Gli idrocarburi saturi (paraffine) sono idrocarburi alifatici saturi, dove esiste un semplice (singolo) legame tra atomi di carbonio.
Tutte le altre valenze sono completamente saturate con atomi di idrogeno.
Serie omologica
Gli idrocarburi saturi di ultima generazione hanno la formula generale SpH2p+2. In condizioni normali, i rappresentanti di questa classe mostrano una debole reattività, quindi sono chiamati "paraffine". Gli idrocarburi saturi iniziano con il metano, che ha la formula molecolare CH4.
Caratteristiche strutturali sull'esempio del metano
Questa sostanza organica è inodore e incolore, il gas è quasi due volte più leggero dell'aria. In natura si forma durante la decomposizione di organismi animali e vegetali, ma solo in assenza di accesso all'aria. Si trova nelle miniere di carbone, nei bacini paludosi. In piccole quantità, il metano fa parte del gas naturale, attualmente utilizzato come combustibile nella produzione, nella vita di tutti i giorni.
Questo idrocarburo saturo appartenente alla classe degli alcani ha un legame polare covalente. La struttura tetraedrica è spiegata da sp3ibridazione di un atomo di carbonio, l'angolo di legame è 109°28'.
Nomenclatura delle paraffine
Gli idrocarburi saturi possono essere denominati secondo la nomenclatura sistematica. Esiste una certa procedura che consente di tenere conto di tutti i rami che sono presenti nella molecola dell'idrocarburo saturo. Per prima cosa devi identificare la catena di carbonio più lunga, quindi numerare gli atomi di carbonio. Per fare ciò, seleziona la parte della molecola in cui c'è una ramificazione massima (un numero maggiore di radicali). Se nell'alcano sono presenti più radicali identici, i prefissi specificati sono indicati con il loro nome: di-, tri-, tetra. I numeri sono usati per chiarire la posizione delle particelle attive in una molecola di idrocarburi. L'ultimo passaggio nel nome delle paraffine è l'indicazione della catena di carbonio stessa, con l'aggiunta del suffisso -an.
Gli idrocarburi saturi differiscono nel loro stato di aggregazione. I primi quattro rappresentanti di questo registratore di cassa sono composti gassosi (dal metano al butano). All'aumentare del peso molecolare relativo, si passa allo stato liquido e quindi allo stato solido di aggregazione.
Gli idrocarburi saturi e insaturi non si dissolvono in acqua, ma possono dissolversi in molecole di solventi organici.
Caratteristiche dell'isomerismo
Che tipi di isomeria hanno gli idrocarburi saturi? Esempi della struttura dei rappresentanti di questa classe, a partire dal butano, indicanopresenza di isomeria dello scheletro di carbonio.
La catena di carbonio formata da legami polari covalenti ha una forma a zigzag. Questa è la ragione del cambiamento nella catena principale nello spazio, cioè l'esistenza di isomeri strutturali. Ad esempio, quando si cambia la disposizione degli atomi in una molecola di butano, si forma il suo isomero - 2metilpropano.
Proprietà chimiche
Consideriamo le proprietà chimiche di base degli idrocarburi saturi. Per i rappresentanti di questa classe di idrocarburi, le reazioni di addizione non sono caratteristiche, poiché tutti i legami nella molecola sono singoli (saturi). Gli alcani entrano in interazioni associate alla sostituzione di un atomo di idrogeno con un alogeno (alogenazione), un gruppo nitro (nitrazione). Se le formule degli idrocarburi saturi hanno la forma SpH2n + 2, dopo la sostituzione si forma una sostanza della composizione CnH2n + 1CL, nonché CnH2n + 1NO2.
Il processo di sostituzione ha un meccanismo di radicali liberi. Innanzitutto si formano particelle attive (radicali), quindi si osserva la formazione di nuove sostanze organiche. Tutti gli alcani reagiscono con i rappresentanti del settimo gruppo (sottogruppo principale) della tavola periodica, ma il processo procede solo a temperatura elevata, o in presenza di un quanto di luce.
Inoltre, tutti i rappresentanti della serie del metano sono caratterizzati dall'interazione con l'ossigeno atmosferico. Durante la combustione, l'anidride carbonica e il vapore acqueo agiscono come prodotti di reazione. La reazione è accompagnata dalla formazione di una notevole quantità di calore.
