Os hidrocarbonetos saturados (parafinas) são hidrocarbonetos alifáticos saturados, onde há uma ligação simples (simples) entre os átomos de carbono.
Todas as outras valências estão totalmente saturadas com átomos de hidrogênio.
Série Homológica
Os hidrocarbonetos saturados finais têm a fórmula geral SpH2p+2. Em condições normais, os representantes desta classe apresentam uma reatividade fraca, por isso são chamados de "parafinas". Os hidrocarbonetos saturados começam com metano, que tem a fórmula molecular CH4.
Recursos estruturais no exemplo do metano
Esta substância orgânica é inodoro e incolor, o gás é quase duas vezes mais leve que o ar. Na natureza, é formado durante a decomposição de organismos animais e vegetais, mas apenas na ausência de acesso aéreo. É encontrado em minas de carvão, em reservatórios pantanosos. Em pequenas quantidades, o metano faz parte do gás natural, que atualmente é utilizado como combustível na produção, no dia a dia.
Este hidrocarboneto saturado pertencente à classe dos alcanos possui uma ligação polar covalente. A estrutura tetraédrica é explicada por sp3hibridização de um átomo de carbono, o ângulo de ligação é 109°28'.
Nomenclatura das parafinas
Os hidrocarbonetos saturados podem ser nomeados de acordo com a nomenclatura sistemática. Existe um certo procedimento que permite levar em consideração todos os ramos presentes na molécula do hidrocarboneto saturado. Primeiro você precisa identificar a cadeia de carbono mais longa e, em seguida, numerar os átomos de carbono. Para fazer isso, selecione a parte da molécula em que há uma ramificação máxima (maior número de radicais). Se houver vários radicais idênticos no alcano, os prefixos específicos são indicados com seus nomes: di-, tri-, tetra. Os números são usados para esclarecer a posição das partículas ativas em uma molécula de hidrocarboneto. O passo final no nome das parafinas é a indicação da própria cadeia carbônica, com a adição do sufixo -an.
Os hidrocarbonetos saturados diferem em seu estado de agregação. Os primeiros quatro representantes desta caixa registradora são compostos gasosos (do metano ao butano). À medida que o peso molecular relativo aumenta, há uma transição para um estado líquido e depois para um estado sólido de agregação.
Os hidrocarbonetos saturados e insaturados não se dissolvem em água, mas podem se dissolver em moléculas de solventes orgânicos.
Características do isomerismo
Que tipos de isomerismo os hidrocarbonetos saturados possuem? Exemplos da estrutura de representantes desta classe, começando com butano, indicampresença de isomerismo do esqueleto de carbono.
A cadeia carbônica formada por ligações polares covalentes tem formato de ziguezague. Esta é a razão da mudança na cadeia principal no espaço, ou seja, a existência de isômeros estruturais. Por exemplo, ao alterar o arranjo dos átomos em uma molécula de butano, seu isômero é formado - 2metilpropano.
Propriedades Químicas
Vamos considerar as propriedades químicas básicas dos hidrocarbonetos saturados. Para representantes desta classe de hidrocarbonetos, as reações de adição não são características, pois todas as ligações na molécula são simples (saturadas). Os alcanos entram em interações associadas à substituição de um átomo de hidrogênio por um halogênio (halogenação), um grupo nitro (nitração). Se as fórmulas de hidrocarbonetos saturados tiverem a forma SpH2n + 2, após a substituição, será formada uma substância da composição CnH2n + 1CL, bem como CnH2n + 1NO2.
O processo de substituição tem um mecanismo de radicais livres. Primeiro, as partículas ativas (radicais) são formadas, depois observa-se a formação de novas substâncias orgânicas. Todos os alcanos reagem com representantes do sétimo grupo (subgrupo principal) da tabela periódica, mas o processo ocorre apenas a uma temperatura elevada, ou na presença de um quantum de luz.
Além disso, todos os representantes da série do metano são caracterizados pela interação com o oxigênio atmosférico. Durante a combustão, o dióxido de carbono e o vapor de água atuam como produtos da reação. A reação é acompanhada pela formação de uma quantidade significativa de calor.
Quando o metano interage com o oxigênio atmosféricouma explosão é possível. Um efeito semelhante é típico para outros representantes da classe de hidrocarbonetos saturados. É por isso que uma mistura de butano com propano, etano, metano é perigosa. Por exemplo, essas acumulações são típicas de minas de carvão, oficinas industriais. Se o hidrocarboneto saturado for aquecido acima de 1000 °C, ele se decompõe. Temperaturas mais altas levam à produção de hidrocarbonetos insaturados, bem como à formação de gás hidrogênio. O processo de desidrogenação é de importância industrial, pois permite obter uma variedade de substâncias orgânicas.
Para hidrocarbonetos da série metano, a partir do butano, a isomerização é característica. Sua essência está em mudar o esqueleto de carbono, obtendo hidrocarbonetos ramificados saturados.
Recursos do aplicativo
O metano como gás natural é usado como combustível. Os derivados de cloro do metano são de grande importância prática. Por exemplo, clorofórmio (triclorometano) e iodofórmio (triiodometano) são usados na medicina, e tetracloreto de carbono no processo de evaporação impede o acesso de oxigênio atmosférico, por isso é usado para extinguir incêndios.
Devido ao alto poder calorífico dos hidrocarbonetos, são utilizados como combustível não só na produção industrial, mas também para fins domésticos.
Uma mistura de propano e butano, chamada "gás liquefeito", é especialmente relevante em áreas onde o gás natural não está disponível.
Fatos interessantes
Representantes de hidrocarbonetos, que estão no estado líquido, são combustíveis para motores de combustão interna de automóveis (gasolina). Além disso, o metano é uma matéria-prima acessível para várias indústrias químicas.
Por exemplo, a reação de decomposição e combustão do metano é usada para a produção industrial de fuligem, necessária para a produção de tinta de impressão, bem como para a síntese de vários produtos de borracha a partir da borracha.
Para fazer isso, tal volume de ar é fornecido ao forno junto com o metano para que ocorra a combustão parcial do hidrocarboneto saturado. À medida que a temperatura aumenta, parte do metano se decompõe, produzindo fuligem fina.
Formação de hidrogênio a partir de parafinas
O metano é a principal fonte de hidrogênio industrial usado para a síntese de amônia. Para realizar a desidrogenação, o metano é misturado com vapor.
O processo ocorre a uma temperatura de cerca de 400 °C, uma pressão de cerca de 2-3 MPa, são utilizados catalisadores de alumínio e níquel. Em algumas sínteses, é utilizada uma mistura de gases, que é formada nesse processo. Se as transformações subsequentes envolverem o uso de hidrogênio puro, será realizada a oxidação catalítica do monóxido de carbono com vapor de água.
A cloração produz uma mistura de derivados de metano cloro, que tem ampla aplicação industrial. Por exemplo, o clorometano é capaz de absorver calor, razão pela qual é usado como refrigerante em sistemas de refrigeração modernos.
O diclorometano é um bom solvente para substâncias orgânicas, usadas em sínteses químicas.
Cloreto de hidrogênio, formado no processo de halogenação radicalar, após dissolução em água, torna-se ácido clorídrico. Atualmente, o acetileno também é obtido a partir do metano, que é uma valiosa matéria-prima química.
Conclusão
Representantes da série homóloga do metano são amplamente distribuídos na natureza, o que os torna substâncias populares em muitos ramos da indústria moderna. A partir de homólogos de metano, podem ser obtidos hidrocarbonetos ramificados, necessários para a síntese de várias classes de substâncias orgânicas. Os maiores representantes da classe dos alcanos são as matérias-primas para a produção de detergentes sintéticos.
Além das parafinas, alcanos, cicloalcanos, chamados cicloparafinas, também são de interesse prático. Suas moléculas também contêm ligações simples, mas a peculiaridade dos representantes dessa classe é a presença de uma estrutura cíclica. Tanto os alcanos quanto os cicloacanos são usados em grandes quantidades como combustíveis gasosos, pois os processos são acompanhados pela liberação de uma quantidade significativa de calor (efeito exotérmico). Atualmente, alcanos, cicloalcanos são considerados as matérias-primas químicas mais valiosas, portanto, seu uso prático não se limita a reações de combustão típicas.
