Классификация углеводородов
И природный газ, и нефтяные газы представляют собой сложные смеси органических и неорганических соединений. Промышленные же газы получают путем переработки вышеупомянутых газов. Однако в основе всех промышленных газов лежат углеводороды, которые в соединении с галогенами (фтор, хлор, бром, йод), кислородом, азотом и т. п. дают весь спектр промышленных газов.
Органическая химия — это наука, изучающая соединения углерода. Углеводороды — простейшие по составу органические соединения, в которых содержатся атомы лишь двух элементов — углерода и водорода.
|
|
Сырая нефть, например, представляет собой смесь огромного числа углеводородов. Простейшая форма углеводородов — это метан, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода (рис. 3).
Во всех органических соединениях атом углерода является четырехвалентным.
Общая формула углеводородов Сm, Нn, где m и n — целые числа.
В настоящее время насчитывается около 5 миллионов органических соединений, тем не менее ежегодно открывают или синтезируют примерно 200 тысяч новых органических соединений. И каждое соединение должно быть Рис 3. Молекула метана
названо таким образом, чтобы в его названии отражалось строение вещества.
Поэтому уже в 1892 году в Женеве на Международном конгрессе были заложены основы номенклатуры органических соединений. Сейчас действуют Правила Международного союза чистой и прикладной химии (UIPAC). В соответствии с этими Правилами можно составлять специализированные коды перевозимых газов, которыми пользуются в настоящее время все перевозчики.
Для классификации углеводородов по типам в молекуле органического соединения выделяют углеродный скелет, т. е. тип взаимодействия атомов углерода между собой, в функциональные группы, т. е. группы элементов, определяющие основные физические и химические свойства веществ.
Ряд сходных по строению органических соединений, обладающих близкими химическими свойствами, в которых отдельные члены ряда отличаются друг от друга лишь количеством в них групп —СН 2 —, называется гомологическим. Свойства органического соединения в основном определяются составом его функциональной группы (наиболее легко изменяющейся и вступающей в реакции частью молекулы). Это и дает возможность классифицировать органические соединения по гомологическим рядам или же классам органических соединений. Для любого гомологического ряда может быть выведена формула, отображающая соотношение атомов углерода и водорода у членов этого ряда.
Для того чтобы легче разобраться с разновидностями углеводородов, рассмотрим классы углеводородов в зависимости от сложности их состава. Такими классами (гомологическими рядами) являются:
• алканы (парафины) — ряд метана,
• алкены (олефины) — ряд этилена,
• алкадиены (диеновые углеводороды),
• алкины — ряд ацетилена,
• циклоалканы (циклопарафины),
• ароматические углеводороды ряда бензола (арены).
Алканы — предельные углеводороды ряда метана. Все названия предельных углеводородов оканчиваются суффиксом a н. Простейшими представителями таких органических соединений являются:
• метан
• этан
• пропан
• бутан
• изобутан
С увеличением числа атомов углерода в молекуле значительно меняются плотность вещества и его свойства. Если, например, молекулы, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, являются газами, то вещества, молекулы которых содержат от 5 до 17 атомов углерода, — уже жидкости, а молекулы, в которых содержание углерода более 17 атомов, представляют собой твердые вещества.
Начиная с молекул углеводородов, в которых содержится 4 атома углерода и более, меняется пространственная структура молекул, т. е. взаимное расположение атомов углерода. При этом изменяются все свойства веществ.