Los hidrocarburos saturados (parafinas) son hidrocarburos alifáticos saturados, en los que existe un enlace simple (único) entre los átomos de carbono.
Todas las demás valencias están completamente saturadas con átomos de hidrógeno.
Serie homológica
Los hidrocarburos saturados últimos tienen la fórmula general SpH2p+2. En condiciones normales, los representantes de esta clase muestran una reactividad débil, por lo que se denominan "parafinas". Los hidrocarburos saturados comienzan con metano, que tiene la fórmula molecular CH4.
Características de la estructura en el ejemplo del metano
Esta sustancia orgánica es inodora e incolora, el gas es casi el doble de ligero que el aire. En la naturaleza, se forma durante la descomposición de organismos animales y vegetales, pero solo en ausencia de acceso al aire. Se encuentra en minas de carbón, en embalses pantanosos. En pequeñas cantidades, el metano forma parte del gas natural, que actualmente se utiliza como combustible en la producción, en la vida cotidiana.
Este hidrocarburo saturado que pertenece a la clase de los alcanos tiene un enlace polar covalente. La estructura tetraédrica se explica por sp3hibridación de un átomo de carbono, el ángulo de enlace es 109°28'.
Nomenclatura de parafinas
Los hidrocarburos saturados se pueden nombrar de acuerdo con la nomenclatura sistemática. Existe un determinado procedimiento que le permite tener en cuenta todas las ramas que están presentes en la molécula del hidrocarburo saturado. Primero necesitas identificar la cadena de carbono más larga, luego numerar los átomos de carbono. Para ello, seleccione la parte de la molécula en la que exista una máxima ramificación (mayor número de radicales). Si hay varios radicales idénticos en el alcano, los prefijos de especificación se indican con su nombre: di-, tri-, tetra. Los números se utilizan para aclarar la posición de las partículas activas en una molécula de hidrocarburo. El paso final en el nombre de las parafinas es la indicación de la propia cadena carbonada, con la adición del sufijo -an.
Los hidrocarburos saturados difieren en su estado de agregación. Los primeros cuatro representantes de esta caja registradora son compuestos gaseosos (desde metano hasta butano). A medida que aumenta el peso molecular relativo, hay una transición a un estado líquido y luego a un estado sólido de agregación.
Los hidrocarburos saturados e insaturados no se disuelven en agua, pero pueden disolverse en moléculas de solventes orgánicos.
Características de la isomería
¿Qué tipos de isomería tienen los hidrocarburos saturados? Los ejemplos de la estructura de los representantes de esta clase, comenzando con butano, indicanpresencia de isomería del esqueleto de carbono.
La cadena de carbono formada por enlaces polares covalentes tiene forma de zigzag. Esta es la razón del cambio en la cadena principal en el espacio, es decir, la existencia de isómeros estructurales. Por ejemplo, al cambiar la disposición de los átomos en una molécula de butano, se forma su isómero: 2metilpropano.
Propiedades químicas
Consideremos las propiedades químicas básicas de los hidrocarburos saturados. Para los representantes de esta clase de hidrocarburos, las reacciones de adición no son características, ya que todos los enlaces en la molécula son simples (saturados). Los alcanos entran en interacciones asociadas con el reemplazo de un átomo de hidrógeno por un halógeno (halogenación), un grupo nitro (nitración). Si las fórmulas de los hidrocarburos saturados tienen la forma SpH2n + 2, luego de la sustitución se forma una sustancia de la composición CnH2n + 1CL, así como CnH2n + 1NO2
El proceso de sustitución tiene un mecanismo de radicales libres. Primero, se forman partículas activas (radicales), luego se observa la formación de nuevas sustancias orgánicas. Todos los alcanos reaccionan con representantes del séptimo grupo (subgrupo principal) de la tabla periódica, pero el proceso ocurre solo a una temperatura elevada o en presencia de un cuanto de luz.
Además, todos los representantes de la serie del metano se caracterizan por la interacción con el oxígeno atmosférico. Durante la combustión, el dióxido de carbono y el vapor de agua actúan como productos de reacción. La reacción va acompañada de la formación de una cantidad significativa de calor.
