Kila darasa la misombo ya kemikali inaweza kuonyesha sifa kutokana na muundo wake wa kielektroniki. Alkanes ni sifa ya uingizwaji, uondoaji au athari za oxidation za molekuli. Michakato yote ya kemikali ina sifa zake za mtiririko, ambayo itajadiliwa zaidi.
Alkanes ni nini
Hizi ni misombo ya hidrokaboni iliyoshiba inayoitwa parafini. Molekuli zao zinajumuisha tu atomi za kaboni na hidrojeni, zina mnyororo wa acyclic linear au matawi, ambayo kuna misombo moja tu. Kwa kuzingatia sifa za darasa, inawezekana kuhesabu ni athari gani ni tabia ya alkanes. Wanatii fomula ya darasa zima: H2n+2C.
Muundo wa kemikali
Molekuli ya mafuta ya taa inajumuisha atomi za kaboni zinazoonyesha sp3-mseto. Zina obiti zote nne za valence zina umbo sawa, nishati na mwelekeo katika nafasi. Ukubwa wa pembe kati ya viwango vya nishati ni 109° na 28'.
Kuwepo kwa bondi moja katika molekuli huamua ni miitikio ipitabia ya alkanes. Zinajumuisha σ-misombo. Muunganisho kati ya kaboni si wa ncha na hauwezi kugawanywa, na ni mrefu kidogo kuliko C-H. Pia kuna mabadiliko katika msongamano wa elektroni hadi atomi ya kaboni, kama njia ya kielektroniki zaidi. Kwa hivyo, mchanganyiko wa C−H una sifa ya polarity ya chini.
Maitikio mengine
Vitu vya darasa la parafini vina shughuli dhaifu ya kemikali. Hii inaweza kuelezewa na nguvu ya vifungo kati ya C-C na C-H, ambayo ni vigumu kuvunja kutokana na nonpolarity. Uharibifu wao unategemea utaratibu wa homolytic, ambayo radicals ya aina ya bure hushiriki. Ndio maana alkanes zina sifa ya athari za uingizwaji. Dutu kama hizi haziwezi kuingiliana na molekuli za maji au ioni za kubeba chaji.
Zinajumuisha uingizwaji wa radical bure, ambapo atomi za hidrojeni hubadilishwa na elementi za halojeni au vikundi vingine amilifu. Athari hizi ni pamoja na michakato inayohusishwa na halojeni, sulfochlorination na nitration. Matokeo yake ni utayarishaji wa viasili vya alkane.
Mbinu ya miitikio ya ubadilishaji itikadi kali huria inategemea hatua tatu kuu:
- Mchakato huanza na kuanzishwa au nucleation ya mnyororo, kama matokeo ambayo radicals bure hutengenezwa. Vichocheo ni vyanzo vya mwanga wa urujuanimno na joto.
- Kisha mnyororo hutokea, ambapo mwingiliano wa chembe amilifu na molekuli zisizofanya kazi hufanyika. Zinabadilishwa kuwa molekuli na radicals, mtawalia.
- Hatua ya mwisho ni kuvunja mnyororo. Recombination au kutoweka kwa chembe hai huzingatiwa. Hii inasimamisha ukuzaji wa mmenyuko wa mnyororo.
Mchakato wa kutoa halojeni
Inatokana na utaratibu wa aina kali. Mmenyuko wa halojeni wa alkanes hufanyika kwa miale ya ultraviolet na joto la mchanganyiko wa halojeni na hidrokaboni.
Hatua zote za mchakato zinategemea sheria iliyoelezwa na Markovnikov. Inasema kwamba, kwanza kabisa, atomi ya hidrojeni, ambayo ni ya kaboni zaidi ya hidrojeni, inakabiliwa na uingizwaji na halojeni. Halojeni huendelea kwa mfuatano ufuatao: kutoka atomi ya juu hadi kaboni ya msingi.
Mchakato ni bora kwa molekuli za alkane zilizo na mnyororo mkuu mrefu wa kaboni. Hii ni kutokana na kupungua kwa nishati ya ioni katika mwelekeo huu, elektroni hugawanyika kwa urahisi kutoka kwa dutu hii.
Mfano ni uwekaji klorini wa molekuli ya methane. Kitendo cha mionzi ya jua husababisha mgawanyiko wa klorini kuwa chembe kali zinazoshambulia alkane. Kuna kikosi cha hidrojeni ya atomiki na uundaji wa H3C· au radical ya methyl. Chembe kama hiyo, kwa upande wake, hushambulia klorini ya molekuli, na kusababisha uharibifu wa muundo wake na kuunda kitendanishi kipya cha kemikali.
Atomu moja tu ya hidrojeni ndiyo inabadilishwa katika kila hatua ya mchakato. Mmenyuko wa halojeni wa alkanes husababisha uundaji wa taratibu wa molekuli za kloromethane, dikloromethane, trikloromethane na tetrakloridi kaboni.
Kwa utaratibu, mchakato unaonekana kama hii:
H4C + Cl:Cl → H3CCl + HCl, H3CCl + Cl:Cl → H2CCl2 + HCl, H2CCl2 + Cl:Cl → HCCl3 + HCl, HCCl3 + Cl:Cl → CCl4 + HCl.
Tofauti na uwekaji klorini wa molekuli ya methane, kufanya mchakato kama huo na alkanes zingine kuna sifa ya kupata vitu ambamo uingizwaji wa hidrojeni haufanyiki kwenye atomi moja ya kaboni, lakini kwa kadhaa. Uwiano wao wa kiasi unahusishwa na viashiria vya joto. Chini ya hali ya baridi, kuna kupungua kwa kiwango cha uundaji wa derivatives na muundo wa juu, sekondari na msingi.
Pamoja na ongezeko la joto, kasi ya uundaji wa misombo kama hii hupunguzwa. Mchakato wa upenyezaji hewa huathiriwa na kipengele tuli, ambacho kinaonyesha uwezekano tofauti wa kugongana kwa kiasi kikubwa na atomi ya kaboni.
Mchakato wa kutokeza kwa iodini hauendelei katika hali ya kawaida. Inahitajika kuunda hali maalum. Wakati methane inakabiliwa na halojeni hii, iodidi ya hidrojeni huundwa. Inathiriwa na iodidi ya methyl, kwa sababu hiyo, reagents za awali hutolewa: methane na iodini. Mwitikio kama huo unachukuliwa kuwa wa kugeuzwa.
Maoni ya Wurtz kwa alkanes
Ni mbinu ya kupata hidrokaboni iliyojaa yenye muundo wa ulinganifu. Metali ya sodiamu, bromidi za alkili au kloridi za alkili hutumika kama viitikio. Katikamwingiliano wao hutoa halidi ya sodiamu na mnyororo wa hidrokaboni uliopanuliwa, ambao ni jumla ya radicals mbili za hidrokaboni. Kwa utaratibu, usanisi ni kama ifuatavyo: R−Cl + Cl−R + 2Na → R−R + 2NaCl.
Mitikio ya Wurtz kwa alkanes inawezekana tu ikiwa halojeni katika molekuli zao ziko kwenye atomi msingi ya kaboni. Kwa mfano, CH3−CH2−CH2Br.
Ikiwa mchanganyiko wa halokaboni wa misombo miwili utahusishwa katika mchakato, basi bidhaa tatu tofauti huundwa wakati wa kufidia minyororo yao. Mfano wa mmenyuko kama huo wa alkanes ni mwingiliano wa sodiamu na kloromethane na kloroethane. Pato ni mchanganyiko ulio na butane, propani na ethane.
Mbali na sodiamu, madini mengine ya alkali yanaweza kutumika, ambayo ni pamoja na lithiamu au potasiamu.
Mchakato wa Sulfochlorination
Pia inaitwa mmenyuko wa Reed. Inaendelea kulingana na kanuni ya uingizwaji wa radical bure. Hii ni aina ya tabia ya mmenyuko wa alkanes kwa hatua ya mchanganyiko wa dioksidi ya sulfuri na klorini ya molekuli mbele ya mionzi ya ultraviolet.
