Alkanlar və ya parafin karbohidrogenlər üzvi birləşmələrin bütün siniflərinin ən sadəidir. Onların əsas xüsusiyyəti molekulda yalnız tək və ya doymuş bağların olmasıdır, buna görə də digər adı - doymuş karbohidrogenlər. Tanınmış neft və qazla yanaşı, bir çox bitki və heyvan toxumalarında alkanlara da rast gəlinir: məsələn, zəncirlərində 18, 39 və 40 karbon atomu olan çeçe milçək feromonları alkanlardır; alkanlar həmçinin bitkilərin yuxarı qoruyucu təbəqəsində (kutikula) böyük miqdarda olur.
Ümumi məlumat
Alkanlar karbohidrogenlər sinfinə aiddir. Bu o deməkdir ki, hər hansı birləşmənin formulunda yalnız karbon (C) və hidrogen (H) olacaq. Yeganə fərq, molekuldakı bütün bağların tək olmasıdır. Karbonun valentliyi 4-dür, buna görə də birləşmədəki bir atom həmişə dörd digər atomla bağlanacaqdır. Üstəlik, ən azı bir bağ karbon-karbon tipində olacaq, qalanları isə həm karbon-karbon, həm də karbon-hidrogen ola bilər (hidrogen valentliyi 1-dir, ona görə də hidrogen-hidrogen bağları haqqında düşünün.qadağandır). Müvafiq olaraq, yalnız bir C-C rabitəsi olan karbon atomu birincili, iki C-C rabitəsi - ikincili, üç - üçüncülü və dördüncü, analoji olaraq dördüncül adlandırılacaqdır.
Şəkildəki bütün alkanların molekulyar düsturlarını yazsanız, alırsınız:
- CH4,
- C2H6,
- C3H8.
və s. Bu sinifin hər hansı birləşməsini təsvir edən universal düstur hazırlamaq asandır:
C H2n+2.
Bu, parafin karbohidrogenləri üçün ümumi düsturdur. Onlar üçün bütün mümkün düsturlar toplusu homoloji sıradır. Seriyanın ən yaxın iki üzvü arasındakı fərq (-CH2-).
Alkanların nomenklaturası
Doymuş karbohidrogenlər seriyasında birinci və ən sadə metan CH4-dir. Sonra iki karbon atomuna malik olan etan C2H6 gəlir, propan C3H 8, butan C4H10 və homoloji seriyanın beşinci üzvündən alkanlar karbon sayına görə adlandırılır. molekuldakı atomlar: pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan, undekan, dodekan, tridekan və s. Bununla belə, bir neçə karbon yalnız eyni xətti zəncirdə olduqda "birdən" adlandırıla bilər. Və bu həmişə belə olmur.
Bu şəkildə molekulyar düsturları eyni olan bir neçə struktur göstərilir: C8H18. Bununla belə, üç fərqli əlaqəmiz var. Bu cürbir molekulyar formul üçün bir neçə fərqli struktur formulunun olması hadisəsinə izomerizm, birləşmələrə isə izomerlər deyilir. Burada karbon skeletinin izomeriyası var: bu o deməkdir ki, izomerlər molekuldakı karbon-karbon bağlarının sırasına görə fərqlənirlər.
Xətti quruluşa malik olmayan bütün izomerlər budaqlanmış adlanır. Onların nomenklaturası molekuldakı ən uzun davamlı karbon atomları zəncirinə əsaslanır və "budaqlar" "əsas" zəncirdən karbondakı hidrogen atomlarından birinin əvəzediciləri hesab olunur. Beləliklə, 2-metilpropan (izobutan), 2, 2-dimetilpropan (neopentan), 2, 2, 4-trimetilpentan alınır. Nömrə əsas zəncirin karbon nömrəsini, ardınca eyni əvəzedicilərin sayını, sonra əvəzedicinin adını, sonra əsas zəncirin adını göstərir.
Alkanların quruluşu
Karbon atomundakı dörd bağın hamısı kovalent siqma bağlarıdır. Onların hər birini yaratmaq üçün karbon xarici enerji səviyyəsində öz dörd orbitalından birini - 3s (bir parça), 3p (üç ədəd) istifadə edir. Gözlənilir ki, bağlanmada müxtəlif növ orbitallar iştirak etdiyi üçün yaranan bağlar enerji xüsusiyyətlərinə görə fərqli olmalıdır. Lakin bu müşahidə edilmir - metan molekulunda dördü də eynidir.
Hibridləşmə nəzəriyyəsi bu hadisəni izah etmək üçün istifadə olunur. Bu, aşağıdakı kimi işləyir: kovalent bağın, sanki bağlı atomlar arasında yerləşən iki elektron (bir cütdəki hər atomdan bir) olduğu güman edilir. Məsələn, metanda dörd belə bağ var, yəni dördbir molekuldakı elektron cütləri bir-birini itələyir. Bu daimi itələməni minimuma endirmək üçün metanın mərkəzi atomu dörd bağının hamısını bir-birindən mümkün qədər uzaqlaşdıracaq şəkildə təşkil edir. Eyni zamanda, daha böyük fayda üçün o, sanki bütün orbitallarını qarışdırır (3s - bir və 3p - üç), sonra dörd yeni eyni sp3-hibrid orbitallar düzəldir. onlardan. Nəticədə, hidrogen atomlarının yerləşdiyi kovalent bağların "ucları" ortasında karbon olan müntəzəm tetraedr əmələ gətirir. Bu qulaq hiyləsi sp3-hibridləşmə adlanır.
