Ізомерія, номенклатура, властивості та небезпечність спиртів і фенолів

Похідні вуглеводнів, які містять гідроксильну групу, тобто групу –ОН, називають спиртами або алкоголями. В залежності від того, похідними яких саме вуглеводнів вони є, розрізняють насичені, ненасичені (олефінові та ацетиленові), циклопарафінові ароматичні алкоголі. В залежності від кількості гідроксильних груп у молекулі ці сполуки ділять на одноатомні, двох-, трьох і т.д. атомні.

Найбільш прості – насичені одноатомні спирти - відповідають загальній формулі C_nH_{2n + 2}O, або краще формулі C_nH_{2n + 1}OН, яка відображає будову спирту. Такі спирти мають два види ізомерії: карбонового кістяку і положення функціональної групи. Наприклад:

CH₃CH₂CH₂CH₂OН CH₃CH₂CHCH₃

OН

н -бутиловий спирт ізобутиловий спирт

1-бутанол 2-бутанол

CH₃CHCH₂OН

CH₃

ізобутиловий спирт

2-метил-1-пропанол

За раціональною номенклатурою назви спиртів походять від назв відповідних радикалів: метиловий спирт, ізопропіловий спирт і т.д.; за систематичною номенклатурою їх називають як похідні вуглеводнів, причому після суфіксів –ан, -ен або -ін додається ще один суфікс -ол.

CH₃OН CH₂=CH-CH₂OН CH₃-CH-С= CH

OН

метанол пропен-3-ол бутін-3-ол

Етиловий спирт – наркотична речовина, отруєння викликає при вживанні у досить великих кількостях. Чутливість окремих людей до цього алкоголю різна, але прийом всередину більше 1 кг спирту на 100 кг власної ваги практично завжди закінчується летально.

Метиловий спирт відноситься до отрут. Вживання 10-15 г цієї рідини викликає втрату зору, а 20-30 г – то вже смертельна доза. Перша допомога при отруєнні метиловим спиртом – прийом всередину до 0,5 л горілки. Етиловий спирт розводить метанол і виводить його з організму. Але дуже сподіватися на таку процедуру не варто. Вдається вона дуже рідко, коли розведеного водою метанолу було випито у перерахунку на чистий дійсно 10-20 г, а не по 200-300 мл на брата розведеного, тобто не по 100-150 у перерахунку на чистий.

Спирти – це похідні вуглеводнів, в яких один або декілька атомів гідрогену заміщені на гідроксил -ОН. У пожежному відношенні спирти небезпечні менше ніж вуглеводні з тим же числом атомів карбону, причому аліфатичні спирти більш небезпечні ніж феноли. Деякі із спиртів і фенолів – токсичні, особливо небезпечним у всіх відношеннях є метанол

Карбонільні сполуки – це похідні вуглеводнів, в яких одна або більше пар атомів гідрогену заміщено на атом кисню. Генетично їх можна розглядати як продукти окиснення спиртів. Більшість з карбонільних сполук – легколетючі і легкозаймисті речовини, по пожежній небезпечності близькі до відповідних спиртів, мають наркотичні і токсичні властивості.

Органічні карбонові кислоти можна розглядати як продукти подальшого окиснення карбонільних сполук. Карбоксильна група викликає потужну асоціацію молекул, тому органічні кислоти – це висококиплячі рідини або тверді речовини. Органічні карбонові кислоти – горючі речовини, хоча і менш небезпечні ніж відповідні спирти чи карбоніли.

Серед похідних спиртів і органічних кислот є легколетючі і легкозаймисті рідини (етери і естери); сильнодіючі отрути (нітрили); речовини, схильні до самонагрівання (жири); речовини, здатні до свавільного гомолітичного розкладу (пероксиди). Усі вони вимагають обережності в поводженні, при транспортуванні і зберіганні. Основну увагу треба скерувати на недопустимість контакту більшості з них з сторонніми речовинами і на неприпустимість роботи з ними осіб, що не пройшли відповідного інструктажу

. Номенклатура.

Насичені вуглеводні утворюють гомологічний ряд із загальною формулою С_nH_2n+2. Родоначальником ряду є метан. Перші 4 члени ряду мають емпіричні назви:

Починаючи з п’ятого, їх назви походять від назв грецьких числівників з добавкою суфіксу “ан”:

пентан, гексан, октан, нонан, декан, ундекан,

додекан, тридекан, тетрадекан, пентадекан і т.д.

Нонан у цьому ряді - виняток, його назва походить не від грецького а від латинського числівника.

Ізомерія.

Вуглеводні з числом атомів карбону n = 1, 2 чи 3 можуть існувати тільки у вигляді одного ізомеру. Як не крути, ланцюг з трьох атомів карбону, все одну будемо мати послідовність Починаючи з четвертого представника гомологічного ряду, ми вже маємо явище ізомерії карбонового кістяку:

У всіх випадках треба шукати найдовший ланцюг і нумерувати атоми карбону.

