Алкандар же парафиндик углеводороддор органикалык бирикмелердин бардык класстарынын эң жөнөкөйлөрү. Алардын негизги мүнөздөмөсү - молекулада жалгыз же каныккан байланыштардын болушу, демек, башка аталышы - каныккан углеводороддор. Белгилүү мунай жана газдан тышкары, алкандар көптөгөн өсүмдүк жана жаныбарлардын кыртыштарында да кездешет: мисалы, цеце чымын феромондору - чынжырларында 18, 39 жана 40 көмүртек атомдорун камтыган алкандар; алкандар өсүмдүктөрдүн үстүнкү коргоочу катмарында (кутикула) да көп санда кездешет.
Жалпы маалымат
Алкандар углеводороддор классына кирет. Бул кандайдыр бир бирикменин формуласында көмүртек (С) жана суутек (Н) гана болот дегенди билдирет. Бир гана айырмасы, молекуладагы бардык байланыштардын жалгыз болушу. Көмүртектин валенттүүлүгү 4, ошондуктан кошулмадагы бир атом ар дайым башка төрт атом менен байланышта болот. Андан тышкары, жок дегенде бир байланыш көмүртек-көмүртек тибинде болот, ал эми калгандары көмүртек-көмүртек жана көмүртек-сутек болушу мүмкүн (суутек валенттүүлүгү 1, андыктан суутек-водород байланыштары жөнүндө ойлонуп көр.тыюу салынган). Демек, бир гана С-С байланышы бар көмүртек атому биринчилик, эки С-С байланышы - экинчилик, үч - үчүнчү жана төрттүк, окшоштук боюнча төртүнчүлүк деп аталат.
Сүрөттөгү бардык алкандардын молекулалык формулаларын жазсаңыз, төмөнкүнү аласыз:
- CH4,
- C2H6,
- C3H8.
ж.б.у.с. Бул класстагы ар кандай кошулманы сүрөттөгөн универсалдуу формуланы жасоо оңой:
C H2n+2.
Бул парафиндик углеводороддор үчүн жалпы формула. Алар үчүн бардык мүмкүн болгон формулалардын жыйындысы гомологдук катар болуп саналат. Сериянын эң жакын эки мүчөсүнүн ортосундагы айырма (-CH2-).
Алкандардын номенклатурасы
Каныккан углеводороддор катарындагы биринчи жана эң жөнөкөй бул метан CH4. Андан кийин этан C2H6, эки көмүртек атому бар пропан C3H 8, бутан C4H10 жана гомологдук катардын бешинчи мүчөсүнөн алкандар көмүртектин саны боюнча аталат. молекуладагы атомдор: пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан, ундекан, додекан, тридекан жана башкалар. Бирок, бир сызыктуу чынжырда болсо гана бир нече көмүртектерди "бир учурда" деп атоого болот. Бул дайыма эле боло бербейт.
Бул сүрөттө молекулярдык формулалары бирдей болгон бир нече структуралар көрсөтүлгөн: C8H18. Бирок, бизде үч түрдүү байланыш бар. Мындайбир молекулярдык формула үчүн бир нече түрдүү структуралык формулалар болгон кубулуш изомерия, ал эми бирикмелер изомерлер деп аталат. Бул жерде көмүртек скелетинин изомериясы бар: бул изомерлердин молекуладагы көмүртек-көмүртек байланыштарынын тартиби боюнча айырмаланарын билдирет.
Сызыктуу түзүлүшкө ээ болбогон бардык изомерлер тармакталган деп аталат. Алардын номенклатурасы молекуладагы көмүртек атомдорунун эң узун үзгүлтүксүз чынжырына негизделген жана «бутактары» «негизги» чынжырдан көмүртектеги суутек атомдорунун биринин алмаштыруучулары болуп эсептелет. Ошентип 2-метилпропан (изобутан), 2, 2-диметилпропан (неопентан), 2, 2, 4-триметилпентан алынат. Сан негизги чынжырдын көмүртек санын, андан кийин окшош алмаштыруучулардын санын, андан кийин алмаштыруучунун атын, андан кийин негизги чынжырдын атын көрсөтөт.
Алкандардын түзүлүшү
Көмүртек атомундагы бардык төрт байланыш коваленттик сигма байланыштары. Алардын ар бирин түзүү үчүн көмүртек өзүнүн төрт орбиталынын бирин тышкы энергетикалык деңгээлде – 3с (бир даана), 3p (үч даана) колдонот. Байланыштырууга ар кандай түрдөгү орбиталдар катышкандыктан, пайда болгон байланыштар энергетикалык мүнөздөмөлөрү боюнча ар кандай болушу керек деп күтүлүүдө. Бирок бул байкалган эмес – метан молекуласында төртөө тең бирдей.
Бул кубулушту түшүндүрүү үчүн гибриддештирүү теориясы колдонулат. Ал төмөнкүдөй иштейт: бул коваленттик байланыш, эки электрон (жуптагы ар бир атомдон бирден) так байланышкан атомдордун ортосунда жайгашкан деп болжолдонууда. Метанда, мисалы, төрт мындай байланыш бар, ошондуктан төртмолекуладагы жуп электрондор бири-бирин түртүшөт. Бул тынымсыз түртүүнү минималдаштыруу үчүн метандагы борбордук атом өзүнүн төрт байланышын тең бири-биринен мүмкүн болушунча алыс тургандай уюштурат. Ошол эле учурда, андан да чоң пайда алуу үчүн, ал өзүнүн бардык орбиталдарын (3s - бир жана 3p - үч) аралаштырып, андан кийин төрт жаңы окшош sp3-гибрид орбиталарын түзөт. алардын ичинен. Натыйжада суутек атомдору жайгашкан коваленттик байланыштардын «учтары» туура тетраэдрди түзөт, анын ортосунда көмүртек бар. Бул кулак куулугу sp3-гибриддештирүү деп аталат.
