Հագեցած ածխաջրածինները (պարաֆինները) հագեցած ալիֆատիկ ածխաջրածիններ են, որտեղ ածխածնի ատոմների միջև կա պարզ (մեկ) կապ:
Բոլոր մյուս վալենտները լիովին հագեցած են ջրածնի ատոմներով:
Հոմոլոգիական շարք
Վերջնական հագեցած ածխաջրածիններն ունեն SpH2p+2 ընդհանուր բանաձևը: Նորմալ պայմաններում այս դասի ներկայացուցիչները ցույց են տալիս թույլ ռեակտիվություն, ուստի դրանք կոչվում են «պարաֆիններ»: Հագեցած ածխաջրածինները սկսվում են մեթանից, որն ունի CH4 մոլեկուլային բանաձև:
Կառուցվածքային առանձնահատկությունները մեթանի օրինակով
Այս օրգանական նյութն անհոտ է և անգույն, գազը գրեթե երկու անգամ ավելի թեթև է, քան օդը։ Բնության մեջ այն ձևավորվում է կենդանական և բուսական օրգանիզմների տարրալուծման ժամանակ, բայց միայն օդային հասանելիության բացակայության դեպքում։ Հանդիպում է ածխի հանքերում, ճահճացած ջրամբարներում։ Փոքր քանակությամբ մեթանը բնական գազի մի մասն է, որը ներկայումս օգտագործվում է որպես վառելիք արտադրության մեջ, առօրյա կյանքում։
Ալկանների դասին պատկանող այս հագեցած ածխաջրածինը ունի կովալենտային բևեռային կապ։ Չորսանկյուն կառուցվածքը բացատրվում է sp3-ովածխածնի ատոմի հիբրիդացում, կապի անկյունը 109°28' է։
Պարաֆինների անվանակարգ
Հագեցած ածխաջրածինները կարելի է անվանել ըստ սիստեմատիկ անվանացանկի։ Կա որոշակի ընթացակարգ, որը թույլ է տալիս հաշվի առնել բոլոր այն ճյուղերը, որոնք առկա են հագեցած ածխաջրածնի մոլեկուլում: Նախ անհրաժեշտ է բացահայտել ամենաերկար ածխածնային շղթան, ապա համարակալել ածխածնի ատոմները: Դա անելու համար ընտրեք մոլեկուլի այն հատվածը, որտեղ կա առավելագույն ճյուղավորում (ավելի մեծ թվով ռադիկալներ): Եթե ալկանում կան մի քանի նույնական ռադիկալներ, ապա նշված նախածանցները նշվում են դրանց անվան հետ՝ di-, tri-, tetra: Թվերն օգտագործվում են ածխաջրածնի մոլեկուլում ակտիվ մասնիկների դիրքը պարզելու համար։ Պարաֆինների անվանման վերջին քայլը հենց ածխածնային շղթայի նշումն է՝ -an վերջածանցի ավելացմամբ։։
Հագեցած ածխաջրածինները տարբերվում են իրենց ագրեգացման վիճակով: Այս ՀԴՄ-ի առաջին չորս ներկայացուցիչները գազային միացություններ են (մեթանից բութան)։ Քանի որ հարաբերական մոլեկուլային քաշը մեծանում է, տեղի է ունենում անցում դեպի հեղուկ, այնուհետև ագրեգացման պինդ վիճակի:
Հագեցած և չհագեցած ածխաջրածինները չեն լուծվում ջրում, բայց կարող են լուծվել օրգանական լուծիչների մոլեկուլներում:
Իզոմերիզմի առանձնահատկությունները
Ի՞նչ տեսակի իզոմերիզմ ունեն հագեցած ածխաջրածինները: Այս դասի ներկայացուցիչների կառուցվածքի օրինակները՝ սկսած բութանից, ցույց են տալիսածխածնի կմախքի իզոմերիզմի առկայությունը։
Կովալենտ բևեռային կապերով ձևավորված ածխածնային շղթան ունի զիգզագաձև ձև։ Դրանով է պայմանավորված տիեզերքում հիմնական շղթայի փոփոխությունը, այսինքն՝ կառուցվածքային իզոմերների առկայությունը։ Օրինակ՝ բութանի մոլեկուլում ատոմների դասավորությունը փոխելիս առաջանում է նրա իզոմերը՝ 2մեթիլպրոպան։