Quando il metano interagisce con l'ossigeno atmosfericoun'esplosione è possibile. Un effetto simile è tipico per altri rappresentanti della classe degli idrocarburi saturi. Ecco perché una miscela di butano con propano, etano, metano è pericolosa. Ad esempio, tali accumuli sono tipici delle miniere di carbone, delle officine industriali. Se l'idrocarburo saturo viene riscaldato oltre i 1000 °C, si decompone. Temperature più elevate portano alla produzione di idrocarburi insaturi, nonché alla formazione di idrogeno gassoso. Il processo di deidrogenazione è di importanza industriale, permette di ottenere una varietà di sostanze organiche.
Per gli idrocarburi della serie del metano, a partire dal butano, l'isomerizzazione è caratteristica. La sua essenza sta nel cambiare lo scheletro del carbonio, ottenendo idrocarburi ramificati saturi.
Caratteristiche dell'applicazione
Il metano come gas naturale viene utilizzato come combustibile. I derivati del cloro del metano sono di grande importanza pratica. Ad esempio, il cloroformio (triclorometano) e lo iodoformio (triiodometano) sono usati in medicina e il tetracloruro di carbonio nel processo di evaporazione impedisce l'accesso all'ossigeno atmosferico, quindi viene utilizzato per estinguere gli incendi.
A causa dell' alto potere calorifico degli idrocarburi, vengono utilizzati come combustibili non solo nella produzione industriale, ma anche per scopi domestici.
Una miscela di propano e butano, chiamata "gas liquefatto", è particolarmente rilevante nelle aree in cui il gas naturale non è disponibile.
Fatti interessanti
I rappresentanti degli idrocarburi, che sono allo stato liquido, sono combustibili per motori a combustione interna delle automobili (benzina). Inoltre, il metano è una materia prima conveniente per varie industrie chimiche.
Ad esempio, la reazione di decomposizione e combustione del metano viene utilizzata per la produzione industriale di fuliggine, necessaria per la produzione di inchiostri da stampa, nonché per la sintesi di vari prodotti in gomma dalla gomma.
Per fare ciò, un tale volume d'aria viene fornito al forno insieme al metano in modo che si verifichi una combustione parziale di idrocarburi saturi. Quando la temperatura aumenta, parte del metano si decompone, producendo fuliggine fine.
Formazione di idrogeno dalle paraffine
Il metano è la principale fonte di idrogeno industriale utilizzato per la sintesi dell'ammoniaca. Per effettuare la deidrogenazione, il metano viene miscelato con vapore.
Il processo avviene ad una temperatura di circa 400 °C, ad una pressione di circa 2-3 MPa, vengono utilizzati catalizzatori di alluminio e nichel. In alcune sintesi viene utilizzata una miscela di gas, che si forma in questo processo. Se le trasformazioni successive comportano l'uso di idrogeno puro, viene eseguita l'ossidazione catalitica del monossido di carbonio con vapore acqueo.
La clorazione produce una miscela di derivati del cloro metano, che hanno un'ampia applicazione industriale. Ad esempio, il clorometano è in grado di assorbire il calore, motivo per cui viene utilizzato come refrigerante nei moderni sistemi di refrigerazione.
Il diclorometano è un buon solvente per le sostanze organiche, utilizzato nella sintesi chimica.
L'acido cloridrico, formatosi nel processo di alogenazione radicalica, dopo la dissoluzione in acqua, diventa acido cloridrico. Attualmente, l'acetilene si ottiene anche dal metano, che è una preziosa materia prima chimica.
Conclusione
I rappresentanti delle serie omologhe del metano sono ampiamente distribuiti in natura, il che li rende sostanze popolari in molti rami dell'industria moderna. Dagli omologhi del metano si possono ottenere idrocarburi ramificati, necessari per la sintesi di varie classi di sostanze organiche. I massimi rappresentanti della classe degli alcani sono le materie prime per la produzione di detersivi sintetici.
Oltre alle paraffine, anche gli alcani, i cicloalcani, chiamati cicloparaffine, sono di interesse pratico. Le loro molecole contengono anche legami semplici, ma la particolarità dei rappresentanti di questa classe è la presenza di una struttura ciclica. Sia gli alcani che i cicloacani sono utilizzati in grandi quantità come combustibili gassosi, poiché i processi sono accompagnati dal rilascio di una notevole quantità di calore (effetto esotermico). Attualmente, alcani, cicloalcani sono considerati le materie prime chimiche più preziose, quindi il loro uso pratico non si limita alle tipiche reazioni di combustione.
