Алифатические углеводороды - это что такое?

Алифатические углеводороды - это органические соединения, молекулы которых содержат только одинарную связь. К ним относятся алканы и циклопарафины, их особенности будут рассмотрены в нашем материале.

Общая формула алканов

Представители данного класса характеризуются общей формулой СпН2п+2. К парафинам относят все соединения, имеющие открытую цепь, где атомы соединяются между собой простыми связями. В связи с тем, что при нормальных условиях алифатические углеводороды это малоактивные соединения, они получили свое название «парафины». Выясним некоторые особенности строения представителей данного класса, характер связи в молекулах, отрасли применения.

Краткая характеристика метана

В качестве простейшего представителя данного класса можно упомянуть метан. Именно он начинает алифатический ряд углеводородов. Выявим его отличительные особенности.

Метан является при нормальных условиях газообразным веществом, не имеющим запаха и цвета. Образуется это соединение в природе при разложении без присутствия кислорода воздуха животных и растительных организмов. К примеру, он обнаружен в природном газе, поэтому в настоящее время в больших количествах используется в качестве топлива на производстве и в быту.

Какую химическую связь имеют эти углеводороды? Алифатические, предельные органические соединения являются ковалентными полярными молекулами.

Молекула метана имеет тетраэдрическую форму молекулы, тип гибридизации углеродных атомов в нем sp3, что соответствует валентному углу 109 градусов 28 минут. Именно по этой причине алифатические углеводороды - это химически малоактивные соединения.

Особенности гомологов метана

Помимо метана в природном газе и нефти содержатся другие углеводороды, которые имеют с ним сходное строение. Четыре первых представителя гомологического ряда парафинов находятся в газообразном агрегатном состоянии, имеют незначительную растворимость в воде.

По мере повышения величины относительной молекулярной массы наблюдается увеличение температур кипения и плавления СхНу. Между отдельными представителями ряда есть определенная разница СН2, которая называется гомологической разностью. Она является прямым подтверждением принадлежности соединения к этому органическому ряду.

Все алифатические углеводороды - это вещества, хорошо растворимые в органических растворителях.

Изомерия ряда

Для представителей ряда парафинов характерна изомерия углеродного скелета. Она объясняется возможностью пространственного вращения углеродного атома вокруг химических связей. Например, для соединения состава С4Н10 можно взять углеводород с прямым углеродным скелетом – бутаном. В качестве структурного изомера будет выступать 2-метилпропан, имеющий разветвленное строение.

Среди типичных химических свойств, характерных для парафинов, необходимо отметить реакции замещения. Насыщенность связей объясняет сложность протекания реакции, ее радикальный механизм. Для того чтобы получить галогенопроизводные алифатических углеводородов, необходимо провести реакцию галогенирования, протекающую при наличии УФ-излучения. Цепной характер этого взаимодействия наблюдается у всех представителей данного ряда. Образующиеся продукты называют галогенпроизводными. Они широко используются в химической промышленности в качестве органических растворителей.

Кроме того, все алифатические и ароматические углеводороды горят при наличии кислорода, образуя воду и углекислый газ. В зависимости от процентного содержания в молекуле углерода выделяется разное количество теплоты. Независимо от принадлежности к классу органических соединений, все процессы горения являются экзотермическими реакциями, используются в быту и промышленности.

Практическое применение имеет и дегидрирование метана (отщепление водорода). В результате этого процесса образуется ацетилен, являющийся ценным химическим сырьем.

Применение алканов и хлорпроизводных алканов

Дихлорметан, хлороформ, тетрахлометан – жидкости, являющиеся отличными органическими растворителями. Хлороформ и йодоформ применяют в современной медицине. Разложение метана является одним из промышленных способов получения сажи, необходимой для изготовления типографской краски. Метан считается основным источником получения в химической промышленности газообразного водорода, идущего на производство аммиака, а также на синтез многочисленных органических веществ.

Ненасыщенные углеводороды

Непредельные алифатические углеводороды – это представители ряда этилена и ацетилена. Проанализируем их основные свойства и применение. Для алкенов характерно наличие двойной связи, поэтому общая формула ряда имеет вид СпН2п.

Учитывая непредельный характер этих веществ, можно отметить, что они вступают в реакции соединения: гидрирования, галогенирования, гидратации, гидрогалогенирования. Кроме того, представители ряда этилена способны к полимеризации. Именно эта их особенность делает представителей данного класса востребованными в современном химическом производстве. Полиэтилен и полипропилен – вещества, составляющие основу полимерной промышленности.

Ацетилен – первый представитель ряда, имеющего общую формулу СпН2п-2. Среди отличительных особенностей этих соединений можно выделить наличие тройной связи. Ее присутствие поясняет протекание реакций соединения с галогенами, водой, галогеноводородом, водородом. Если тройная связь в таких соединениях располагается в первом положении, то для алкинов характерна качественная реакция замещения с комплексной солью серебра. Именно эта способность является качественной реакцией на алкин, используется для обнаружения его в смеси с алкеном и алканом.

Ароматические углеводороды являются циклическими непредельными соединениями, поэтому не считаются алифатическими соединениями.

Заключение

Несмотря на различия по количественному составу, существующие у представителей предельных и непредельных алифатических соединений, они сходны по качественному показателю, содержат в молекулах углерод и водород. Отличия в количественном составе (различные общие формулы) у представителей насыщенных и ненасыщенных СхНу объясняют разницу в механизмах реакций получения различных продуктов.

Именно поэтому представители всех классов таких соединений вступают в реакции горения, образуя углекислый газ, воду, выделяя определенное количество тепловой энергии, что делает их востребованными в качестве топлива в быту и промышленности.