Les hydrocarbures saturés (paraffines) sont des hydrocarbures aliphatiques saturés, où il existe une liaison simple (unique) entre les atomes de carbone.
Toutes les autres valences sont entièrement saturées d'atomes d'hydrogène.
Séries homologiques
Les hydrocarbures saturés ultimes ont la formule générale SpH2p+2. Dans des conditions normales, les représentants de cette classe présentent une faible réactivité, ils sont donc appelés "paraffines". Les hydrocarbures saturés commencent par le méthane, dont la formule moléculaire est CH4.
Caractéristiques de la structure sur l'exemple du méthane
Cette substance organique est inodore et incolore, le gaz est presque deux fois plus léger que l'air. Dans la nature, il se forme lors de la décomposition d'organismes animaux et végétaux, mais uniquement en l'absence d'accès à l'air. On le trouve dans les mines de charbon, dans les réservoirs marécageux. En petites quantités, le méthane fait partie du gaz naturel, qui est actuellement utilisé comme combustible dans la production, dans la vie de tous les jours.
Cet hydrocarbure saturé appartenant à la classe des alcanes possède une liaison polaire covalente. La structure tétraédrique est expliquée par sp3hybridation d'un atome de carbone, l'angle de liaison est de 109°28'.
Nomenclature des paraffines
Les hydrocarbures saturés peuvent être nommés selon une nomenclature systématique. Il existe une certaine procédure qui permet de prendre en compte toutes les branches présentes dans la molécule de l'hydrocarbure saturé. Vous devez d'abord identifier la chaîne carbonée la plus longue, puis numéroter les atomes de carbone. Pour ce faire, sélectionnez la partie de la molécule dans laquelle il y a un maximum de ramifications (un plus grand nombre de radicaux). S'il y a plusieurs radicaux identiques dans l'alcane, des préfixes spécifiques sont indiqués avec leur nom: di-, tri-, tétra. Les nombres sont utilisés pour clarifier la position des particules actives dans une molécule d'hydrocarbure. La dernière étape dans le nom des paraffines est l'indication de la chaîne carbonée elle-même, avec l'ajout du suffixe -an.
Les hydrocarbures saturés diffèrent par leur état d'agrégation. Les quatre premiers représentants de cette caisse enregistreuse sont des composés gazeux (du méthane au butane). À mesure que le poids moléculaire relatif augmente, il y a une transition vers un liquide, puis vers un état solide d'agrégation.
Les hydrocarbures saturés et insaturés ne se dissolvent pas dans l'eau, mais peuvent se dissoudre dans les molécules de solvants organiques.
Caractéristiques de l'isomérie
Quels sont les types d'isomérie des hydrocarbures saturés ? Des exemples de la structure des représentants de cette classe, à commencer par le butane, indiquentprésence d'isomérie du squelette carboné.
La chaîne carbonée formée par des liaisons polaires covalentes a une forme en zigzag. C'est la raison du changement de la chaîne principale dans l'espace, c'est-à-dire de l'existence d'isomères structuraux. Par exemple, lors de la modification de la disposition des atomes dans une molécule de butane, son isomère est formé - 2méthylpropane.
Propriétés chimiques
Considérons les propriétés chimiques de base des hydrocarbures saturés. Pour les représentants de cette classe d'hydrocarbures, les réactions d'addition ne sont pas caractéristiques, car toutes les liaisons de la molécule sont simples (saturées). Les alcanes entrent dans des interactions liées au remplacement d'un atome d'hydrogène par un halogène (halogénation), un groupement nitro (nitration). Si les formules des hydrocarbures saturés ont la forme SpH2n + 2, alors après substitution une substance de la composition CnH2n + 1CL est formée, ainsi que CnH2n + 1NO2.
Le processus de substitution a un mécanisme de radicaux libres. Tout d'abord, des particules actives (radicaux) se forment, puis on observe la formation de nouvelles substances organiques. Tous les alcanes réagissent avec les représentants du septième groupe (sous-groupe principal) du tableau périodique, mais le processus ne se déroule qu'à une température élevée ou en présence d'un quantum de lumière.
En outre, tous les représentants de la série du méthane sont caractérisés par une interaction avec l'oxygène atmosphérique. Lors de la combustion, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau agissent comme des produits de réaction. La réaction s'accompagne de la formation d'une quantité importante de chaleur.
