Alkane, au hidrokaboni za parafini, ndizo aina rahisi zaidi za misombo ya kikaboni. Tabia yao kuu ni uwepo katika molekuli ya vifungo moja tu, au vilivyojaa, kwa hivyo jina lingine - hidrokaboni zilizojaa. Mbali na mafuta na gesi inayojulikana, alkanes pia hupatikana katika tishu nyingi za mimea na wanyama: kwa mfano, pheromones ya tsetse fly ni alkanes zilizo na atomi za kaboni 18, 39 na 40 katika minyororo yao; alkane pia hupatikana kwa wingi kwenye safu ya juu ya ulinzi ya mimea (cuticle).
Maelezo ya jumla
Alkane ni za aina ya hidrokaboni. Hii ina maana kwamba kaboni (C) na hidrojeni (H) pekee zitakuwepo katika fomula ya kiwanja chochote. Tofauti pekee ni kwamba vifungo vyote katika molekuli ni moja. Valence ya kaboni ni 4, kwa hivyo, atomi moja kwenye kiwanja itaunganishwa kila wakati kwa atomi zingine nne. Kwa kuongezea, angalau dhamana moja itakuwa ya aina ya kaboni-kaboni, na iliyobaki inaweza kuwa kaboni-kaboni na kaboni-hidrojeni (valency ya hidrojeni ni 1, kwa hivyo fikiria juu ya vifungo vya hidrojeni-hidrojeni.marufuku). Ipasavyo, atomi ya kaboni ambayo ina bondi moja tu ya C-C itaitwa msingi, bondi mbili za C-C - za upili, tatu - za juu na nne, kwa mlinganisho, quaternary.
Ukiandika fomula za molekuli za alkanes zote kwenye takwimu, utapata:
- CH4,
- C2H6,
- C3H8.
na kadhalika. Ni rahisi kutengeneza fomula ya jumla inayoelezea mchanganyiko wowote wa darasa hili:
C H2n+2.
Hii ndiyo fomula ya jumla ya hidrokaboni za parafini. Seti ya fomula zote zinazowezekana kwao ni mfululizo wa homologous. Tofauti kati ya washiriki wawili wa karibu wa mfululizo ni (-CH2-).
Alkane nomenclature
Ya kwanza na rahisi zaidi katika mfululizo wa hidrokaboni iliyojaa ni methane CH4. Inayofuata inakuja ethane C2H6, yenye atomi mbili za kaboni, propane C3H 8, butane C4H10, na kutoka kwa mwanachama wa tano wa mfululizo wa homologous, alkanes zimetajwa kwa nambari ya kaboni atomi katika molekuli: pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane na kadhalika. Walakini, kaboni kadhaa zinaweza kuitwa "mara moja" tu ikiwa ziko kwenye safu moja ya mstari. Na hii si mara zote.
Picha hii inaonyesha miundo kadhaa ambayo fomula zake za molekuli ni sawa: C8H18. Walakini, tuna miunganisho mitatu tofauti. Vilejambo wakati kuna fomula kadhaa tofauti za kimuundo za fomula moja ya molekuli huitwa isomerism, na misombo huitwa isoma. Kuna isomeri ya mifupa ya kaboni hapa: hii ina maana kwamba isoma hutofautiana katika mpangilio wa vifungo vya kaboni-kaboni kwenye molekuli.
Isoma zote ambazo hazina muundo wa mstari huitwa matawi. Nomenclature yao inategemea mlolongo mrefu zaidi unaoendelea wa atomi za kaboni kwenye molekuli, na "matawi" yanazingatiwa kuwa mbadala wa atomi moja ya hidrojeni kwenye kaboni kutoka kwa mnyororo "kuu". Kwa hiyo 2-methylpropane (isobutane), 2, 2-dimethylpropane (neopentane), 2, 2, 4-trimethylpentane hupatikana. Nambari inaonyesha nambari ya kaboni ya mnyororo mkuu, ikifuatiwa na idadi ya viambajengo vinavyofanana, kisha jina la kibadala, kisha jina la mnyororo mkuu.
Muundo wa Alkanes
Bondi zote nne kwenye atomi ya kaboni ni dhamana za sigma shirikishi. Ili kuunda kila mmoja wao, kaboni hutumia moja ya obiti zake nne kwenye kiwango cha nishati ya nje - 3s (kipande kimoja), 3p (vipande vitatu). Inatarajiwa kwamba kwa kuwa aina tofauti za obiti zinahusika katika kuunganisha, basi vifungo vinavyotokana vinapaswa kuwa tofauti kulingana na sifa zao za nishati. Hata hivyo, hii haizingatiwi - katika molekuli ya methane, zote nne ni sawa.
Nadharia ya mseto hutumika kuelezea jambo hili. Inafanya kazi kama ifuatavyo: inadhaniwa kuwa dhamana ya ushirikiano ni, kama ilivyokuwa, elektroni mbili (moja kutoka kwa kila atomi katika jozi) ziko haswa kati ya atomi zilizofungwa. Katika methane, kwa mfano, kuna vifungo vinne vile, hivyo vinnejozi za elektroni katika molekuli zitarudishana. Ili kupunguza msukumo huu wa mara kwa mara, atomi ya kati katika methane hupanga vifungo vyake vyote vinne ili viwe mbali iwezekanavyo. Wakati huo huo, kwa faida kubwa zaidi, yeye, kama ilivyokuwa, huchanganya obiti zake zote (3s - moja na 3p - tatu), kisha kutengeneza sp nne mpya zinazofanana3-obiti mseto. kutoka kwao. Matokeo yake, "mwisho" wa vifungo vya covalent, ambayo atomi za hidrojeni ziko, huunda tetrahedron ya kawaida, katikati ambayo kuna kaboni. Mbinu hii ya masikio inaitwa sp3-mseto.
