Mættede kulbrinter (paraffiner) er mættede alifatiske kulbrinter, hvor der er en simpel (enkelt)binding mellem kulstofatomer.
Alle andre valenser er fuldt mættede med hydrogenatomer.
Homologisk serie
Ultimate mættede kulbrinter har den generelle formel SpH2p+2. Under normale forhold viser repræsentanter for denne klasse en svag reaktivitet, så de kaldes "paraffiner". Mættede kulbrinter starter med metan, som har molekylformlen CH4.
Strukturtræk på eksemplet med metan
Dette organiske stof er lugtfrit og farveløst, gassen er næsten dobbelt så let som luft. I naturen dannes det under nedbrydning af dyre- og planteorganismer, men kun i mangel af luftadgang. Det findes i kulminer, i sumpede reservoirer. I små mængder er metan en del af naturgas, som i dag bruges som brændstof i produktionen, i hverdagen.
Dette mættede kulbrinte, der tilhører klassen af alkaner, har en kovalent polær binding. Den tetraedriske struktur forklares af sp3hybridisering af et carbonatom, bindingsvinklen er 109°28'.
Nomenklatur for paraffiner
Mættede kulbrinter kan navngives i henhold til systematisk nomenklatur. Der er en bestemt procedure, der giver dig mulighed for at tage højde for alle de grene, der er til stede i molekylet af det mættede kulbrinte. Først skal du identificere den længste carbonkæde og derefter nummerere carbonatomerne. For at gøre dette skal du vælge den del af molekylet, hvori der er en maksimal forgrening (et større antal radikaler). Hvis der er flere identiske radikaler i alkanen, er specificerende præfikser angivet med deres navn: di-, tri-, tetra. Tal bruges til at afklare positionen af aktive partikler i et kulbrintemolekyle. Det sidste trin i navnet på paraffiner er indikationen af selve kulstofkæden med tilføjelse af suffikset -an.
Mættede kulbrinter adskiller sig i deres aggregeringstilstand. De første fire repræsentanter for dette kasseapparat er gasformige forbindelser (fra metan til butan). Når den relative molekylvægt stiger, sker der en overgang til en væske og derefter til en fast aggregeringstilstand.
Mættede og umættede kulbrinter opløses ikke i vand, men kan opløses i organiske opløsningsmiddelmolekyler.
Funktioner ved isomerisme
Hvilke typer isomerisme har mættede kulbrinter? Eksempler på strukturen af repræsentanter for denne klasse, startende med butan, angivertilstedeværelse af isomerisme af kulstofskelettet.
Kulstofkæden dannet af kovalente polære bindinger har en zigzag-form. Dette er årsagen til ændringen i hovedkæden i rummet, det vil sige eksistensen af strukturelle isomerer. For eksempel, når man ændrer arrangementet af atomer i et butanmolekyle, dannes dets isomer - 2methylpropan.
Kemiske egenskaber
Lad os overveje de grundlæggende kemiske egenskaber ved mættede kulbrinter. For repræsentanter for denne klasse af carbonhydrider er additionsreaktioner ikke karakteristiske, da alle bindinger i molekylet er enkelte (mættede). Alkaner indgår i interaktioner forbundet med udskiftning af et brintatom med et halogen (halogenering), en nitrogruppe (nitrering). Hvis formlerne for mættede kulbrinter har formen SpH2n + 2, dannes der efter substitution et stof med sammensætningen CnH2n + 1CL, samt CnH2n + 1NO2.
Substitutionsprocessen har en fri radikal-mekanisme. Først dannes aktive partikler (radikaler), derefter observeres dannelsen af nye organiske stoffer. Alle alkaner reagerer med repræsentanter for den syvende gruppe (hovedundergruppe) i det periodiske system, men processen forløber kun ved en forhøjet temperatur eller i nærværelse af et let kvante.
Alle repræsentanter for metanserien er også karakteriseret ved interaktion med atmosfærisk oxygen. Under forbrændingen fungerer kuldioxid og vanddamp som reaktionsprodukter. Reaktionen ledsages af dannelsen af en betydelig mængde varme.
