अल्केन्स, या पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन, कार्बनिक यौगिकों के सभी वर्गों में सबसे सरल हैं। उनकी मुख्य विशेषता केवल एकल, या संतृप्त बंधों के अणु में उपस्थिति है, इसलिए दूसरा नाम - संतृप्त हाइड्रोकार्बन। प्रसिद्ध तेल और गैस के अलावा, अल्केन्स कई पौधों और जानवरों के ऊतकों में भी पाए जाते हैं: उदाहरण के लिए, त्सेत्से फ्लाई फेरोमोन अल्केन्स होते हैं जिनमें उनकी श्रृंखलाओं में 18, 39 और 40 कार्बन परमाणु होते हैं; पौधों की ऊपरी सुरक्षात्मक परत (छल्ली) में भी एल्केन्स बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं।
सामान्य जानकारी
अल्केन्स हाइड्रोकार्बन के वर्ग से संबंधित हैं। इसका मतलब है कि किसी भी यौगिक के सूत्र में केवल कार्बन (C) और हाइड्रोजन (H) मौजूद रहेंगे। अंतर केवल इतना है कि अणु में सभी बंधन एकल होते हैं। कार्बन की संयोजकता 4 है, इसलिए एक यौगिक में एक परमाणु हमेशा चार अन्य परमाणुओं से बंधा रहेगा। इसके अलावा, कम से कम एक बंधन कार्बन-कार्बन प्रकार का होगा, और शेष कार्बन-कार्बन और कार्बन-हाइड्रोजन दोनों हो सकता है (हाइड्रोजन संयोजकता 1 है, इसलिए हाइड्रोजन-हाइड्रोजन बांड के बारे में सोचेंनिषिद्ध)। तदनुसार, एक कार्बन परमाणु जिसमें केवल एक C-C बंध होता है, प्राथमिक, दो C-C बंध - द्वितीयक, तीन- तृतीयक और चार, सादृश्य द्वारा, चतुर्धातुक कहलाएगा।
यदि आप आकृति में सभी एल्केन्स के आणविक सूत्र लिखते हैं, तो आपको मिलता है:
- सीएच4,
- सी2एच6,
- सी3एच8.
आदि। एक सार्वभौमिक सूत्र बनाना आसान है जो इस वर्ग के किसी भी यौगिक का वर्णन करता है:
सी एच2एन+2.
यह पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन का सामान्य सूत्र है। उनके लिए सभी संभावित सूत्रों का समुच्चय एक समजात श्रेणी है। श्रृंखला के दो निकटतम सदस्यों के बीच का अंतर है (-CH2-).
अल्केन्स नामकरण
संतृप्त हाइड्रोकार्बन की श्रृंखला में पहला और सरलतम मीथेन CH4 है। इसके बाद एथेन C2H6 आता है, जिसमें दो कार्बन परमाणु होते हैं, प्रोपेन C3H 8, ब्यूटेन C4H10, और सजातीय श्रृंखला के पांचवें सदस्य से, अल्केन्स को कार्बन की संख्या से नामित किया गया है अणु में परमाणु: पेंटेन, हेक्सेन, हेप्टेन, ऑक्टेन, नॉनने, डेकेन, अनडेकेन, डोडेकेन, ट्राइडेकेन और इसी तरह। हालांकि, कई कार्बन को "एक बार में" तभी कहा जा सकता है जब वे एक ही रैखिक श्रृंखला में हों। और ऐसा हमेशा नहीं होता।
यह चित्र कई संरचनाओं को दर्शाता है जिनके आणविक सूत्र समान हैं: C8H18। हालाँकि, हमारे पास तीन अलग-अलग कनेक्शन हैं। ऐसावह घटना जब एक आणविक सूत्र के लिए कई अलग-अलग संरचनात्मक सूत्र होते हैं, समावयवता कहलाती है, और यौगिकों को समावयवी कहा जाता है। यहाँ कार्बन कंकाल का एक समरूपता है: इसका मतलब है कि अणु में आइसोमर कार्बन-कार्बन बंधों के क्रम में भिन्न होते हैं।
सभी समावयवी जिनकी एक रेखीय संरचना नहीं होती है, शाखित कहलाते हैं। उनका नामकरण अणु में कार्बन परमाणुओं की सबसे लंबी निरंतर श्रृंखला पर आधारित है, और "शाखाओं" को "मुख्य" श्रृंखला से कार्बन पर हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक के प्रतिस्थापन माना जाता है। तो 2-मिथाइलप्रोपेन (आइसोब्यूटेन), 2, 2-डाइमिथाइलप्रोपेन (नियोपेंटेन), 2, 2, 4-ट्राइमिथाइलपेंटेन प्राप्त होते हैं। संख्या मुख्य श्रृंखला की कार्बन संख्या को इंगित करती है, उसके बाद समान पदार्थों की संख्या, फिर प्रतिस्थापन का नाम, फिर मुख्य श्रृंखला का नाम।
