Предельные углеводороды

СВОЙСТВА И ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ УГЛЕВОДОРОДОВ

Классификация органических веществ

В основу классификации органических соединений положен прежде всего тип углеродной цепи.

Атомы углерода способны соединяться друг с другом, образуя длинные цепи, которые могут быть прямыми, разветвленными, соединенными в кольца

Наряду с атомами углерода в цепи могут входить атомы других элементов. Исходя из строения углеродной цепи, все органические вещества подразделяются на три основных класса соединений: ациклические, карбо-
циклические и гетеросоединения.

Ациклические (алифатические) соединения имеют прямую или разветвленную цепь. В качестве примера можно назвать

СН₃— СН₂— СН₂-СН₃ СН₃— СН— СН— СН_а— СН_а-СН₈

СН3 СН3

бутан

изооктан

Карбоциклические соединения — соединения, молекулы которых составлены из углеродных атомов, соединенных в виде колец (циклов): циклопропан, этилбензол.

Гетеросоединения — соединения, содержащие в цепи или цикле кроме атомов углерода атомы других элементов: пиридин, тиофен.

Простейшими органическими соединениями являются углеводороды; в состав их молекул кроме углерода входит только один элемент — водород. Более сложные соединения можно рассматривать как образованные из того или иного углеводорода замещением одного или нескольких водородных атомов другими атомами или атомными группами.

Органические соединения всех классов образуют гомологические яды В гомологическом ряду наблюдаются закономерные изменения показателей пожарной опасности:

а) повышается температура кипения, следовательно, повышается и температура вспышки;

б) повышается энтальпия сгорания; при переходе от одного члена гомологического ряда к другому теплота сгорания увеличивается на 660,54 кДж/моль. Это дает возможность вычислить теплоты сгорания для гомологов одного ряда, если известна теплота сгорания хотя бы
одного члена ряда;

в) температура самовоспламенения закономерно понижается; при содержании в молекуле более восьми атомов углерода температура самовоспламенения становится примерно такой же, как и для соединений любых классов нормального строения.

Так как гомологи имеют одинаковое строение молекул, они обладают одинаковыми химическими свойствами. Это позволяет, изучив одного — трех представителей данного гомологического ряда, иметь представление во всем гомологическом ряде.

Предельными углеводородами называются соединения, молекулы которых состоят из углерода и водорода, причем атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) связью, а их свободные связи насыщены атомами водорода.

Первые четыре углеводорода — газы, следующие—до С₁₅Н₃₄ — жидкости, начиная с С₁₆Н₃₄ — твердые вещества.

Предельные углеводороды при обычной температуре не окисляются и не вступают в реакцию с другими веществами. Малая химическая активность их объясняется тем, что атомы углерода полностью «насыщены» атомами водорода и не могут поэтому присоединять атомы других элементов. Молекулы предельных углеводородов способны только к замещению атомов водорода атомами других элементов (С1, Вг, F, I) или группой атомов. Предельные углеводороды являются горючими веществами.

В качестве примера рассмотрим свойства метана.

Метан. Метан — простейший представитель предельных углеводородов, основной компонент природного газа. Богатые месторождения газа имеются в Баку, Грозном, Дагестане, Западной Украине, близ Саратова, Сибири и в других местах. Его называют также рудничным газом, так как при добыче угля он часто выделяется в шахтах, образуя с воздухом взрывоопасные смеси. Метан непрерывно образуется в природе в результате разложения клетчатки (например, на дне болот), так называемого метанного брожения. Поэтому метан часто называют болотным газом. Он образуется также при сухой перегонке дерева и каменного угля.

Физические и химические свойства. Метан — газ без цвета и запаха, малорастворим в воде, легче воздуха (относительная плотность по воздуху равна 16/29= 0,55). Он не способен к реакции присоединения, только атомы водорода могут в нем замещаться атомами хлора, брома, иода и фтора. Хлор, реагируя с метаном, постепенно замещает в нем атомы водорода.

В результате получается смесь хлорпроизводных метана, из которой можно выделить индивидуальные вещества.

Аналогично протекает реакция метана с бромом, иодом и фтором.

С хлором метан образует смесь, взрывающуюся при действии на нее солнечного света или другого сильного источника света (пламени горящего магния, пламени ацетилена и т. д.).

Взрыв смеси метана с хлором может произойти и при ее нагревании до 150 °С. Следовательно, недопустимо совместное хранение баллонов с хлором и метаном.

Взаимодействуя с азотной кислотой, метан образует нитрометан, который нашел широкое применение в промышленности как растворитель.

На воздухе метан горит слабосветящимся пламенем с выделением большого количества большого количества тепла.

СН₄ + 2О₂ СО₂ + Н₂О + Q

Максимальная температура пламени метана достигает приблизительно 2000 ^оС. Смесь метана с воздухом взрывоопасна. При взрыве метано-воздушных смесей развивается давление до 706 кПа.

Для предупреждения взрыва или аварийном выделении метана и для тушения факела в закрытых объемах обычно используют диоксид углерода СО₂ или азот.

При сильном нагревании без доступа воздуха метан разлагается на углерод и водород

СН₄ С + 2Н₂

Разложение метана может идти с образованием ацетилена

2СН₄ С₂ Н₂ + 3Н₂

Получение и применение. Основной источник получения метана - природный газ, газовые крекинга нефти, газы, образующиеся в процессе гидрогенизации твердого топлива и коксования каменных углей.

Гомологи метана – сжиженные пропан, изобутан и н-бутан. Их используют как топливо в двигателях внутреннего сгорания, в стекольной промышленности, в холодильном деле, в производстве синтетического каучука и многих химикатов (спирта, стирола, нитросоединений и т.д.).

Жидкие и твердые гомологи метана входят в состав нефтепродуктов.