Қаныққан көмірсутектер (парафиндер) қаныққан алифатты көмірсутектер, мұнда көміртек атомдары арасында қарапайым (бір) байланыс болады.
Барлық басқа валенттіліктер сутегі атомдарымен толық қаныққан.
Гомологиялық қатар
Ең жоғары қаныққан көмірсутектердің жалпы формуласы SpH2p+2. Қалыпты жағдайда бұл кластың өкілдері әлсіз реактивтілікті көрсетеді, сондықтан оларды «парафиндер» деп атайды. Қаныққан көмірсутектер метаннан басталады, оның молекулалық формуласы CH4.
Метан мысалындағы құрылым ерекшеліктері
Бұл органикалық зат иіссіз және түссіз, газ ауадан екі есе дерлік жеңіл. Табиғатта ол жануарлар мен өсімдік ағзаларының ыдырауы кезінде түзіледі, бірақ ауаға қол жетпеген жағдайда ғана. Көмір шахталарында, батпақты су қоймаларында кездеседі. Аз мөлшерде метан қазіргі уақытта өндірісте, күнделікті өмірде отын ретінде пайдаланылатын табиғи газдың бір бөлігі болып табылады.
Алкандар класына жататын бұл қаныққан көмірсутек ковалентті полярлық байланысқа ие. Тетраэдрлік құрылым sp3 арқылы түсіндіріледікөміртек атомының гибридтенуі, байланыс бұрышы 109°28'.
Парафиндердің номенклатурасы
Қаныққан көмірсутектерді жүйелі номенклатура бойынша атауға болады. Қаныққан көмірсутек молекуласында болатын барлық тармақтарды есепке алуға мүмкіндік беретін белгілі бір процедура бар. Алдымен ең ұзын көміртегі тізбегін анықтау керек, содан кейін көміртек атомдарын нөмірлеу керек. Ол үшін молекуланың максималды тармақталу (радикалдардың көп саны) болатын бөлігін таңдаңыз. Алканда бірнеше бірдей радикалдар болса, олардың атымен белгіленетін префикстер көрсетіледі: ди-, три-, тетра. Көмірсутек молекуласындағы белсенді бөлшектердің орнын нақтылау үшін сандар қолданылады. Парафиндердің атауындағы соңғы қадам -an жұрнағын қосу арқылы көміртегі тізбегінің өзін көрсету.
Қаныққан көмірсутектер агрегаттық күйі бойынша ерекшеленеді. Бұл кассаның алғашқы төрт өкілі - газ тәрізді қосылыстар (метаннан бутанға дейін). Салыстырмалы молекулярлық масса артқан сайын сұйықтыққа, содан кейін агрегацияның қатты күйіне ауысады.
Қаныққан және қанықпаған көмірсутектер суда ерімейді, бірақ органикалық еріткіш молекулаларында ери алады.
Изомерия ерекшеліктері
Қаныққан көмірсутектерде қандай изомерия түрлері бар? Бутаннан бастап осы класс өкілдерінің құрылымының мысалдары көрсетілгенкөміртек қаңқасының изомериясының болуы.
Ковалентті полярлық байланыстар арқылы түзілетін көміртек тізбегі ирек пішінді болады. Бұл кеңістіктегі негізгі тізбектің өзгеруінің себебі, яғни құрылымдық изомерлердің болуы. Мысалы, бутан молекуласындағы атомдардың орналасуын өзгерткенде оның изомері – 2метилпропан түзіледі.
Химиялық қасиеттері
Қаныққан көмірсутектердің негізгі химиялық қасиеттерін қарастырайық. Көмірсутектердің осы класының өкілдері үшін қосылу реакциялары тән емес, өйткені молекуладағы барлық байланыстар жалғыз (қаныққан). Алкандар сутегі атомын галогенмен (галогендеу), нитротоппен (нитрлеу) ауыстырумен байланысты өзара әрекеттеседі. Егер қаныққан көмірсутектердің формулалары SpH2n + 2 түрінде болса, онда алмастырудан кейін CnH2n + 1CL құрамды зат, сонымен қатар CnH2n + 1NO2 түзіледі.
Ауыстыру процесінің бос радикал механизмі бар. Алдымен белсенді бөлшектер (радикалдар) түзіледі, содан кейін жаңа органикалық заттардың түзілуі байқалады. Барлық алкандар периодтық жүйенің жетінші тобының (негізгі топшасының) өкілдерімен әрекеттеседі, бірақ процесс тек жоғары температурада немесе жеңіл квант болған жағдайда ғана жүреді.
Сонымен қатар метан қатарының барлық өкілдері атмосфералық оттегімен әрекеттесуімен сипатталады. Жану кезінде көмірқышқыл газы мен су буы реакция өнімдері ретінде әрекет етеді. Реакция жылудың айтарлықтай мөлшерінің пайда болуымен бірге жүреді.