अल्केन्स संरचना
कार्बन परमाणु के चारों बंध सहसंयोजी सिग्मा आबंध होते हैं। उनमें से प्रत्येक को बनाने के लिए, कार्बन बाहरी ऊर्जा स्तर पर अपने चार कक्षकों में से एक का उपयोग करता है - 3s (एक टुकड़ा), 3p (तीन टुकड़े)। यह अपेक्षा की जाती है कि चूंकि विभिन्न प्रकार के ऑर्बिटल्स बॉन्डिंग में शामिल होते हैं, इसलिए परिणामी बॉन्ड उनकी ऊर्जा विशेषताओं के संदर्भ में भिन्न होने चाहिए। हालांकि, यह नहीं देखा गया है - मीथेन अणु में, चारों समान हैं।
संकरण के सिद्धांत का उपयोग इस घटना को समझाने के लिए किया जाता है। यह निम्नानुसार काम करता है: यह माना जाता है कि एक सहसंयोजक बंधन, जैसा कि यह था, दो इलेक्ट्रॉनों (एक जोड़ी में प्रत्येक परमाणु से एक) बिल्कुल बंधे हुए परमाणुओं के बीच स्थित होता है। उदाहरण के लिए, मीथेन में चार ऐसे बंधन होते हैं, इसलिए चारएक अणु में इलेक्ट्रॉनों के जोड़े एक दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे। इस निरंतर धक्का को कम करने के लिए, मीथेन में केंद्रीय परमाणु अपने सभी चार बंधनों को व्यवस्थित करता है ताकि वे यथासंभव दूर हों। उसी समय, और भी अधिक लाभ के लिए, वह, जैसे भी था, अपने सभी ऑर्बिटल्स (3s - एक और 3p - 3) को मिलाता है, फिर चार नए समान sp3-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनाता है। उनमे से। नतीजतन, सहसंयोजक बंधों के "सिरों", जिस पर हाइड्रोजन परमाणु स्थित होते हैं, एक नियमित टेट्राहेड्रोन बनाते हैं, जिसके बीच में कार्बन होता है। इस इयर ट्रिक को sp3-हाइब्रिडाइजेशन कहते हैं।
अल्केन्स में सभी कार्बन परमाणु sp3-संकरण में हैं।
भौतिक गुण
1 से 4 तक कार्बन परमाणुओं की संख्या के साथ अल्केन्स - गैसें, 5 से 17 तक - तीखी गंध वाले तरल पदार्थ, गैसोलीन की गंध के समान, 17 से ऊपर - ठोस। एल्केन्स के क्वथनांक और गलनांक उनके दाढ़ द्रव्यमान (और, तदनुसार, अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या) के रूप में बढ़ते हैं। यह कहने योग्य है कि एक ही दाढ़ द्रव्यमान पर, शाखित अल्केन्स में उनके असंबद्ध आइसोमर्स की तुलना में काफी कम गलनांक और क्वथनांक होते हैं। इसका मतलब है कि उनमें अंतर-आणविक बंधन कमजोर हैं, इसलिए पदार्थ की समग्र संरचना बाहरी प्रभावों के लिए कम प्रतिरोधी है (और गर्म होने पर, ये बंधन तेजी से टूटते हैं)।
ऐसे मतभेदों के बावजूद, औसतन, सभी अल्केन्स बेहद गैर-ध्रुवीय होते हैं: वे व्यावहारिक रूप से पानी में नहीं घुलते हैं (और पानी एक ध्रुवीय विलायक है)। लेकिन खुदअसंतृप्त हाइड्रोकार्बन जो सामान्य परिस्थितियों में तरल होते हैं, सक्रिय रूप से गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स के रूप में उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार n-hexane, n-heptane, n-octane और अन्य का उपयोग किया जाता है।
रासायनिक गुण
Alkanes निष्क्रिय हैं: अन्य कार्बनिक पदार्थों की तुलना में भी, वे अभिकर्मकों की एक अत्यंत सीमित सूची के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। मूल रूप से, ये प्रतिक्रियाएं हैं जो कट्टरपंथी तंत्र के अनुसार आगे बढ़ती हैं: क्लोरीनीकरण, ब्रोमिनेशन, नाइट्रेशन, सल्फोनेशन, और इसी तरह। मीथेन क्लोरीनीकरण श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। इसका सार इस प्रकार है।