Mchakato huanza na kuanzishwa kwa utaratibu wa mnyororo, ambapo radicals mbili hupatikana kutoka kwa klorini. Mmoja wao hushambulia alkane, na kusababisha aina ya alkili na molekuli ya kloridi ya hidrojeni. Dioksidi ya sulfuri imeunganishwa kwenye radical ya hidrokaboni ili kuunda chembe changamano. Kwa utulivu, atomi moja ya klorini inachukuliwa kutoka kwa molekuli nyingine. Dutu ya mwisho ni alkane sulfonyl kloridi, hutumika katika usanisi wa misombo inayofanya kazi kwenye uso.
Kwa utaratibu, mchakato unaonekana kama hii:
ClCl → hv ∙Cl + ∙Cl, HR + ∙Cl → R∙ + HCl, R∙ + OSO → ∙RSO2, ∙RSO2 + ClCl → RSO2Cl + ∙Cl.
Taratibu zinazohusiana na nitration
Alkanes humenyuka pamoja na asidi ya nitriki katika umbo la myeyusho 10%, pamoja na oksidi ya nitrojeni ya tetravalent katika hali ya gesi. Masharti ya mtiririko wake ni viwango vya joto la juu (karibu 140 ° C) na viashiria vya shinikizo la chini. Nitroalkanes huzalishwa katika utoaji.
Mchakato huu wa itikadi kali huria ulipewa jina la mwanasayansi Konovalov, ambaye aligundua usanisi wa nitration: CH4 + HNO3 → CH 3HAPANA2 + H2O.
Mchakato wa kusafisha
Alkanes zina sifa ya uondoaji hidrojeni na miitikio ya kupasuka. Molekuli ya methane hutengana kabisa na joto.
Njia kuu ya miitikio iliyo hapo juu ni uondoaji wa atomi kutoka kwa alkanes.
Mchakato wa uondoaji hidrojeni
Atomu za hidrojeni zinapotenganishwa na mifupa ya kaboni ya parafini, isipokuwa methane, misombo isiyojaa hupatikana. Athari kama hizo za kemikali za alkanes hufanyika kwa joto la juu (kutoka 400 hadi 600 ° C) na chini ya ushawishi wa viongeza kasi kwa namna ya platinamu, nikeli, chromium na oksidi za alumini.
Ikiwa propani au molekuli za ethane zitahusika katika majibu, basi bidhaa zake zitakuwa nyororo au ethene kwa bondi moja mara mbili.
Unapoondoa hidrojeni kwenye mifupa minne au mitano ya kaboni, dienemiunganisho. Butane imeundwa kutoka butadiene-1, 3 na butadiene-1, 2.
Iwapo dutu iliyo na atomi 6 au zaidi ya kaboni inapatikana kwenye mmenyuko, basi benzini hutengenezwa. Ina msingi wa kunukia na bondi tatu mbili.
Mchakato wa mtengano
Chini ya hali ya joto la juu, athari za alkanes zinaweza kutokea kwa kuvunjika kwa vifungo vya kaboni na kuunda chembe hai za aina kali. Michakato kama hii inaitwa kupasuka au pyrolysis.
Kupasha viitikio hadi joto lizidi 500 °C husababisha kuoza kwa molekuli zake, ambapo michanganyiko changamano ya itikadi kali za aina ya alkili huundwa.
Kufanya pyrolysis ya alkanes kwa minyororo mirefu ya kaboni chini ya joto kali huhusishwa na kupata misombo iliyojaa na isiyojaa. Inaitwa kupasuka kwa joto. Utaratibu huu ulitumika hadi katikati ya karne ya 20.
Hasara ilikuwa ni utengenezaji wa hidrokaboni zenye idadi ya chini ya oktani (sio zaidi ya 65), kwa hivyo nafasi yake ikachukuliwa na kupasuka kwa kichocheo. Mchakato huo hufanyika chini ya hali ya joto ambayo iko chini ya 440 ° C na shinikizo chini ya angahewa 15, mbele ya kichapuzi cha aluminosilicate na kutolewa kwa alkanes kuwa na muundo wa matawi. Mfano ni methane pyrolysis: 2CH4 →t°C2 H2+ 3H2. Wakati wa majibu haya, asetilini na hidrojeni ya molekuli huundwa.