Метан атмосфералық оттегімен әрекеттескендежарылыс болуы мүмкін. Ұқсас әсер қаныққан көмірсутектер класының басқа өкілдеріне тән. Сондықтан бутанның пропанмен, этанмен, метанмен қоспасы қауіпті. Мысалы, мұндай жинақтаулар көмір шахталарына, өндірістік цехтарға тән. Қаныққан көмірсутекті 1000 °С-тан жоғары қыздырса, ол ыдырайды. Жоғары температура қанықпаған көмірсутектердің түзілуіне, сонымен қатар сутегі газының түзілуіне әкеледі. Сусыздандыру процесі өнеркәсіптік маңызға ие, ол әртүрлі органикалық заттарды алуға мүмкіндік береді.
Метан қатарындағы көмірсутектер үшін бутаннан бастап изомерлену тән. Оның мәні көміртек қаңқасын өзгертуде, қаныққан тармақталған көмірсутектерді алуда жатыр.
Қолданба мүмкіндіктері
Табиғи газ ретінде метан отын ретінде пайдаланылады. Метанның хлор туындыларының практикалық маңызы зор. Мысалы, хлороформ (трихлорометан) және йодоформ (трийодометан) медицинада қолданылады, ал төрт хлорлы көміртегі булану процесінде атмосфералық оттегінің кіруін тоқтатады, сондықтан өртті сөндіру үшін қолданылады.
Көмірсутектердің жылулық құндылығы жоғары болғандықтан, олар тек өнеркәсіптік өндірісте ғана емес, сонымен қатар тұрмыстық қажеттіліктерге де отын ретінде пайдаланылады.
«Сұйытылған газ» деп аталатын пропан мен бутан қоспасы әсіресе табиғи газ жоқ аймақтарға қатысты.
Қызықты фактілер
Сұйық күйде болатын көмірсутектердің өкілдері автомобильдердегі іштен жанатын қозғалтқыштар үшін отын (бензин) болып табылады. Сонымен қатар, метан әртүрлі химия өнеркәсібі үшін қолжетімді шикізат болып табылады.
Мысалы, метанның ыдырауы және жану реакциясы полиграфиялық бояу өндірісіне қажетті күйенің өнеркәсіптік өндірісі үшін, сондай-ақ резеңкеден әртүрлі резеңке бұйымдарын синтездеу үшін қолданылады.
Ол үшін пешке метанмен бірге осындай көлемдегі ауа беріледі, осылайша қаныққан көмірсутектердің ішінара жануы орын алады. Температура көтерілген сайын метанның бір бөлігі ыдырап, майда күйе пайда болады.
Парафиндерден сутегінің түзілуі
Метан аммиак синтезі үшін қолданылатын өнеркәсіптік сутегінің негізгі көзі болып табылады. Сутексіздендіру үшін метан бумен араластырылады.
Процесс шамамен 400 °C температурада жүреді, шамамен 2-3 МПа қысымда алюминий және никель катализаторлары қолданылады. Кейбір синтездерде осы процесте түзілетін газдар қоспасы қолданылады. Егер кейінгі түрлендірулер таза сутекті қолдануды көздесе, онда көміртек оксидінің су буымен каталитикалық тотығуы жүргізіледі.
Хлорлау өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын метан хлор туындыларының қоспасын шығарады. Мысалы, хлорметан жылуды сіңіре алады, сондықтан ол заманауи тоңазытқыш жүйелерінде салқындатқыш ретінде пайдаланылады.
Дихлорметан - химиялық синтезде қолданылатын органикалық заттар үшін жақсы еріткіш.
Радикалды галогендеу процесінде түзілетін хлорсутек суда ерігеннен кейін тұз қышқылына айналады. Қазіргі уақытта ацетилен бағалы химиялық шикізат болып табылатын метаннан да алынады.
Қорытынды
Метан гомологтық қатарының өкілдері табиғатта кеңінен таралған, бұл оларды қазіргі заманғы өнеркәсіптің көптеген салаларында танымал заттарға айналдырады. Метан гомологтарынан органикалық заттардың әртүрлі кластарын синтездеу үшін қажет тармақталған көмірсутектер алуға болады. Алкандар класының ең жоғары өкілдері синтетикалық жуғыш заттарды өндіруге арналған шикізат болып табылады.
Парафиндерден басқа, циклопарафиндер деп аталатын алкандар, циклоалкандар да практикалық қызығушылық тудырады. Олардың молекулаларында қарапайым байланыстар да болады, бірақ бұл класс өкілдерінің ерекшелігі - циклдік құрылымның болуы. Алкандар да, циклоакандар да газ тәріздес отын ретінде көп мөлшерде қолданылады, өйткені процестер айтарлықтай мөлшерде жылудың бөлінуімен (экзотермиялық әсер) жүреді. Қазіргі уақытта алкандар, циклоалкандар ең құнды химиялық шикізат болып саналады, сондықтан олардың практикалық қолданылуы типтік жану реакцияларымен шектелмейді.
