocarburs saturats. A mesura que augmenta la temperatura, una part del metà es descompondrà, produint sutge fi.
Formació d'hidrogen a partir de parafines
El metà és la principal font d'hidrogen industrial utilitzada per a la síntesi d'amoníac. Per dur a terme la deshidrogenació, el metà es barreja amb vapor.
El procés té lloc a una temperatura d'uns 400 °C, una pressió d'uns 2-3 MPa, s'utilitzen catalitzadors d'alumini i níquel. En algunes síntesis s'utilitza una mescla de gasos, que es forma en aquest procés. Si les transformacions posteriors impliquen l'ús d'hidrogen pur, llavors es porta a terme l'oxidació catalítica del monòxid de carboni amb vapor d'aigua.
La cloració produeix una barreja de derivats del clor metà, que tenen una àmplia aplicació industrial. Per exemple, el clorometà és capaç d'absorbir la calor, per això s'utilitza com a refrigerant en els sistemes de refrigeració moderns.
El diclorometà és un bon dissolvent per a substàncies orgàniques, utilitzat en la síntesi química.
El clorur d'hidrogen, format en el procés d'halogenació radical, després de dissoldre's en aigua, es converteix en àcid clorhídric. Actualment, l'acetilè també s'obté a partir del metà, que és una matèria primera química valuosa.
Conclusió
Els representants de la sèrie homòloga del metà estan àmpliament distribuïts a la natura, cosa que els converteix en substàncies populars en moltes branques de la indústria moderna. A partir d'homòlegs de metà es poden obtenir hidrocarburs ramificats, necessaris per a la síntesi de diverses classes de substàncies orgàniques. Els màxims representants de la classe dels alcans són les matèries primeres per a la producció de detergents sintètics.
A més de les parafines, també tenen interès pràctic els alcans, els cicloalcans, anomenats cicloparafines. Les seves molècules també contenen enllaços simples, però la peculiaritat dels representants d'aquesta classe és la presència d'una estructura cíclica. Tant els alcans com els cicloacans s'utilitzen en grans quantitats com a combustibles gasosos, ja que els processos van acompanyats de l'alliberament d'una quantitat important de calor (efecte exotèrmic). Actualment, els alcans i cicloalcans es consideren les matèries primeres químiques més valuoses, de manera que el seu ús pràctic no es limita a les reaccions de combustió típiques.