Քիմիական հատկություններ
Դիտարկենք հագեցած ածխաջրածինների հիմնական քիմիական հատկությունները: Ածխաջրածինների այս դասի ներկայացուցիչների համար հավելման ռեակցիաները բնորոշ չեն, քանի որ մոլեկուլի բոլոր կապերը միայնակ են (հագեցված): Ալկանները փոխազդեցության մեջ են մտնում՝ կապված ջրածնի ատոմը հալոգենով (հալոգենացում), նիտրոխմբով (նիտրացիա) փոխարինելու հետ։ Եթե հագեցած ածխաջրածինների բանաձևերն ունեն SpH2n + 2 ձև, ապա փոխարինումից հետո առաջանում է CnH2n + 1CL բաղադրության նյութ, ինչպես նաև CnH2n + 1NO2։
Փոխարինման գործընթացն ունի ազատ ռադիկալների մեխանիզմ: Նախ առաջանում են ակտիվ մասնիկներ (ռադիկալներ), ապա նկատվում է նոր օրգանական նյութերի առաջացում։ Բոլոր ալկանները փոխազդում են պարբերական աղյուսակի յոթերորդ խմբի (հիմնական ենթախմբի) ներկայացուցիչների հետ, սակայն գործընթացն ընթանում է միայն բարձր ջերմաստիճանում կամ թեթև քվանտի առկայության դեպքում։
Նաև, մեթանի շարքի բոլոր ներկայացուցիչներին բնորոշ է փոխազդեցությունը մթնոլորտի թթվածնի հետ։ Այրման ժամանակ ածխաթթու գազը և ջրի գոլորշին հանդես են գալիս որպես ռեակցիայի արտադրանք։ Ռեակցիան ուղեկցվում է զգալի քանակությամբ ջերմության առաջացմամբ։
Երբ մեթանը փոխազդում է մթնոլորտի թթվածնի հետհնարավոր է պայթյուն. Նմանատիպ ազդեցությունը բնորոշ է հագեցած ածխաջրածինների դասի այլ ներկայացուցիչների համար: Այդ իսկ պատճառով վտանգավոր է բութանի խառնուրդը պրոպանի, էթանի, մեթանի հետ։ Օրինակ՝ նման կուտակումները բնորոշ են ածխահանքերին, արդյունաբերական արտադրամասերին։ Եթե հագեցած ածխաջրածինը տաքացվում է 1000 °C-ից բարձր, ապա այն քայքայվում է։ Ավելի բարձր ջերմաստիճանը հանգեցնում է չհագեցած ածխաջրածինների արտադրությանը, ինչպես նաև ջրածնի գազի առաջացմանը։ Ջրազրկման գործընթացը արդյունաբերական նշանակություն ունի, այն թույլ է տալիս ստանալ օրգանական նյութերի բազմազանություն։
Մեթանային շարքի ածխաջրածինների համար՝ սկսած բութանից, բնորոշ է իզոմերացումը։ Դրա էությունը կայանում է նրանում, որ փոխվի ածխածնի կմախքը, ստանալով հագեցած ճյուղավորված ածխաջրածիններ։
Հավելվածի առանձնահատկություններ
Մեթանը որպես բնական գազ օգտագործվում է որպես վառելիք։ Գործնական մեծ նշանակություն ունեն մեթանի քլորի ածանցյալները։ Օրինակ՝ քլորոֆորմը (տրիքլորմեթան) և յոդոֆորմը (եռիոդոմեթան) օգտագործվում են բժշկության մեջ, իսկ ածխածնի տետրաքլորիդը գոլորշիացման գործընթացում դադարեցնում է մթնոլորտային թթվածնի մուտքը, ուստի այն օգտագործվում է հրդեհները մարելու համար։
Ածխաջրածինների կալորիականության բարձր արժեքի պատճառով դրանք օգտագործվում են որպես վառելիք ոչ միայն արդյունաբերական արտադրության մեջ, այլև կենցաղային նպատակներով։
Պրոպանի և բութանի խառնուրդը, որը կոչվում է «հեղուկ գազ», հատկապես կարևոր է այն տարածքներում, որտեղ բնական գազ չկա:
Հետաքրքիր փաստեր