Cuando el metano interactúa con el oxígeno atmosféricouna explosión es posible. Un efecto similar es típico de otros representantes de la clase de hidrocarburos saturados. Por eso es peligrosa una mezcla de butano con propano, etano, metano. Por ejemplo, tales acumulaciones son típicas de las minas de carbón, talleres industriales. Si el hidrocarburo saturado se calienta por encima de 1000 °C, se descompone. Las temperaturas más altas conducen a la producción de hidrocarburos insaturados, así como a la formación de gas hidrógeno. El proceso de deshidrogenación es de importancia industrial, permite obtener una variedad de sustancias orgánicas.
Para los hidrocarburos de la serie del metano, a partir del butano, la isomerización es característica. Su esencia radica en cambiar el esqueleto carbonado, obteniendo hidrocarburos ramificados saturados.
Características de la aplicación
El metano como gas natural se utiliza como combustible. Los derivados del cloro del metano son de gran importancia práctica. Por ejemplo, el cloroformo (triclorometano) y el yodoformo (triyodometano) se utilizan en medicina, y el tetracloruro de carbono en el proceso de evaporación impide el acceso del oxígeno atmosférico, por lo que se utiliza para extinguir incendios.
Debido al alto poder calorífico de los hidrocarburos, se utilizan como combustible no solo en la producción industrial, sino también para fines domésticos.
Una mezcla de propano y butano, denominada "gas licuado", es especialmente relevante en zonas donde no se dispone de gas natural.
Datos interesantes
Representantes de los hidrocarburos, que se encuentran en estado líquido, son combustibles para los motores de combustión interna de los automóviles (gasolina). Además, el metano es una materia prima asequible para diversas industrias químicas.
Por ejemplo, la reacción de descomposición y combustión del metano se utiliza para la producción industrial de hollín, que es necesario para la producción de tinta de imprenta, así como para la síntesis de varios productos de caucho a partir del caucho.
Para hacer esto, se suministra tal volumen de aire al horno junto con metano para que ocurra una combustión parcial de hidrocarburo saturado. A medida que aumenta la temperatura, parte del metano se descompondrá y producirá un hollín fino.
Formación de hidrógeno a partir de parafinas
El metano es la principal fuente de hidrógeno industrial utilizada para la síntesis de amoníaco. Para llevar a cabo la deshidrogenación, el metano se mezcla con vapor.
El proceso tiene lugar a una temperatura de unos 400 °C, una presión de unos 2-3 MPa, se utilizan catalizadores de aluminio y níquel. En algunas síntesis se utiliza una mezcla de gases que se forma en este proceso. Si las transformaciones posteriores implican el uso de hidrógeno puro, entonces se lleva a cabo la oxidación catalítica del monóxido de carbono con vapor de agua.
La cloración produce una mezcla de derivados del cloro metano, que tienen una amplia aplicación industrial. Por ejemplo, el clorometano es capaz de absorber calor, razón por la cual se utiliza como refrigerante en los sistemas de refrigeración modernos.
El diclorometano es un buen solvente para sustancias orgánicas, usado en síntesis química.
El cloruro de hidrógeno, formado en el proceso de halogenación radical, después de disolverse en agua, se convierte en ácido clorhídrico. Actualmente, el acetileno también se obtiene a partir del metano, que es una valiosa materia prima química.
Conclusión
Los representantes de la serie homóloga del metano están ampliamente distribuidos en la naturaleza, lo que los convierte en sustancias populares en muchas ramas de la industria moderna. A partir de los homólogos del metano se pueden obtener hidrocarburos ramificados, que son necesarios para la síntesis de varias clases de sustancias orgánicas. Los máximos representantes de la clase de los alcanos son las materias primas para la producción de detergentes sintéticos.
Además de las parafinas, los alcanos, los cicloalcanos, llamados cicloparafinas, también son de interés práctico. Sus moléculas también contienen enlaces simples, pero la peculiaridad de los representantes de esta clase es la presencia de una estructura cíclica. Tanto los alcanos como los cicloacanos se utilizan en grandes cantidades como combustibles gaseosos, ya que los procesos van acompañados de la liberación de una cantidad importante de calor (efecto exotérmico). Actualmente, los alcanos y los cicloalcanos se consideran las materias primas químicas más valiosas, por lo que su uso práctico no se limita a las reacciones de combustión típicas.