Алкандардагы бардык көмүртек атомдору sp3-гибриддешти.
Физикалык касиеттери
Көмүртек атомдорунун саны 1ден 4кө чейин болгон алкандар - газдар, 5тен 17ге чейин - бензиндин жытына окшош, ачуу жыты бар суюктуктар, 17ден жогору - катуу заттар. Алкандардын кайноо жана эрүү температуралары алардын молярдык массасы (жана ошого жараша молекуладагы көмүртек атомдорунун саны) көбөйгөн сайын жогорулайт. Ошол эле молярдык массада тармакталган алкандардын эрүү жана кайноо чекиттери алардын бутактуу изомерлерине караганда байкаларлык төмөн экендигин айтууга болот. Бул алардагы молекулалар аралык байланыштар алсызыраак экенин билдирет, ошондуктан заттын жалпы структурасы тышкы таасирлерге анча туруштук бербейт (жана ысытканда бул байланыштар тез бузулат).
Мындай айырмачылыктарга карабастан, орточо алганда, бардык алкандар өтө полярдуу эмес: алар сууда иш жүзүндө эрибейт (ал эми суу полярдык эриткич). Бирок өздөрүканыкпаган углеводороддор полярдуу эмес эриткичтер катары нормалдуу шарттарда суюктуктар болуп активдүү колдонулат. n-гексан, н-гептан, н-октан жана башкалар ушундайча колдонулат.
Химиялык касиеттери
Алкандар активдүү эмес: башка органикалык заттарга салыштырмалуу алар реагенттердин өтө чектелген тизмеси менен реакцияга кирет. Негизинен булар радикалдуу механизм боюнча жүрүүчү реакциялар: хлордоо, бромдоо, нитрлөө, сульфондоо жана башкалар. Метан хлордоо чынжыр реакцияларынын классикалык мисалы болуп саналат. Анын маңызы төмөндөгүдөй.
Химиялык чынжыр реакциясы бир нече этаптан турат.
- адегенде чынжыр пайда болот - биринчи эркин радикалдар пайда болот (бул учурда бул фотондордун таасири астында болот);
- Кийинки кадам - чынжыр өнүктүрүү. Анын жүрүшүндө кандайдыр бир эркин радикал менен молекуланын өз ара аракеттенүүсүнүн натыйжасы болгон жаңы заттар пайда болот; бул жаңы эркин радикалдарды бөлүп чыгарат, алар өз кезегинде башка молекулалар менен реакцияга кирет жана башкалар;
- эки эркин радикал кагылышып, жаңы зат пайда болгондо, чынжыр үзүлүү пайда болот - жаңы эркин радикалдар пайда болбойт жана реакция бул бутакта чирийт.
Бул жердеги аралык реакция продуктылары экөө тең хлорметан CH3Cl жана дихлорометан CH2Cl2жана трихлорометан (хлороформ) CHCl3 жана CCl4. Бул радикалдар кимге болбосун кол салышы мүмкүн дегенди билдирет: метандын өзүнө дареакциянын аралык продуктулары, барган сайын суутекти галоген менен алмаштырууда.
Өнөр жай үчүн эң маанилүү реакция парафиндик углеводороддорду изомерлөө болуп саналат. Анын жүрүшүндө бутактуу алкандардан алардын тармакталган изомерлери алынат. Бул кошулма деп аталган детонацияга туруктуулугун жогорулатат - автомобиль күйүүчү май өзгөчөлүктөрүнүн бири. Реакция AlCl3 алюминий хлоридинин катализаторунда 300oC тегереги температурада жүргүзүлөт.
Алкандардын күйүшү
Башталгыч мектептен бери эле көптөр кандайдыр бир органикалык кошулма күйүп, суу менен көмүр кычкыл газын түзөрүн билишет. Алкандар да четте калбайт; бирок, бул учурда, дагы бир нерсе алда канча маанилүү болуп саналат. Парафиндик углеводороддордун, өзгөчө газ түрүндөгү углеводороддордун касиети – күйгөндө көп өлчөмдө жылуулуктун бөлүнүп чыгышы. Ошондуктан дээрлик бардык негизги күйүүчү майлар парафиндерден өндүрүлөт.
Гидрокарбондун негизиндеги минералдар
Бул кычкылтексиз химиялык өзгөрүүлөрдүн узак жолун басып өткөн байыркы тирүү организмдердин калдыктары. Жаратылыш газы орточо 95% метанды түзөт. Калгандары этан, пропан, бутан жана майда аралашмалар.
Май менен баары алда канча кызыктуу. Бул углеводороддордун эң ар түрдүү класстарынын бүтүндөй бир тобу. Бирок негизги бөлүгүн алкандар, циклоалкандар жана ароматтык бирикмелер ээлейт. Мунайдын парафиндик углеводороддору молекуладагы көмүртек атомдорунун саны боюнча фракцияларга (каныкпаган кошуналарды камтыйт) бөлүнөт:
- бензин (5-7С);
- бензин (5-11 C);
- нафта (8-14 C);
- керосин (12-18 C);
- газ майы (16-25 C);
- майлар - мазут, күн майы, майлоочу майлар жана башкалар (20-70 С).
Фракциянын айтымында, чийки мунай күйүүчү майдын ар кандай түрүнө кетет. Ушул себептен отундун түрлөрү (бензин, лигроин – трактордук отун, керосин – авиакеросин, дизель майы) парафиндик углеводороддордун фракциялык классификациясына дал келет.