Quand le méthane interagit avec l'oxygène atmosphériqueune explosion est possible. Un effet similaire est typique pour les autres représentants de la classe des hydrocarbures saturés. C'est pourquoi un mélange de butane avec du propane, de l'éthane, du méthane est dangereux. Par exemple, de telles accumulations sont typiques des mines de charbon, des ateliers industriels. Si l'hydrocarbure saturé est chauffé au-dessus de 1000 °C, il se décompose. Des températures plus élevées conduisent à la production d'hydrocarbures insaturés, ainsi qu'à la formation d'hydrogène gazeux. Le processus de déshydrogénation est d'une importance industrielle, il vous permet d'obtenir une variété de substances organiques.
Pour les hydrocarbures de la série du méthane, à commencer par le butane, l'isomérisation est caractéristique. Son essence réside dans la modification du squelette carboné, en obtenant des hydrocarbures ramifiés saturés.
Fonctionnalités de l'application
Le méthane sous forme de gaz naturel est utilisé comme combustible. Les dérivés chlorés du méthane sont d'une grande importance pratique. Par exemple, le chloroforme (trichlorométhane) et l'iodoforme (triiodométhane) sont utilisés en médecine, et le tétrachlorure de carbone en cours d'évaporation arrête l'accès de l'oxygène atmosphérique, il est donc utilisé pour éteindre les incendies.
En raison de la valeur élevée du pouvoir calorifique des hydrocarbures, ils sont utilisés comme combustible non seulement dans la production industrielle, mais aussi à des fins domestiques.
Un mélange de propane et de butane, appelé "gaz liquéfié", est particulièrement pertinent dans les zones où le gaz naturel n'est pas disponible.
Faits intéressants
Les représentants des hydrocarbures, qui sont à l'état liquide, sont du carburant pour les moteurs à combustion interne des voitures (essence). De plus, le méthane est une matière première abordable pour diverses industries chimiques.
Par exemple, la réaction de décomposition et de combustion du méthane est utilisée pour la production industrielle de suie, nécessaire à la production d'encre d'imprimerie, ainsi que pour la synthèse de divers produits en caoutchouc à partir de caoutchouc.
Pour ce faire, un tel volume d'air est fourni au four avec du méthane afin qu'une combustion partielle d'hydrocarbure saturé se produise. À mesure que la température augmente, une partie du méthane se décompose, produisant de la suie fine.
Formation d'hydrogène à partir de paraffines
Le méthane est la principale source d'hydrogène industriel utilisé pour la synthèse de l'ammoniac. Pour effectuer la déshydrogénation, le méthane est mélangé à de la vapeur.
Le processus se déroule à une température d'environ 400 °C, une pression d'environ 2-3 MPa, des catalyseurs d'aluminium et de nickel sont utilisés. Dans certaines synthèses, un mélange de gaz est utilisé, qui se forme dans ce processus. Si les transformations ultérieures impliquent l'utilisation d'hydrogène pur, une oxydation catalytique du monoxyde de carbone avec de la vapeur d'eau est effectuée.
La chloration produit un mélange de dérivés chlorés du méthane, qui ont une large application industrielle. Par exemple, le chlorométhane est capable d'absorber la chaleur, c'est pourquoi il est utilisé comme réfrigérant dans les systèmes de réfrigération modernes.
Le dichlorométhane est un bon solvant pour les substances organiques, utilisé en synthèse chimique.
Le chlorure d'hydrogène, formé lors du processus d'halogénation radicalaire, après dissolution dans l'eau, devient de l'acide chlorhydrique. Actuellement, l'acétylène est également obtenu à partir du méthane, qui est une matière première chimique précieuse.
Conclusion
Les représentants de la série homologue du méthane sont largement répandus dans la nature, ce qui en fait des substances populaires dans de nombreuses branches de l'industrie moderne. A partir d'homologues du méthane, on peut obtenir des hydrocarbures ramifiés, nécessaires à la synthèse de diverses classes de substances organiques. Les plus hauts représentants de la classe des alcanes sont les matières premières pour la production de détergents synthétiques.
En plus des paraffines, les alcanes, les cycloalcanes, appelés cycloparaffines, présentent également un intérêt pratique. Leurs molécules contiennent également des liaisons simples, mais la particularité des représentants de cette classe est la présence d'une structure cyclique. Les alcanes et les cycloacanes sont utilisés en grande quantité comme combustibles gazeux, car les processus s'accompagnent du dégagement d'une quantité importante de chaleur (effet exothermique). Actuellement, les alcanes et les cycloalcanes sont considérés comme les matières premières chimiques les plus précieuses, de sorte que leur utilisation pratique ne se limite pas aux réactions de combustion typiques.