Виникає питання - з якого боку? Загальне правило вимагає робити так, щоб сума номерів, при яких є замісники, була найменшою. Але це - не дуже суворо, якщо і пронумеровано не з того боку, великою помилкою це не вважається.

розділових знаків

Одержання ароматичних вуглеводнів.

Отримують ароматичні сполуки в-основному з нафти та кам’яновугільної смоли.

Фізичні властивості.

Звичайно ароматичні сполуки - рідини, рідше - тверді речовини. Вони мають сильний специфічний запах, чому власне і зобов’язані назвою. У воді ароматика розчиняється мало. Густина бензолу - 0,879 г/см³. Горіння ароматичних сполук супроводжується утворенням великої кількості кіптяви. Температура спалаху бензолу - -11 ⁰С, що пвказує на значну небезпечність речовини, яка може спалахнути навіть при температурах, нижчих за 0⁰ С.

. Хімічні властивості.

Внаслідок особливої будови бензольного ядра, ароматичні сполуки більше схильні не до реакцій приєднання, а до реакцій заміщення.. Окремі представники та їх застосування.

Найголовнішим представником ароматичних ву-глеводнів є бензол. У хімічній промисловості він застосовується дуже широко: як продукт для отримання барвників; ліків (наприклад аспирину); стиролу і, далі, полістиролу та бутадієнстирольних каучуків; капрону; фенолу і ін.

Метилбензол (толуол) найголовніше застосування знаходить як полупродукт для виробництва вибухових речовин (тринітротолуол і подібні), а також полупродуктів для анілінобарвникової, парфюмерної і інших галузей промисловості.

Стирол С₆Н₅-СН=СН₂ - це сполука. яка містить у боковому ланцюгу подвійний зв’язок і здатна до реакцій полімеризації і кополімеризації, утворюючи при цьому полістирол або інші полімерні похідні.

Органічна хімія - це хімія сполук карбону, за виключенням деяких найпростіших з них. Органічні сполуки відрізняються від мінеральних більшою різноманітністю, більшою чутливістю до зміни навколишніх умов, насамперед, температури та тиску; переважна більшість органічних речовин - горючі.

Теорія хімічної будови О.М.Бутлерова.

Серед горючих речовин переважна більшість - органічні. Але одні з органічних речовин - більш горючі, інші - менше; одні - газоподібні, другі - тверді з високою температурою плавлення або розкладу. Кількість і різноманітність їх дуже велика. Якщо неорганічних сполук на сьогоднішній день зареєстровано кілька десятків тисяч, то самих тільки індивідуальних органічних мономерних - кілька мільйонів. А якщо врахувати природні, штучні і синтетичні полімери, то набереться і більше 10 мільйонів. Як же у такій масі розібратися, як визначити яка сполука або речовина містять у собі серйозну пожежну небезпеку, а яка-відносно безпечна? Для цього перш за все необхідно розкласифікувати речовини за якимись ознаками і висвітлити їх внутрішню будову.

Знаючи основи будови і знаючи до якого класу речовина відноситься, ми можемо уявити собі її властивості: температуру плавлення і кипіння, хімічну інертність або активність по відношенню до кисню, вологи і інших речовин. А відтак розрахувати пов’язані з цими властивостями показники пожежної небезпеки. Отже найперше, що треба засвоїти, це основи будови органічних речовин.

Властивості органічної сполуки залежать від природи і кількості атомів, які входять до її складу, а також від порядку з’єднання цих атомів між собою. Порядок з’єднання атомів у молекулі органічної речовини може бути відображений структурною хімічною формулою.

Ізомерами називаються речовини, які мають однаковий якісний і кількісний склад, але відрізняються хімічною будовою і відповідно мають різні хімічні властивості. Чим більша маса органічної речовини, чим більше атомів у її молекулі - тим більше ізомерів вона має.

Ряд - це сукупність сполук, що мають однакову будову вуглецевого кістяка і, отже, володіють набором певних спільних властивостей.

Клас - це сукупність сполук, що мають одну і ту ж функціональну групу і, отже, також володіють набором певних спільних властивостей

Ряд сполук, що відносяться до одного класу і одного ряду називається гомологічним рядом.

Усі гомологи мають спільну загальну формулу і

Найбільш послідовною і зрозумілою є систематична номенклатура, запропонована ще у 1892 р. і доповнена на конгресі хіміків у 1957 р.; так звана Женевсько-Льєжська. У відповідності з цією номенклатурою у кожній сполуці слід шукати найдовший карбоновий ланцюг і нумерувати його, починаючи з того кінця, де є розгалуження або замісники. Коренем назви треба обирати назву вуглеводню з відповідною цьому найдовшому ланцюгу кількістю атомів карбону. Решта груп, у тому числі карбоновмісні, розглядаються як замісники біля атому карбону з відповідним номером. Наприклад сполука

Пожежна небезпека - це можливість виникнення або швидкого розвитку пожежі, яка криється в речовині, стані або процесі.