Atomi zote za kaboni kwenye alkane ziko katika sp3-mseto.
Tabia za kimwili
Alkane zenye idadi ya atomi za kaboni kutoka 1 hadi 4 - gesi, kutoka 5 hadi 17 - vimiminika vyenye harufu kali, sawa na harufu ya petroli, zaidi ya 17 - yabisi. Viini vya kuchemsha na kuyeyuka vya alkane huongezeka kadiri misa yao ya molar (na, ipasavyo, idadi ya atomi za kaboni kwenye molekuli) huongezeka. Inafaa kusema kuwa kwa misa sawa ya molar, alkanes zenye matawi zina kiwango cha chini cha kuyeyuka na kuchemsha kuliko isoma zao ambazo hazijakamilika. Hii ina maana kwamba viambatanisho vya baina ya molekuli ndani yake ni dhaifu zaidi, kwa hivyo muundo wa jumla wa dutu hii ni sugu kidogo kwa mvuto wa nje (na inapokanzwa, vifungo hivi huvunjika haraka).
Licha ya tofauti kama hizi, kwa wastani, alkanes zote hazina polar: kwa kweli haziyeyuki ndani ya maji (na maji ni kutengenezea polar). Lakini wenyewehidrokaboni isokefu kutoka kwa vile vimiminika katika hali ya kawaida hutumiwa kikamilifu kama vimumunyisho visivyo vya polar. Hivi ndivyo n-hexane, n-heptane, n-octane na vingine vinavyotumika.
Sifa za kemikali
Alkanes hazifanyi kazi: hata ikilinganishwa na vitu vingine vya kikaboni, hutenda kwa orodha ndogo sana ya vitendanishi. Kimsingi, haya ni athari zinazoendelea kulingana na utaratibu mkali: klorini, bromination, nitration, sulfonation, na kadhalika. Klorini ya methane ni mfano wa kawaida wa athari za mnyororo. Asili yake ni kama ifuatavyo.
Mitikio ya msururu wa kemikali huwa na hatua kadhaa.
- kwanza, mnyororo huzaliwa - radicals bure za kwanza huonekana (katika kesi hii, hii hufanyika chini ya hatua ya fotoni);
- Hatua inayofuata ni ukuzaji wa mnyororo. Katika mwendo wake, vitu vipya huundwa, ambayo ni matokeo ya mwingiliano wa baadhi ya radical bure na molekuli; hii hutoa viini vipya vya bure, ambavyo kwa upande wake huguswa na molekuli nyingine, na kadhalika;
- wakati itikadi kali mbili huru zinapogongana na kuunda dutu mpya, msururu wa mnyororo hutokea - hakuna radicals huru mpya zinazoundwa, na mmenyuko huoza katika tawi hili.
Bidhaa za athari za kati hapa zote ni kloromethane CH3Cl na dichloromethane CH2Cl2, na trikloromethane (klorofomu) CHCl3, na tetrakloridi kaboni CCl4. Hii ina maana kwamba radicals inaweza kushambulia mtu yeyote: wote methane yenyewe nabidhaa za kati za mmenyuko, zaidi na zaidi kubadilisha hidrojeni na halojeni.
Tatizo muhimu zaidi kwa tasnia ni kufyonzwa kwa hidrokaboni ya parafini. Katika kipindi hicho, isoma zao za matawi zinapatikana kutoka kwa alkanes zisizo na matawi. Hii huongeza upinzani unaoitwa detonation ya kiwanja - moja ya sifa za mafuta ya magari. Mwitikio huo hufanywa kwa kutumia kichocheo cha kloridi ya alumini, AlCl3 kwenye halijoto karibu 300oC.
Mwako wa alkanes
Tangu shule ya msingi, wengi wamejua kuwa kiwanja chochote hai huchoma na kutengeneza maji na dioksidi kaboni. Alkanes sio ubaguzi; hata hivyo, katika kesi hii, kitu kingine ni muhimu zaidi. Mali ya hidrokaboni ya parafini, hasa hidrokaboni ya gesi, ni kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto wakati wa mwako. Ndiyo maana takriban mafuta yote makuu yanatengenezwa kutoka kwa parafini.
Madini ya Hydrocarbon
Haya ni mabaki ya viumbe hai vya kale ambavyo vimepitia njia ndefu ya mabadiliko ya kemikali bila oksijeni. Gesi asilia ni wastani wa 95% methane. Nyingine ni ethane, propane, butane na uchafu mdogo.
Kwa mafuta, kila kitu kinavutia zaidi. Ni rundo zima la madarasa tofauti zaidi ya hidrokaboni. Lakini sehemu kuu inachukuliwa na alkanes, cycloalkanes na misombo ya kunukia. Hidrokaboni za parafini za mafuta zimegawanywa katika sehemu (ambayo ni pamoja na majirani zisizojaa) kulingana na idadi ya atomi za kaboni kwenye molekuli:
- petroli (5-7С);
- petroli (C5-11);
- naphtha (8-14 C);
- mafuta ya taa (12-18 C);
- mafuta ya gesi (C16-25);
- mafuta - mafuta ya mafuta, mafuta ya jua, vilainishi na vingine (20-70 C).
Kulingana na kikundi, mafuta yasiyosafishwa huenda kwa aina tofauti za mafuta. Kwa sababu hii, aina za mafuta (petroli, ligroin - mafuta ya trekta, mafuta ya taa - mafuta ya ndege, mafuta ya dizeli) sanjari na uainishaji wa sehemu ya hidrokaboni ya parafini.