Alkanlardakı bütün karbon atomları sp3-hibridləşmədədir.
Fiziki xüsusiyyətlər
Karbon atomlarının sayı 1-dən 4-ə qədər olan alkanlar - qazlar, 5-dən 17-yə qədər - benzin qoxusuna bənzər kəskin iyi olan mayelər, 17-dən yuxarı - bərk maddələr. Alkanların qaynama və ərimə nöqtələri onların molyar kütləsi (və müvafiq olaraq molekuldakı karbon atomlarının sayı) artdıqca artır. Eyni molar kütlədə budaqlanmış alkanların şaxələnməmiş izomerlərindən nəzərəçarpacaq dərəcədə aşağı ərimə və qaynama nöqtələrinə sahib olduğunu söyləmək lazımdır. Bu o deməkdir ki, onlarda molekullararası bağlar daha zəifdir, ona görə də maddənin ümumi strukturu xarici təsirlərə daha az davamlıdır (və qızdırıldıqda bu bağlar daha tez parçalanır).
Belə fərqlərə baxmayaraq, orta hesabla, bütün alkanlar son dərəcə qeyri-qütbdür: onlar praktiki olaraq suda həll olunmur (və su qütb həlledicidir). Amma özlərinəNormal şəraitdə maye olanların doymamış karbohidrogenləri qütb olmayan həlledicilər kimi fəal şəkildə istifadə olunur. N-heksan, n-heptan, n-oktan və başqaları belə istifadə olunur.
Kimyəvi xassələri
Alkanlar qeyri-aktivdir: hətta digər üzvi maddələrlə müqayisədə onlar reagentlərin son dərəcə məhdud siyahısı ilə reaksiya verirlər. Əsasən bunlar radikal mexanizmə görə gedən reaksiyalardır: xlorlama, bromlaşma, nitrləşmə, sulfonlaşma və s. Metan xlorlaması zəncirvari reaksiyaların klassik nümunəsidir. Onun mahiyyəti belədir.
Kimyəvi zəncirvari reaksiya bir neçə mərhələdən ibarətdir.
- əvvəlcə zəncir yaranır - ilk sərbəst radikallar meydana çıxır (bu halda bu fotonların təsiri altında baş verir);
- Növbəti addım zəncirvari inkişafdır. Onun gedişində bəzi sərbəst radikalın və molekulun qarşılıqlı təsirinin nəticəsi olan yeni maddələr əmələ gəlir; bu, öz növbəsində digər molekullarla reaksiya verən yeni sərbəst radikalları buraxır və s;
- iki sərbəst radikal toqquşaraq yeni maddə əmələ gətirəndə zəncir qırılması baş verir - yeni sərbəst radikallar əmələ gəlmir və reaksiya bu filialda parçalanır.
Burada olan ara reaksiya məhsulları həm xlorometan CH3Cl, həm də diklorometan CH2Cl2və triklorometan (xloroform) CHCl3 və karbon tetraxlorid CCl4. Bu o deməkdir ki, radikallar hər kəsə hücum edə bilər: həm metanın özünə, həm dəreaksiyanın ara məhsulları, getdikcə daha çox hidrogeni halogenlə əvəz edir.
Sənaye üçün ən vacib reaksiya parafin karbohidrogenlərinin izomerləşməsidir. Bunun gedişində şaxələnməmiş alkanlardan onların budaqlanmış izomerləri alınır. Bu, birləşmənin sözdə partlama müqavimətini artırır - avtomobil yanacağının xüsusiyyətlərindən biridir. Reaksiya alüminium xlorid katalizatoru AlCl3 üzərində 300oC ətrafında aparılır.
Alkanların yanması
İbtidai məktəbdən bəri çoxları hər hansı üzvi birləşmənin yanaraq su və karbon dioksidi əmələ gətirdiyini bilirlər. Alkanlar istisna deyil; lakin bu halda başqa bir şey daha vacibdir. Parafin karbohidrogenlərin, xüsusən də qaz halında olan karbohidrogenlərin xassələri yanma zamanı çoxlu miqdarda istilik buraxmasıdır. Buna görə demək olar ki, bütün əsas yanacaqlar parafinlərdən istehsal olunur.
Karbohidrogen əsaslı minerallar
Bunlar oksigensiz uzun bir kimyəvi dəyişikliklər yolu keçmiş qədim canlı orqanizmlərin qalıqlarıdır. Təbii qaz orta hesabla 95% metan təşkil edir. Qalanları etan, propan, butan və kiçik çirklərdən ibarətdir.
Yağla hər şey daha maraqlıdır. Bu, karbohidrogenlərin ən müxtəlif siniflərinin bütün dəstəsidir. Lakin əsas hissəni alkanlar, sikloalkanlar və aromatik birləşmələr tutur. Yağların parafin karbohidrogenləri molekuldakı karbon atomlarının sayına görə fraksiyalara (bura doymamış qonşular daxildir) bölünür:
- benzin (5-7С);
- benzin (5-11 C);
- nafta (8-14 C);
- kerosin (12-18 C);
- qaz yağı (16-25 C);
- yağlar - mazut, günəş yağı, sürtkü yağları və başqaları (20-70 C).
Fraksiyaya görə, xam neft müxtəlif yanacaq növlərinə gedir. Bu səbəbdən yanacaq növləri (benzin, liqroin - traktor yanacağı, kerosin - təyyarə yanacağı, dizel yanacağı) parafin karbohidrogenlərin fraksiya təsnifatı ilə üst-üstə düşür.