Ածխաջրածինների ներկայացուցիչները, որոնք գտնվում են հեղուկ վիճակում, վառելիք են մեքենաների ներքին այրման շարժիչների համար (բենզին): Բացի այդ, մեթանը մատչելի հումք է տարբեր քիմիական արդյունաբերության համար։
Օրինակ, մեթանի քայքայման և այրման ռեակցիան օգտագործվում է մուրի արդյունաբերական արտադրության համար, որն անհրաժեշտ է տպագրական թանաքի արտադրության համար, ինչպես նաև կաուչուկից տարբեր ռետինե արտադրանքի սինթեզում։
Դրա համար մեթանի հետ միասին վառարան է մատակարարվում օդի այնպիսի ծավալ, որպեսզի տեղի ունենա հագեցած ածխաջրածնի մասնակի այրում: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեթանի մի մասը կքայքայվի՝ առաջացնելով նուրբ մուր։
Պարաֆիններից ջրածնի ձևավորում
Մեթանը արդյունաբերական ջրածնի հիմնական աղբյուրն է, որն օգտագործվում է ամոնիակի սինթեզի համար: Ջրազրկում իրականացնելու համար մեթանը խառնում են գոլորշու հետ։
Գործընթացը տեղի է ունենում մոտ 400 °C ջերմաստիճանում, ճնշում մոտ 2-3 ՄՊա, օգտագործվում են ալյումինի և նիկելի կատալիզատորներ։ Որոշ սինթեզներում օգտագործվում է գազերի խառնուրդ, որն առաջանում է այս գործընթացում։ Եթե հետագա փոխակերպումները ներառում են մաքուր ջրածնի օգտագործում, ապա իրականացվում է ածխածնի մոնօքսիդի կատալիտիկ օքսիդացում ջրային գոլորշիով։
Քլորացումը առաջացնում է մեթանի քլորի ածանցյալների խառնուրդ, որոնք ունեն լայն արդյունաբերական կիրառություն: Օրինակ՝ քլորոմեթանն ընդունակ է կլանել ջերմությունը, այդ իսկ պատճառով այն օգտագործվում է որպես սառնագենտ ժամանակակից սառնարանային համակարգերում։
Դիքլորմեթանը լավ լուծիչ է օրգանական նյութերի համար, որն օգտագործվում է քիմիական սինթեզում։
Ջրածնի քլորիդը, որն առաջանում է արմատական հալոգենացման գործընթացում, ջրում լուծվելուց հետո դառնում է աղաթթու։ Ներկայումս ացետիլենը ստացվում է նաև մեթանից, որը արժեքավոր քիմիական հումք է։
Եզրակացություն
Մեթանի հոմոլոգ շարքի ներկայացուցիչները լայնորեն տարածված են բնության մեջ, ինչը նրանց դարձնում է հայտնի նյութեր ժամանակակից արդյունաբերության բազմաթիվ ճյուղերում: Մեթանի հոմոլոգներից կարելի է ստանալ ճյուղավորված ածխաջրածիններ, որոնք անհրաժեշտ են տարբեր դասերի օրգանական նյութերի սինթեզի համար։ Ալկանների դասի ամենաբարձր ներկայացուցիչները սինթետիկ լվացող միջոցների արտադրության հումքն են։
Պարաֆիններից բացի գործնական հետաքրքրություն են ներկայացնում նաև ալկանները, ցիկլոալկանները, որոնք կոչվում են ցիկլոպարաֆիններ։ Նրանց մոլեկուլները պարունակում են նաև պարզ կապեր, սակայն այս դասի ներկայացուցիչների յուրահատկությունը ցիկլային կառուցվածքի առկայությունն է։ Ե՛վ ալկանները, և՛ ցիկլոականները մեծ քանակությամբ օգտագործվում են որպես գազային վառելիք, քանի որ գործընթացներն ուղեկցվում են զգալի քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ (էկզոտերմիկ ազդեցություն): Ներկայումս ալկանները, ցիկլոալկանները համարվում են ամենաարժեքավոր քիմիական հումքը, ուստի դրանց գործնական օգտագործումը չի սահմանափակվում բնորոշ այրման ռեակցիաներով։