एक रासायनिक श्रृंखला प्रतिक्रिया में कई चरण होते हैं।
- पहले, श्रृंखला का जन्म होता है - पहले मुक्त कण दिखाई देते हैं (इस मामले में, यह फोटॉन की कार्रवाई के तहत होता है);
- अगला चरण है श्रृंखला विकास। इसके क्रम में, नए पदार्थ बनते हैं, जो कुछ मुक्त मूलक और एक अणु की परस्पर क्रिया का परिणाम होते हैं; यह नए मुक्त कण जारी करता है, जो बदले में अन्य अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, और इसी तरह;
- जब दो मुक्त कण टकराते हैं और एक नया पदार्थ बनाते हैं, तो एक श्रृंखला टूट जाती है - कोई नया मुक्त कण नहीं बनता है, और इस शाखा में प्रतिक्रिया का क्षय होता है।
यहाँ मध्यवर्ती प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों क्लोरोमेथेन CH3Cl और डाइक्लोरोमेथेन CH2Cl2 हैं, और ट्राइक्लोरोमेथेन (क्लोरोफॉर्म) CHCl3, और कार्बन टेट्राक्लोराइड CCl4। इसका मतलब है कि रेडिकल किसी पर भी हमला कर सकते हैं: दोनों मीथेन ही औरप्रतिक्रिया के मध्यवर्ती उत्पाद, अधिक से अधिक हाइड्रोजन को हैलोजन के साथ प्रतिस्थापित करते हैं।
उद्योग के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन का आइसोमेराइजेशन है। इसके क्रम में, उनके शाखित समावयवी अशाखित ऐल्केनों से प्राप्त किए जाते हैं। यह यौगिक के तथाकथित विस्फोट प्रतिरोध को बढ़ाता है - मोटर वाहन ईंधन की विशेषताओं में से एक। एल्युमिनियम क्लोराइड उत्प्रेरक AlCl3 पर लगभग 300oC.
तापमान पर प्रतिक्रिया की जाती है।
अल्केन्स का दहन
प्राथमिक विद्यालय से, कई लोग जानते हैं कि कोई भी कार्बनिक यौगिक जल और कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए जलता है। अल्केन्स कोई अपवाद नहीं हैं; हालांकि, इस मामले में, कुछ और अधिक महत्वपूर्ण है। पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन, विशेष रूप से गैसीय हाइड्रोकार्बन की संपत्ति, दहन के दौरान बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई है। यही कारण है कि लगभग सभी प्रमुख ईंधन पैराफिन से उत्पन्न होते हैं।
हाइड्रोकार्बन आधारित खनिज
ये प्राचीन जीवों के अवशेष हैं जो बिना ऑक्सीजन के रासायनिक परिवर्तनों के एक लंबे रास्ते से गुजरे हैं। प्राकृतिक गैस औसतन 95% मीथेन है। बाकी इथेन, प्रोपेन, ब्यूटेन और मामूली अशुद्धियाँ हैं।
तेल के साथ, सब कुछ ज्यादा दिलचस्प है। यह हाइड्रोकार्बन के सबसे विविध वर्गों का एक पूरा समूह है। लेकिन मुख्य भाग पर अल्केन्स, साइक्लोअल्केन्स और सुगंधित यौगिकों का कब्जा है। तेल के पैराफिन हाइड्रोकार्बन अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या के अनुसार अंशों (जिसमें असंतृप्त पड़ोसी शामिल हैं) में विभाजित हैं:
- गैसोलीन (5-7.));
- गैसोलीन (5-11 सी);
- नाफ्था (8-14 सी);
- केरोसिन (12-18 सी);
- गैस तेल (16-25 सी);
- तेल - ईंधन तेल, सौर तेल, स्नेहक और अन्य (20-70 सी)।
गुट के अनुसार कच्चा तेल अलग-अलग तरह के ईंधन में जाता है। इस कारण से, ईंधन के प्रकार (गैसोलीन, लिग्रोइन - ट्रैक्टर ईंधन, मिट्टी के तेल - जेट ईंधन, डीजल ईंधन) पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन के भिन्नात्मक वर्गीकरण के साथ मेल खाते हैं।