Når metan interagerer med atmosfærisk ilten eksplosion er mulig. En lignende effekt er typisk for andre repræsentanter for klassen af mættede kulbrinter. Derfor er en blanding af butan med propan, ethan, metan farlig. For eksempel er sådanne ophobninger typiske for kulminer, industrielle værksteder. Hvis det mættede kulbrinte opvarmes til over 1000 °C, nedbrydes det. Højere temperaturer fører til produktion af umættede kulbrinter samt til dannelse af brintgas. Dehydrogeneringsprocessen er af industriel betydning, den giver dig mulighed for at få en række organiske stoffer.
For kulbrinter i metanserien, startende med butan, er isomerisering karakteristisk. Dens essens ligger i at ændre kulstofskelettet og opnå mættede forgrenede kulbrinter.
Applikationsfunktioner
Metan som naturgas bruges som brændstof. Klorderivater af metan er af stor praktisk betydning. For eksempel bruges chloroform (trichlormethan) og iodform (triiodmethan) i medicin, og kulstoftetrachlorid i fordampningsprocessen stopper adgangen til atmosfærisk ilt, så det bruges til at slukke brande.
På grund af den høje værdi af kulbrinternes brændværdi bruges de som brændstof ikke kun i industriel produktion, men også til husholdningsformål.
En blanding af propan og butan, kaldet "flydende gas", er især relevant i områder, hvor naturgas ikke er tilgængelig.
Interessante fakta
Repræsentanter for kulbrinter, som er i flydende tilstand, er brændstof til forbrændingsmotorer i biler (benzin). Derudover er metan en prisbillig råvare til forskellige kemiske industrier.
F.eks. bruges reaktionen af nedbrydning og forbrænding af metan til industriel produktion af sod, som er nødvendig for fremstilling af trykfarve, samt syntese af forskellige gummiprodukter fra gummi.
For at gøre dette tilføres en sådan mængde luft til ovnen sammen med metan, så der opstår delvis forbrænding af mættet kulbrinte. Når temperaturen stiger, vil noget af metanen nedbrydes og danne fin sod.
Danning af brint fra paraffiner
Metan er den vigtigste kilde til industriel brint, der bruges til ammoniaksyntese. For at udføre dehydrogenering blandes metan med damp.
Processen foregår ved en temperatur på omkring 400 °C, et tryk på omkring 2-3 MPa, aluminium og nikkel katalysatorer anvendes. I nogle synteser bruges en blanding af gasser, som dannes i denne proces. Hvis efterfølgende transformationer involverer brug af rent brint, udføres katalytisk oxidation af kulilte med vanddamp
Klorering producerer en blanding af methan-chlor-derivater, som har en bred industriel anvendelse. For eksempel er klormethan i stand til at absorbere varme, hvorfor det bruges som kølemiddel i moderne køleanlæg.
Dichlormethan er et godt opløsningsmiddel til organiske stoffer, der bruges i kemisk syntese.
Hydrogenchlorid, der dannes i processen med radikal halogenering, bliver efter opløsning i vand til s altsyre. I øjeblikket opnås acetylen også fra metan, som er et værdifuldt kemisk råmateriale.
Konklusion
Repræsentanter for den homologe methan-serie er vidt udbredt i naturen, hvilket gør dem til populære stoffer i mange grene af moderne industri. Fra methanhomologer kan der opnås forgrenede carbonhydrider, som er nødvendige for syntesen af forskellige klasser af organiske stoffer. De højeste repræsentanter for alkanklassen er råmaterialerne til fremstilling af syntetiske vaskemidler.
Ud over paraffiner er alkaner, cycloalkaner, kaldet cycloparaffiner, også af praktisk interesse. Deres molekyler indeholder også simple bindinger, men det særlige ved repræsentanterne for denne klasse er tilstedeværelsen af en cyklisk struktur. Både alkaner og cycloacaner anvendes i store mængder som gasformigt brændstof, da processerne ledsages af frigivelse af en betydelig mængde varme (exoterm effekt). I øjeblikket betragtes alkaner, cycloalkaner som de mest værdifulde kemiske råmaterialer, så deres praktiske anvendelse er ikke begrænset til typiske forbrændingsreaktioner.