Molekuli ya methane inaweza kubadilishwa. Mwitikio huu unahitaji maji na kichocheo cha nikeli. Juu yapato ni mchanganyiko wa monoksidi kaboni na hidrojeni.
Michakato ya oxidation
Tabia ya kemikali ya alkanes inahusisha utoaji wa elektroni.
Kuna oksidi otomatiki ya parafini. Inahusisha utaratibu wa bure-radical kwa oxidation ya hidrokaboni iliyojaa. Wakati wa mmenyuko, hidroperoksidi hupatikana kutoka kwa awamu ya kioevu ya alkanes. Katika hatua ya awali, molekuli ya parafini inaingiliana na oksijeni, kwa sababu hiyo, radicals hai hutolewa. Zaidi ya hayo, molekuli nyingine O2 hutangamana na chembe ya alkili, kusababisha ∙ROO. Molekuli ya alkane huwasiliana na peroksidi kali ya asidi ya mafuta, baada ya hapo hidroperoksidi hutolewa. Mfano ni oksidi ya ethane:
C2H6 + O2 → ∙C2 H5 + HOO∙, ∙C2H5 + O2 → ∙OOC 2H5, ∙OOC2H5 + C2H6→ HOOC2H5 + ∙C2H5.
Alkanes zina sifa ya athari za mwako, ambazo ni miongoni mwa sifa kuu za kemikali zinapobainishwa katika muundo wa mafuta. Zina kibambo kioksidishaji na kutolewa kwa joto: 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O.
Ikiwa kuna kiasi kidogo cha oksijeni katika mchakato, basi bidhaa ya mwisho inaweza kuwa ya makaa ya mawe au oksidi ya divalent ya kaboni, ambayo hubainishwa na mkusanyiko wa O2.
Alkanes zinapooksidishwa kwa kuathiriwa na vitu vichochezi na kupashwa joto hadi 200 ° C, molekuli za alkoholi, aldehidi auasidi ya kaboksili.
Mfano wa Ethane:
C2H6 + O2 → C2 H5OH (ethanol),
C2H6 + O2 → CH3 CHO + H2O (ethanal na maji), 2C2H6 + 3O2 → 2CH3 COOH + 2H2O (asidi ya ethanoic na maji).
Alkanes zinaweza kuoksidishwa zinapokutana na peroksidi za mzunguko zenye wanachama watatu. Hizi ni pamoja na dimethyldioxirane. Matokeo ya uoksidishaji wa parafini ni molekuli ya pombe.
Wawakilishi wa mafuta ya taa hawaitikii KMnO4 au pamanganeti ya potasiamu, pamoja na maji ya bromini.
Isomerization
Kwenye alkanes, aina ya mmenyuko hubainishwa kwa kubadilisha utaratibu wa kielektroniki. Hii ni pamoja na isomerization ya mnyororo wa kaboni. Utaratibu huu huchochewa na kloridi ya alumini, ambayo huingiliana na parafini iliyojaa. Mfano ni isomerization ya molekuli ya butane, ambayo inakuwa 2-methylpropane: C4H10 → C3 H 7CH3..
Mchakato wa manukato
Vijanishi vilivyo na atomi sita au zaidi za kaboni kwenye mnyororo mkuu wa kaboni vinaweza kutoa dehydrocyclization. Mwitikio kama huo sio kawaida kwa molekuli fupi. Matokeo yake huwa ni pete yenye wanachama sita katika umbo la cyclohexane na viasili vyake.
Katika uwepo wa vichapuzi vya athari, uondoaji hidrojeni zaidi hufanyika namabadiliko katika pete ya benzini imara zaidi. Acyclic hidrokaboni hubadilishwa kuwa misombo ya kunukia au arenes. Mfano ni dehydrocyclization ya hexane:
H3C−CH2− CH2− CH 2− CH2−CH3 → C6H 12 (cyclohexane), C6H12 → C6H6+ 3H2 (benzene).