Речовини або матеріали, властивості яких якимось чином сприяють виникненню або розвитку пожежі, відносять до пожежонебезпечних. До пожежонебезпечних можуть відноситися речовини різних класів. Серед них можуть бути i горючі і ті, що не горять. Наприклад, ті, що можуть бути окисниками.

Оцінка пожежної небезпечності речовин ведеться за певними показниками, які пов’язані у першу чергу з властивостями речовини.

Залежать ці показники від природи речовини, від її агрегатного стану і умов використання. При визначенні пожежонебезпечності речовин і матеріалів розрізняють:

гази - речовини, тиск насиченої пари яких при температурі 25 ⁰С і тиску 101,3 кПа перевищує 101,3 кПа. Інше визначення - речовини, критична температура яких нижче 50 ⁰С, або тиск насиченої пари яких при температурі 50 ⁰С не нижче 300 кПа;

рідини - речовини, тиск насиченої пари яких при температурі 25 ⁰С і тиску 101,3 кПа менший 101,3 кПа; до рідин відносять також тверді, речовини, здатні плавитися, температура плавлення або краплепадіння яких менша 50 ⁰С;

тверді речовини і матеріали - індивідуальні речовини та їх сумішеві композиції з температуроюплавлення або краплепадіння, більшою 50 ⁰С, а також речовини, що не мають температури плавлення (деревина, тканина і інше);

аерозолі - дисперговані у повітрі тверді речовини і матеріали з розміром частинок, меншим 850 мкм.

Держстандартом України розроблено і регламентовано уніфіковану систему оцінки пожежної небезпеки речовин i матеріалів. В стандарті вказані основні показники пожежної небезпеки, які визначаються при загальній оцінці пожежонебезпечностi речовин. Основні з цих показників зведено в таблицю, що знаходиться перед Вами.

Експериментальні методи для свого використання теоретичного обґрунтування майже не потребують.

Розрахункові ж взагалі-то повинні будуватися на виявлених взаємозв’язках термодинамічних показників і кінетики горіння з критеріями пожежноїнебезпеки.

Перша група вирішує питання про горючість речовини.

Друга група характеризує схильність речовини сприяти виникненню полум’я, тобто здатність до самоспалахування або займання від зовнішнього джерела.

Третя група - то показники, що відображають здатність речовини до поширення полум’я і його негативних наслідків (димоутворення, токсичності продуктів згоряння і т.п.).

Четверта група показників відноситься до засобів гасіння пожежі.

Про деякі з показників, що представлені у таблиці, мова вже йшла раніше.

З другої групи – це, наприклад, температура спалаху, температура спалахування і температура самоспалахування; умови теплового самозаймання; а також мінімальна енергія запалювання.

З третьої - це концентраційні і температурні межі поширення полум’я, температура тління, нормальна швидкість поширення полум’я і швидкість вигоряння.

Про четверту групу показників мова буде йти далі, у шостому розділі.

Друга група - важкогорючі речовини і матеріали, тобто ті, які здатні горіти у повітрі при діїджерела запалювання, але не здатні горіти самостійно після його видалення.

Найбільш для нас важлива третя група - горючі. Це речовини і матеріали, здатні самозайматися, атакож займатися при дії джерела запалювання, і самостійно горіти після його видалення. Горючими можуть бути тверді речовини, гази і рідини.

Горючі рідини, з температурою спалаху не більше 61 ⁰С у закритому тиглі, або 66 ⁰С у відкритому тиглі для зафлегматизованих сумішей, що не мають температури спалаху у закритому тиглі, відносять до легкозаймистих. Легкозаймисті рідини, з температурою спалаху не більшою 28 ⁰С, називають особливо небезпечними.

Методи розрахунку горючості речовин.

Як і для більшості інших показників пожежної небезпечності речовин, при оцінці їх горючості застосовують дві групи методів: розрахункові і експериментальні. Перші - менш трудомісткі, другі - більш точні, бо дають змогу оцінити не “ такий ” матеріал, а саме цей, який є у даному випадку, саме з цієї партії виробів.

Деякі з розрахункових методів вже розглядалися раніше.

Так в розділі 1.1 розбиралася залежність горючості речовини від її відсоткового елементного складу і наводилася формула Елея:

K = 4n_C + 4n_S + n_H + n_N - 2n_o - 2n_Cl - 3n_F - 5n_Br, тут

К - коефіцієнт горючості, коефіцієнт Елея;

n - кількість у молекулі атомів елементів, позначених знизу відповідним індексом.

Якщо К - менша 1, то речовина - негорюча,

якщо К - більша 1, то речовина - горюча.

Другий метод розрахунку горючості речовин і матеріалів - розрахунок за теплотою згоряння. Цей метод теж розбирався раніше (розділ 1.3). Теплота реакції горіння дорівнює різниці суми теплот утворення продуктів реакції і суми теплот утворення вихідних горючих речовин: