અલ્કેન્સની લાક્ષણિકતા રાસાયણિક ગુણધર્મો લખો. અલ્કેનેસ: માળખું, નામકરણ, આઇસોમેરિઝમ

હીટિંગ સોડિયમ મીઠું એસિટિક એસિડ(સોડિયમ એસીટેટ) આલ્કલીની વધુ માત્રા સાથે કાર્બોક્સિલ જૂથને નાબૂદ કરવા અને મિથેનની રચના તરફ દોરી જાય છે:

CH3CONa + NaOH CH4 + Na2C03

જો તમે સોડિયમ એસીટેટને બદલે સોડિયમ પ્રોપિયોનેટ લો છો, તો સોડિયમ બ્યુટોનોએટ - પ્રોપેન વગેરેમાંથી ઇથેન બને છે.

RCH2CONa + NaOH -> RCH3 + Na2C03

5. Wurtz સંશ્લેષણ. જ્યારે હેલોઆલ્કેન આલ્કલી મેટલ સોડિયમ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન્સ અને આલ્કલી મેટલ હેલાઇડ રચાય છે, ઉદાહરણ તરીકે:

હેલોકાર્બન (દા.ત. બ્રોમોઇથેન અને બ્રોમોમેથેન) ના મિશ્રણ પર આલ્કલી ધાતુની ક્રિયાને પરિણામે અલ્કેન્સ (ઇથેન, પ્રોપેન અને બ્યુટેન) ના મિશ્રણની રચના થશે.

પ્રતિક્રિયા જેના પર વુર્ટ્ઝ સંશ્લેષણ આધારિત છે તે પરમાણુઓમાં હેલોઆલ્કેન સાથે જ સારી રીતે આગળ વધે છે જેમાં હેલોજન અણુ પ્રાથમિક કાર્બન અણુ સાથે જોડાયેલ હોય છે.

6. કાર્બાઇડનું હાઇડ્રોલિસિસ. જ્યારે -4 ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં કાર્બન ધરાવતા કેટલાક કાર્બાઈડ (ઉદાહરણ તરીકે, એલ્યુમિનિયમ કાર્બાઈડ)ને પાણીથી ટ્રીટ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મિથેન રચાય છે:

Al4C3 + 12H20 = 3CH4 + 4Al(OH)3 ભૌતિક ગુણધર્મો

મિથેનની હોમોલોગસ શ્રેણીના પ્રથમ ચાર પ્રતિનિધિઓ વાયુઓ છે. તેમાંથી સૌથી સરળ મિથેન છે - રંગ, સ્વાદ અને ગંધ વિનાનો ગેસ ("ગેસ" ની ગંધ, જેને તમારે 04 કહેવાની જરૂર છે, તે મર્કેપ્ટન્સની ગંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે - સલ્ફર ધરાવતા સંયોજનો, ખાસ કરીને ઘરોમાં વપરાતા મિથેનમાં ઉમેરવામાં આવે છે. અને ઔદ્યોગિક ગેસ ઉપકરણો, જેથી નજીકના લોકો ગંધ દ્વારા લીક શોધી શકે).

C5H12 થી C15H32 રચનાના હાઇડ્રોકાર્બન્સ પ્રવાહી છે, ભારે હાઇડ્રોકાર્બન્સ ઘન છે.

કાર્બન સાંકળની લંબાઈ વધવા સાથે આલ્કેન્સના ઉત્કલન અને ગલનબિંદુઓ ધીમે ધીમે વધે છે. બધા હાઇડ્રોકાર્બન પાણીમાં ખરાબ રીતે દ્રાવ્ય હોય છે; પ્રવાહી હાઇડ્રોકાર્બન સામાન્ય કાર્બનિક દ્રાવક છે.

રાસાયણિક ગુણધર્મો

1. અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ. અલ્કેન્સ માટે સૌથી લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓ મુક્ત આમૂલ અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ છે, જે દરમિયાન હાઇડ્રોજન અણુને હેલોજન અણુ અથવા અમુક જૂથ દ્વારા બદલવામાં આવે છે.

ચાલો સૌથી લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓના સમીકરણો રજૂ કરીએ.

હેલોજનેશન:

СН4 + С12 -> СН3Сl + HCl

વધુ પડતા હેલોજનના કિસ્સામાં, ક્લોરિનેશન વધુ આગળ વધી શકે છે, ક્લોરિન સાથેના તમામ હાઇડ્રોજન અણુઓના સંપૂર્ણ ફેરબદલ સુધી:

СН3Сl + С12 -> HCl + СН2Сl2
ડિક્લોરોમેથેન મેથીલીન ક્લોરાઇડ

СН2Сl2 + Сl2 -> HCl + CHCl3
trichloromethane ક્લોરોફોર્મ

СНСl3 + Сl2 -> HCl + СCl4
કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ

પરિણામી પદાર્થો કાર્બનિક સંશ્લેષણમાં દ્રાવક અને પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

2. ડીહાઈડ્રોજનેશન (હાઈડ્રોજન નાબૂદી). જ્યારે ઉત્પ્રેરક (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) ઉપરથી અલ્કેન્સ પસાર થાય છે સખત તાપમાન(400-600 °C) હાઇડ્રોજન પરમાણુ નાબૂદ થાય છે અને એલ્કીન બને છે:

CH3-CH3 -> CH2=CH2 + H2

3. કાર્બન સાંકળના વિનાશ સાથે પ્રતિક્રિયાઓ. બધા સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન બળીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણી બનાવે છે. ચોક્કસ પ્રમાણમાં હવા સાથે મિશ્રિત વાયુયુક્ત હાઇડ્રોકાર્બન વિસ્ફોટ કરી શકે છે. સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનનું કમ્બશન એ ફ્રી-રેડિકલ એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા છે, જે બળતણ તરીકે અલ્કેન્સનો ઉપયોગ કરતી વખતે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

CH4 + 2O2 -> C02 + 2H2O + 880kJ

IN સામાન્ય દૃશ્યઆલ્કેન્સની કમ્બશન પ્રતિક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

થર્મલ વિઘટન પ્રતિક્રિયાઓ હાઇડ્રોકાર્બન ક્રેકીંગની ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાને નીચે આપે છે. આ પ્રક્રિયા છે સૌથી મહત્વપૂર્ણ તબક્કોતેલ શુદ્ધિકરણ.

જ્યારે મિથેનને 1000 °C તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મિથેન પાયરોલિસિસ શરૂ થાય છે - તેમાં વિઘટન સરળ પદાર્થો. જ્યારે 1500 °C ના તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે એસિટિલીનનું નિર્માણ શક્ય છે.

4. આઇસોમરાઇઝેશન. જ્યારે રેખીય હાઇડ્રોકાર્બનને આઇસોમરાઇઝેશન ઉત્પ્રેરક (એલ્યુમિનિયમ ક્લોરાઇડ) સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડાળીઓવાળું કાર્બન હાડપિંજર ધરાવતા પદાર્થો રચાય છે:

5. સ્વાદ. સાંકળમાં છ કે તેથી વધુ કાર્બન અણુઓ સાથેના અલ્કેન્સ ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં બેન્ઝીન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝ બનાવવા માટે ચક્રીય ગતિ કરે છે:

અલ્કેન્સ મુક્ત રેડિકલ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થવાનું કારણ શું છે? આલ્કેન પરમાણુઓમાંના તમામ કાર્બન અણુઓ sp 3 વર્ણસંકરીકરણની સ્થિતિમાં છે. આ પદાર્થોના પરમાણુઓ સહસંયોજક બિનધ્રુવીય C-C (કાર્બન-કાર્બન) બોન્ડ્સ અને નબળા ધ્રુવીય C-H (કાર્બન-હાઈડ્રોજન) બોન્ડનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે. તેમાં ઈલેક્ટ્રોન ઘનતામાં વધારો અથવા ઘટાડો થયો હોય તેવા વિસ્તારો અથવા સરળતાથી પોલરાઈઝેબલ બોન્ડ્સ ધરાવતાં નથી, એટલે કે, આવા બોન્ડ જેમાં ઈલેક્ટ્રોનની ઘનતા બાહ્ય પ્રભાવ (આયનોના ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્રો)ના પ્રભાવ હેઠળ બદલાઈ શકે છે. પરિણામે, આલ્કેન ચાર્જ થયેલા કણો સાથે પ્રતિક્રિયા કરશે નહીં, કારણ કે અલ્કેન પરમાણુઓમાંના બોન્ડ હેટરોલિટીક મિકેનિઝમ દ્વારા તૂટી પડતા નથી.

અલ્કેન્સની સૌથી લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓ મુક્ત આમૂલ અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન, હાઇડ્રોજન અણુને હેલોજન અણુ અથવા અમુક જૂથ દ્વારા બદલવામાં આવે છે.

મુક્ત રેડિકલની ગતિશાસ્ત્ર અને મિકેનિઝમ સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓ, એટલે કે, મુક્ત રેડિકલના પ્રભાવ હેઠળ થતી પ્રતિક્રિયાઓ - જોડી વગરના ઇલેક્ટ્રોન સાથેના કણો - નો અભ્યાસ નોંધપાત્ર રશિયન રસાયણશાસ્ત્રી એન.એન. સેમેનોવ દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. આ અભ્યાસ માટે જ તેમને રસાયણશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

સામાન્ય રીતે, મુક્ત આમૂલ અવેજી પ્રતિક્રિયાઓની પદ્ધતિ ત્રણ મુખ્ય તબક્કાઓ દ્વારા રજૂ થાય છે:

1. દીક્ષા (સાંકળનું ન્યુક્લિયેશન, ઊર્જા સ્ત્રોતના પ્રભાવ હેઠળ મુક્ત રેડિકલની રચના - અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ, ગરમી).

2. સાંકળ વિકાસ (મુક્ત રેડિકલ અને નિષ્ક્રિય અણુઓની ક્રમિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સાંકળ, જેના પરિણામે નવા રેડિકલ અને નવા અણુઓ રચાય છે).

3. સાંકળ સમાપ્તિ (નિષ્ક્રિય પરમાણુઓમાં મુક્ત રેડિકલનું સંયોજન (પુનઃસંયોજન), રેડિકલનું "મૃત્યુ", પ્રતિક્રિયાઓની સાંકળના વિકાસની સમાપ્તિ).

એન.એન. દ્વારા વૈજ્ઞાનિક સંશોધન. સેમેનોવ

સેમેનોવ નિકોલે નિકોલાઈવિચ

(1896 - 1986)

સોવિયત ભૌતિકશાસ્ત્રી અને ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રી, વિદ્વાન. નોબેલ પુરસ્કાર વિજેતા (1956). વૈજ્ઞાનિક સંશોધનના સિદ્ધાંત સાથે સંબંધિત છે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, ઉત્પ્રેરક, સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓ, થર્મલ વિસ્ફોટનો સિદ્ધાંત અને ગેસ મિશ્રણના કમ્બશન.

ચાલો મિથેન ક્લોરીનેશન પ્રતિક્રિયાના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને આ પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લઈએ:

CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl

સાંકળની શરૂઆત એ હકીકતના પરિણામે થાય છે કે પ્રભાવ હેઠળ અલ્ટ્રાવાયોલેટ ઇરેડિયેશનઅથવા જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે Cl-Cl બોન્ડનું હોમોલિટીક ક્લીવેજ થાય છે અને ક્લોરિન પરમાણુ અણુઓમાં વિઘટન થાય છે:

Сl: Сl -> Сl· + Сl·

પરિણામી મુક્ત રેડિકલ મિથેન પરમાણુઓ પર હુમલો કરે છે, તેમના હાઇડ્રોજન અણુને ફાડી નાખે છે:

CH4 + Cl· -> CH3· + HCl

અને CH3· રેડિકલમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે બદલામાં, ક્લોરિન પરમાણુઓ સાથે અથડાઈને, નવા રેડિકલની રચના સાથે તેમનો નાશ કરે છે:

CH3 + Cl2 -> CH3Cl + Cl વગેરે.

સાંકળ વિકસે છે.

રેડિકલની રચના સાથે, તેમનું "મૃત્યુ" પુનઃસંયોજનની પ્રક્રિયાના પરિણામે થાય છે - બે રેડિકલમાંથી નિષ્ક્રિય પરમાણુની રચના:

СН3+ Сl -> СН3Сl

Сl· + Сl· -> Сl2

CH3 + CH3 -> CH3-CH3

એ નોંધવું રસપ્રદ છે કે પુનઃસંયોજન દરમિયાન, નવા બનેલા બોન્ડને તોડવા માટે જરૂરી હોય તેટલી જ ઊર્જા છોડવામાં આવે છે. આ સંદર્ભમાં, પુનઃસંયોજન ત્યારે જ શક્ય છે જ્યારે ત્રીજો કણ (અન્ય અણુ, પ્રતિક્રિયા જહાજની દિવાલ) બે રેડિકલની અથડામણમાં ભાગ લે છે, જે વધારાની ઊર્જાને શોષી લે છે. આનાથી મુક્ત આમૂલ સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓનું નિયમન અને રોકવું શક્ય બને છે.

પુનઃસંયોજન પ્રતિક્રિયાના છેલ્લા ઉદાહરણની નોંધ લો - ઇથેન પરમાણુની રચના. આ ઉદાહરણ બતાવે છે કે કાર્બનિક સંયોજનો સાથે સંકળાયેલી પ્રતિક્રિયા એ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે, જેના પરિણામે, મુખ્ય પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન સાથે, આડપેદાશો ઘણી વાર રચાય છે, જે શુદ્ધિકરણ માટે જટિલ અને ખર્ચાળ પદ્ધતિઓ વિકસાવવાની જરૂરિયાત તરફ દોરી જાય છે. અને લક્ષ્ય પદાર્થોનું અલગતા.

ક્લોરોમેથેન (CH3Cl) અને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ સાથે મિથેનના ક્લોરીનેશનમાંથી મેળવેલા પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાં હશે: ડીક્લોરોમેથેન (CH2Cl2), ટ્રાઇક્લોરોમેથેન (CHCl3), કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ (CCl4), ઇથેન અને તેના ક્લોરીનેશન ઉત્પાદનો.

હવે ચાલો વધુ જટિલ કાર્બનિક સંયોજન - પ્રોપેનની હેલોજનેશન પ્રતિક્રિયા (ઉદાહરણ તરીકે, બ્રોમિનેશન) ને ધ્યાનમાં લેવાનો પ્રયાસ કરીએ.

જો મિથેન ક્લોરીનેશનના કિસ્સામાં માત્ર એક મોનોક્લોરો ડેરિવેટિવ શક્ય છે, તો આ પ્રતિક્રિયામાં બે મોનોબ્રોમો ડેરિવેટિવ્સ રચી શકાય છે:

તે જોઈ શકાય છે કે પ્રથમ કિસ્સામાં, હાઇડ્રોજન અણુને પ્રાથમિક કાર્બન અણુ પર બદલવામાં આવે છે, અને બીજા કિસ્સામાં, ગૌણ એક પર. શું આ પ્રતિક્રિયાઓના દર સમાન છે? તે તારણ આપે છે કે હાઇડ્રોજન અણુના અવેજીનું ઉત્પાદન, જે ગૌણ કાર્બન પર સ્થિત છે, અંતિમ મિશ્રણમાં મુખ્ય છે, એટલે કે 2-બ્રોમોપ્રોપેન (CH3-CHBg-CH3). ચાલો આ સમજાવવાનો પ્રયત્ન કરીએ.

આ કરવા માટે, આપણે મધ્યવર્તી કણોની સ્થિરતાના વિચારનો ઉપયોગ કરવો પડશે. શું તમે નોંધ્યું છે કે મિથેન ક્લોરીનેશન પ્રતિક્રિયાના મિકેનિઝમનું વર્ણન કરતી વખતે અમે મિથાઈલ રેડિકલ - CH3 નો ઉલ્લેખ કર્યો છે? આ રેડિકલ એ મિથેન CH4 અને ક્લોરોમેથેન CH3Cl વચ્ચેનું મધ્યવર્તી કણ છે. પ્રોપેન અને 1-બ્રોમોપ્રોપેન વચ્ચેનું મધ્યવર્તી કણ પ્રાથમિક કાર્બન પર અજોડ ઈલેક્ટ્રોન સાથે અને ગૌણ કાર્બન પર પ્રોપેન અને 2-બ્રોમોપ્રોપેન વચ્ચેનું આમૂલ છે.

ગૌણ કાર્બન અણુ (b) પર અનપેયર્ડ ઇલેક્ટ્રોન સાથેનો રેડિકલ પ્રાથમિક કાર્બન અણુ (a) પર અજોડ ઇલેક્ટ્રોન સાથે મુક્ત રેડિકલની તુલનામાં વધુ સ્થિર છે. તે વધુ માત્રામાં રચાય છે. આ કારણોસર, પ્રોપેન બ્રોમિનેશન પ્રતિક્રિયાનું મુખ્ય ઉત્પાદન 2-બ્રોમોપ્રોપેન છે, એક સંયોજન જેની રચના વધુ સ્થિર મધ્યવર્તી પ્રજાતિઓ દ્વારા થાય છે.

અહીં મુક્ત આમૂલ પ્રતિક્રિયાઓના કેટલાક ઉદાહરણો છે:

નાઈટ્રેશન પ્રતિક્રિયા (કોનોવાલોવ પ્રતિક્રિયા)

પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ નાઇટ્રો સંયોજનો મેળવવા માટે થાય છે - સોલવન્ટ્સ, ઘણા સંશ્લેષણ માટે પ્રારંભિક સામગ્રી.

ઓક્સિજન સાથે અલ્કેન્સનું ઉત્પ્રેરક ઓક્સિડેશન

આ પ્રતિક્રિયાઓ એલ્ડીહાઇડ્સ, કીટોન્સ અને આલ્કોહોલના ઉત્પાદન માટે સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓનો આધાર છે, ઉદાહરણ તરીકે:

CH4 + [O] -> CH3OH

અરજી

સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન, ખાસ કરીને મિથેન, ખૂબ જ છે વિશાળ એપ્લિકેશનઉદ્યોગમાં (યોજના 2). તે મેળવવા માટે સરળ અને એકદમ સસ્તા ઇંધણ, કાચો માલ છે મોટી માત્રામાંસૌથી મહત્વપૂર્ણ જોડાણો.

મિથેનમાંથી મેળવેલા સંયોજનો, જે સૌથી સસ્તો હાઇડ્રોકાર્બન કાચો માલ છે, તેનો ઉપયોગ અન્ય ઘણા પદાર્થો અને સામગ્રીના ઉત્પાદન માટે થાય છે. મિથેનનો ઉપયોગ એમોનિયાના સંશ્લેષણમાં હાઇડ્રોજનના સ્ત્રોત તરીકે થાય છે, તેમજ હાઇડ્રોકાર્બન, આલ્કોહોલ, એલ્ડીહાઇડ્સ અને અન્ય કાર્બનિક સંયોજનોના ઔદ્યોગિક સંશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સંશ્લેષણ ગેસ (CO અને H2 નું મિશ્રણ) ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે.

ઉચ્ચ ઉકળતા તેલના અપૂર્ણાંકના હાઇડ્રોકાર્બનનો ઉપયોગ ડીઝલ અને ટર્બોજેટ એન્જિન માટે બળતણ તરીકે, લુબ્રિકેટિંગ તેલના આધાર તરીકે, કૃત્રિમ ચરબી વગેરેના ઉત્પાદન માટે કાચા માલ તરીકે થાય છે.

અહીં કેટલીક ઔદ્યોગિક રીતે નોંધપાત્ર પ્રતિક્રિયાઓ છે જે મિથેનની ભાગીદારી સાથે થાય છે. મિથેનનો ઉપયોગ ક્લોરોફોર્મ, નાઈટ્રોમેથેન અને ઓક્સિજન ધરાવતા ડેરિવેટિવ્ઝના ઉત્પાદન માટે થાય છે. આલ્કોહોલ, એલ્ડીહાઇડ્સ, કાર્બોક્સિલિક એસિડ ઓક્સિજન સાથે એલ્કેન્સની સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે, પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ (ઉત્પ્રેરક, તાપમાન, દબાણ):

જેમ તમે પહેલાથી જ જાણો છો, C5H12 થી C11H24 ની રચનાના હાઇડ્રોકાર્બન તેલના ગેસોલિન અપૂર્ણાંકમાં શામેલ છે અને તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે આંતરિક કમ્બશન એન્જિન માટે બળતણ તરીકે થાય છે. તે જાણીતું છે કે ગેસોલિનના સૌથી મૂલ્યવાન ઘટકો આઇસોમેરિક હાઇડ્રોકાર્બન છે, કારણ કે તેમની પાસે મહત્તમ વિસ્ફોટ પ્રતિકાર છે.

જ્યારે હાઇડ્રોકાર્બન વાતાવરણીય ઓક્સિજનના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તેઓ ધીમે ધીમે તેની સાથે સંયોજનો બનાવે છે - પેરોક્સાઇડ્સ. આ ધીમે ધીમે બનતી મુક્ત રેડિકલ પ્રતિક્રિયા છે, જે ઓક્સિજનના પરમાણુ દ્વારા શરૂ થાય છે:

મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે હાઇડ્રોપેરોક્સાઇડ જૂથ ગૌણ કાર્બન અણુઓ પર રચાય છે, જે રેખીય, અથવા સામાન્ય, હાઇડ્રોકાર્બનમાં સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં હોય છે.

મુ તીવ્ર વધારોદબાણ અને તાપમાન કમ્પ્રેશન સ્ટ્રોકના અંતે થાય છે, આ પેરોક્સાઇડ સંયોજનોનું વિઘટન રચના સાથે શરૂ થાય છે. મોટી સંખ્યામાંમુક્ત રેડિકલ કે જે જરૂરી કરતાં વહેલા કમ્બશનની ફ્રી રેડિકલ ચેઇન રિએક્શનને "શરૂ કરે છે". પિસ્ટન હજી પણ ઉપર જાય છે, અને ગેસોલિનના કમ્બશન પ્રોડક્ટ્સ, જે મિશ્રણના અકાળ ઇગ્નીશનના પરિણામે પહેલેથી જ રચાય છે, તેને નીચે ધકેલે છે. આ એન્જિન પાવર અને વસ્ત્રોમાં તીવ્ર ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.

આમ, વિસ્ફોટનું મુખ્ય કારણ પેરોક્સાઇડ સંયોજનોની હાજરી છે, રચના કરવાની ક્ષમતા જે રેખીય હાઇડ્રોકાર્બનમાં મહત્તમ છે.

ગેસોલિન અપૂર્ણાંક (C5H14 - C11H24) ના હાઇડ્રોકાર્બન્સમાં C-heptane સૌથી ઓછો ડિટોનેશન પ્રતિકાર ધરાવે છે. સૌથી વધુ સ્થિર (એટલે કે, ઓછામાં ઓછી હદ સુધી પેરોક્સાઇડ બનાવે છે) કહેવાતા આઇસોક્ટેન (2,2,4-ટ્રાઇમેથિલપેન્ટેન) છે.

ગેસોલિનના નોક રેઝિસ્ટન્સની સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત લાક્ષણિકતા ઓક્ટેન નંબર છે. ઓક્ટેન નંબર 92 (ઉદાહરણ તરીકે, A-92 ગેસોલિન) નો અર્થ છે કે આ ગેસોલિન 92% આઇસોક્ટેન અને 8% હેપ્ટેન ધરાવતા મિશ્રણ જેવા જ ગુણધર્મો ધરાવે છે.

નિષ્કર્ષમાં, અમે ઉમેરી શકીએ છીએ કે ઉચ્ચ-ઓક્ટેન ગેસોલિનનો ઉપયોગ કમ્પ્રેશન રેશિયો (કમ્પ્રેશન સ્ટ્રોકના અંતે દબાણ) વધારવાનું શક્ય બનાવે છે, જે વધેલી શક્તિ તરફ દોરી જાય છે અને એન્જિન કાર્યક્ષમતાઆંતરિક કમ્બશન.

સ્વભાવમાં રહેવું અને પ્રાપ્ત કરવું

આજના પાઠમાં, તમને અલ્કેન્સની વિભાવનાથી પરિચય થયો, અને તેના વિશે પણ શીખ્યા રાસાયણિક રચનાઅને મેળવવાની પદ્ધતિઓ. તેથી, ચાલો હવે પ્રકૃતિમાં આલ્કેન્સની હાજરીના વિષય પર વધુ વિગતવાર ધ્યાન આપીએ અને શોધીએ કે આલ્કેન્સને કેવી રીતે અને ક્યાં એપ્લિકેશન મળી છે.

આલ્કેન્સના ઉત્પાદન માટેના મુખ્ય સ્ત્રોત કુદરતી ગેસ અને તેલ છે. તેઓ તેલ શુદ્ધિકરણ ઉત્પાદનોનો મોટો ભાગ બનાવે છે. મિથેન, જે કાંપના ખડકોના થાપણોમાં વ્યાપક છે, તે પણ છે ગેસ હાઇડ્રેટઅલ્કેન્સ

કુદરતી ગેસનો મુખ્ય ઘટક મિથેન છે, પરંતુ તેમાં ઇથેન, પ્રોપેન અને બ્યુટેનનું પણ નાનું પ્રમાણ છે. મિથેન કોલસાની સીમ, સ્વેમ્પ્સ અને સંકળાયેલ પેટ્રોલિયમ વાયુઓના ઉત્સર્જનમાં મળી શકે છે.

કોકિંગ કોલસા દ્વારા પણ એન્કન્સ મેળવી શકાય છે. પ્રકૃતિમાં, કહેવાતા ઘન અલ્કેન્સ પણ છે - ઓઝોકેરાઇટ, જે થાપણોના સ્વરૂપમાં રજૂ થાય છે. પર્વત મીણ. ઓઝોકેરાઇટ છોડ અથવા તેના બીજના મીણના આવરણમાં તેમજ મીણમાં મળી શકે છે.

આલ્કેન્સની ઔદ્યોગિક અલગતા કુદરતી સ્ત્રોતોમાંથી લેવામાં આવે છે, જે સદભાગ્યે, હજુ પણ અખૂટ છે. તેઓ કાર્બન ઓક્સાઇડના ઉત્પ્રેરક હાઇડ્રોજનેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. સોડિયમ એસિટેટને ઘન આલ્કલી અથવા અમુક કાર્બાઇડના હાઇડ્રોલિસિસ સાથે ગરમ કરવાની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગશાળામાં પણ મિથેનનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. પરંતુ કાર્બોક્સિલિક એસિડના ડીકાર્બોક્સિલેશન દ્વારા અને તેમના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા પણ અલ્કેન્સ મેળવી શકાય છે.

એલ્કેન્સની એપ્લિકેશનો

ઘરગથ્થુ સ્તરે અલ્કેન્સનો ઉપયોગ માનવ પ્રવૃત્તિના ઘણા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. છેવટે, કુદરતી ગેસ વિના આપણા જીવનની કલ્પના કરવી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. અને તે કોઈપણ માટે ગુપ્ત રહેશે નહીં કે કુદરતી ગેસનો આધાર મિથેન છે, જેમાંથી કાર્બન બ્લેક ઉત્પન્ન થાય છે, જેનો ઉપયોગ ટોપોગ્રાફિક પેઇન્ટ અને ટાયરના ઉત્પાદનમાં થાય છે. દરેક વ્યક્તિના ઘરમાં જે રેફ્રિજરેટર હોય છે તે રેફ્રિજન્ટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા અલ્કેન સંયોજનોને કારણે પણ કામ કરે છે. મિથેનમાંથી મેળવેલ એસીટીલીનનો ઉપયોગ ધાતુઓને વેલ્ડીંગ અને કાપવા માટે થાય છે.

હવે તમે પહેલાથી જ જાણો છો કે આલ્કેનનો ઉપયોગ બળતણ તરીકે થાય છે. તેઓ ગેસોલિન, કેરોસીન, ડીઝલ તેલ અને બળતણ તેલમાં હાજર છે. વધુમાં, તેઓ લુબ્રિકેટિંગ તેલ, પેટ્રોલિયમ જેલી અને પેરાફિનમાં પણ જોવા મળે છે.

સાયક્લોહેક્સેનનો દ્રાવક તરીકે અને વિવિધ પોલિમરના સંશ્લેષણ માટે વ્યાપક ઉપયોગ જોવા મળ્યો છે. સાયક્લોપ્રોપેનનો ઉપયોગ એનેસ્થેસિયામાં થાય છે. સ્ક્વાલેન, ઉચ્ચ ગુણવત્તાની લુબ્રિકેટિંગ તેલ તરીકે, ઘણી ફાર્માસ્યુટિકલ અને કોસ્મેટિક તૈયારીઓનો એક ઘટક છે. અલ્કેન્સ એ કાચા માલ છે જેનો ઉપયોગ કાર્બનિક સંયોજનો જેમ કે આલ્કોહોલ, એલ્ડીહાઇડ્સ અને એસિડ્સ બનાવવા માટે થાય છે.

પેરાફિન ઉચ્ચ આલ્કેનનું મિશ્રણ છે, અને તે બિન-ઝેરી હોવાથી, તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે ખાદ્ય ઉદ્યોગ. તેનો ઉપયોગ ડેરી ઉત્પાદનો, જ્યુસ, અનાજ વગેરે માટે પેકેજીંગના ગર્ભાધાન માટે થાય છે, પરંતુ ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે. ચ્યુઇંગ ગમ. અને ગરમ પેરાફિન પેરાફિન સારવાર માટે દવામાં વપરાય છે.

ઉપરોક્ત ઉપરાંત, મેચના વડાઓને વધુ સારી રીતે બર્ન કરવા માટે પેરાફિનથી ગર્ભિત કરવામાં આવે છે, પેન્સિલો અને મીણબત્તીઓ તેમાંથી બનાવવામાં આવે છે.

ઓક્સિડાઇઝિંગ પેરાફિન દ્વારા, મુખ્યત્વે ઓક્સિજન ધરાવતા ઉત્પાદનો મેળવવામાં આવે છે કાર્બનિક એસિડ. જ્યારે પ્રવાહી હાઇડ્રોકાર્બન સાથે મિશ્રણ ચોક્કસ સંખ્યાવેસેલિન કાર્બન અણુઓમાંથી મેળવવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ અત્તર અને કોસ્મેટોલોજીમાં તેમજ દવામાં વ્યાપકપણે થાય છે. તેનો ઉપયોગ રસોઈ માટે થાય છે વિવિધ મલમ, ક્રિમ અને જેલ્સ. તેનો ઉપયોગ દવામાં થર્મલ પ્રક્રિયાઓ માટે પણ થાય છે.

વ્યવહારુ કાર્યો

1. અલ્કેન્સની હોમોલોગસ શ્રેણીના હાઇડ્રોકાર્બનનું સામાન્ય સૂત્ર લખો.

2. હેક્સેનના સંભવિત આઇસોમર્સના સૂત્રો લખો અને તેમને વ્યવસ્થિત નામકરણ અનુસાર નામ આપો.

3. ક્રેકીંગ શું છે? તમે કયા પ્રકારના ક્રેકીંગ જાણો છો?

4. હેક્સેન ક્રેકીંગના સંભવિત ઉત્પાદનોના સૂત્રો લખો.

5. રૂપાંતરણોની નીચેની સાંકળને ડિસાયફર કરો. A, B અને C સંયોજનોના નામ આપો.

6. હાઇડ્રોકાર્બન C5H12 નું માળખાકીય સૂત્ર આપો, જે બ્રોમિનેશન પર માત્ર એક મોનોબ્રોમાઇન વ્યુત્પન્ન બનાવે છે.

7. અજ્ઞાત બંધારણના આલ્કેનના 0.1 મોલના સંપૂર્ણ કમ્બશન માટે, 11.2 લિટર ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો (આજુબાજુની સ્થિતિમાં). આલ્કેનનું માળખાકીય સૂત્ર શું છે?

8. જો આ ગેસનો 11 ગ્રામ 5.6 લિટર (પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાં) ની માત્રા ધરાવે છે તો વાયુયુક્ત સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનનું માળખાકીય સૂત્ર શું છે?

9. મિથેનના ઉપયોગ વિશે તમે શું જાણો છો તે યાદ કરો અને સમજાવો કે ઘરેલું ગેસ લીક કેમ ગંધ દ્વારા શોધી શકાય છે, જો કે તેના ઘટકો ગંધહીન છે.

10*. મિથેનના ઉત્પ્રેરક ઓક્સિડેશન દ્વારા કયા સંયોજનો મેળવી શકાય છે વિવિધ શરતો? અનુરૂપ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સમીકરણો લખો.

અગિયાર*. ઇથેન અને પ્રોપેનના મિશ્રણના 10.08 લિટર (N.S.) સંપૂર્ણ કમ્બશનના ઉત્પાદનો (વધુ ઓક્સિજનમાં) ચૂનાના વધુ પડતા પાણીમાંથી પસાર થયા હતા. આ કિસ્સામાં, 120 ગ્રામ કાંપ રચાયો હતો. પ્રારંભિક મિશ્રણની વોલ્યુમેટ્રિક રચના નક્કી કરો.

12*. બે આલ્કેનના મિશ્રણની ઇથેન ઘનતા 1.808 છે. આ મિશ્રણના બ્રોમિનેશન પર, આઇસોમેરિક મોનોબ્રોમોઆલ્કેન્સની માત્ર બે જોડી અલગ કરવામાં આવી હતી. પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોમાં હળવા આઇસોમરનો કુલ સમૂહ ભારે આઇસોમર્સના કુલ સમૂહ જેટલો છે. પ્રારંભિક મિશ્રણમાં ભારે આલ્કેનનો વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક નક્કી કરો.

કોષ્ટક અસંખ્ય આલ્કેન્સના કેટલાક પ્રતિનિધિઓ અને તેમના રેડિકલ બતાવે છે.

ફોર્મ્યુલા

નામ

આમૂલ નામ

CH3 મિથાઈલ

C3H7 કટ

C4H9 બ્યુટાઇલ

આઇસોબ્યુટેન

આઇસોબ્યુટીલ

isopentane

આઇસોપેન્ટાઇલ

neopentane

neopentyl

કોષ્ટક બતાવે છે કે આ હાઇડ્રોકાર્બન જૂથોની સંખ્યામાં એકબીજાથી ભિન્ન છે - CH2 -. રચનામાં સમાન શ્રેણીની, સમાન રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે અને આ જૂથોની સંખ્યામાં એકબીજાથી અલગ છે. હોમોલોગસ શ્રેણી. અને જે પદાર્થો તેને બનાવે છે તેને હોમોલોગ્સ કહેવામાં આવે છે.

હોમોલોગ્સ - રચના અને ગુણધર્મોમાં સમાન પદાર્થો, પરંતુ એક અથવા વધુ હોમોલોગસ તફાવતો દ્વારા રચનામાં ભિન્ન (- CH2 -)

કાર્બન સાંકળ - ઝિગઝેગ (જો n ≥ 3 હોય તો)

σ - બોન્ડ્સ (બોન્ડની આસપાસ મફત પરિભ્રમણ)

લંબાઈ (-C-C-) 0.154 nm

બંધનકર્તા ઊર્જા (-C-C-) 348 kJ/mol

આલ્કેન પરમાણુઓમાંના તમામ કાર્બન અણુઓ sp3 વર્ણસંકરીકરણની સ્થિતિમાં છે

વચ્ચે કોણ C-C જોડાણો 109°28 છે", તેથી સામાન્ય આલ્કેન્સના પરમાણુઓ સાથે મોટી સંખ્યામાંકાર્બન અણુઓમાં ઝિગઝેગ માળખું (ઝિગઝેગ) હોય છે. લંબાઈ S-S જોડાણોસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનમાં તે 0.154 nm (1 nm = 1*10-9 m) બરાબર છે.

એ) ઇલેક્ટ્રોનિક અને માળખાકીય સૂત્રો;

b) અવકાશી માળખું

4. આઇસોમેરિઝમ- C4 સાથે સાંકળનું સ્ટ્રક્ચરલ આઇસોમેરિઝમ લાક્ષણિકતા છે

આ આઇસોમર્સમાંથી એક ( n-બ્યુટેન) એક શાખા વિનાની કાર્બન સાંકળ ધરાવે છે, અને બીજી, આઇસોબ્યુટેન, શાખાવાળું (આઇસોસ્ટ્રક્ચર) ધરાવે છે.

ડાળીઓવાળી સાંકળમાં કાર્બન અણુઓ અન્ય કાર્બન અણુઓ સાથેના જોડાણના પ્રકારમાં અલગ પડે છે. આમ, માત્ર એક અન્ય કાર્બન અણુ સાથે બંધાયેલ કાર્બન અણુ કહેવાય છે પ્રાથમિક, અન્ય બે કાર્બન અણુઓ સાથે - ગૌણ, ત્રણ સાથે - તૃતીય, ચાર સાથે - ચતુર્થાંશ.

પરમાણુઓમાં કાર્બન અણુઓની સંખ્યામાં વધારા સાથે, સાંકળની શાખાઓની શક્યતાઓ વધે છે, એટલે કે. કાર્બન અણુઓની સંખ્યા સાથે આઇસોમર્સની સંખ્યા વધે છે.

હોમોલોગ અને આઇસોમર્સની તુલનાત્મક લાક્ષણિકતાઓ

1. તેઓનું પોતાનું નામકરણ છે રેડિકલ(હાઈડ્રોકાર્બન રેડિકલ)

આલ્કેન

સાથેnH2n+2

આમૂલ(આર)

સાથેnH2n+1

NAME

ભૌતિક ગુણધર્મો

સામાન્ય સ્થિતિમાં

C1-C4 - વાયુઓ

C5-C15 - પ્રવાહી

C16 - નક્કર

આલ્કેન્સના ગલન અને ઉત્કલન બિંદુઓ અને તેમની ઘનતા વધતા પરમાણુ વજન સાથે હોમોલોગસ શ્રેણીમાં વધે છે. બધા આલ્કેન પાણી કરતાં હળવા હોય છે અને તેમાં અદ્રાવ્ય હોય છે, પરંતુ તે બિન-ધ્રુવીય દ્રાવકો (ઉદાહરણ તરીકે, બેન્ઝીન)માં દ્રાવ્ય હોય છે અને તે પોતે સારા દ્રાવક હોય છે. કેટલાક એલ્કેન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો કોષ્ટકમાં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે.

કોષ્ટક 2. કેટલાક એલ્કેન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો

એ) હેલોજનેશન

પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ - hν અથવા હીટિંગ (સ્ટેજવાઇઝ - હેલોજન સાથે હાઇડ્રોજન પરમાણુની ફેરબદલ એક ક્રમિક સાંકળ પાત્ર ધરાવે છે. સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓના વિકાસમાં ભૌતિકશાસ્ત્રી, શિક્ષણશાસ્ત્રી, નોબેલ પારિતોષિક વિજેતા એન. એન. સેમેનોવ દ્વારા મહાન યોગદાન આપવામાં આવ્યું હતું)

પ્રતિક્રિયા હેલોઆલ્કેન ઉત્પન્ન કરે છે આરજી અથવા સાથે n એચ 2 n +1 જી

(જી- આ હેલોજન F, Cl, Br, I છે)

CH4 + Cl2 hν → CH3Cl + HCl (પહેલો તબક્કો);

મિથેન ક્લોરોમેથેન CH3Cl + Cl2 hν → CH2Cl2 + HCl (બીજો તબક્કો);

ડિક્લોરોમેથેન

СH2Cl2 + Cl2 hν → CHCl3 + HCl (ત્રીજો તબક્કો);

trichloromethane

CHCl3 + Cl2 hν → CCl4 + HCl (ચોથો તબક્કો).

કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ

હેલોઆલ્કેન્સમાં હાઇડ્રોજનને હેલોજન અણુ સાથે બદલવાની પ્રતિક્રિયાનો દર અનુરૂપ આલ્કેન કરતા વધારે છે, આ પરમાણુમાં અણુઓના પરસ્પર પ્રભાવને કારણે છે:

ઇલેક્ટ્રોન બોન્ડ ઘનતા C- Cl વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ ક્લોરિન તરફ સ્થાનાંતરિત થાય છે, પરિણામે તેના પર આંશિક નકારાત્મક ચાર્જ સંચિત થાય છે, અને કાર્બન અણુ પર આંશિક હકારાત્મક ચાર્જ સંચિત થાય છે.

મિથાઈલ જૂથ (- CH3) માં કાર્બન અણુ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતાની ઉણપ અનુભવે છે, તેથી તે પડોશી હાઇડ્રોજન અણુઓના ખર્ચે તેના ચાર્જની ભરપાઈ કરે છે, પરિણામે C-H બોન્ડ ઓછું મજબૂત બને છે અને હાઇડ્રોજન અણુઓ વધુ સરળતાથી ક્લોરિન દ્વારા બદલી શકાય છે. અણુ જેમ જેમ હાઇડ્રોકાર્બન રેડિકલ વધે છે તેમ, મોટાભાગના મોબાઇલ હાઇડ્રોજન અણુ અવેજીની સૌથી નજીકના કાર્બન અણુ પર રહે છે:

CH3 - CH2 - Cl + Cl2 hν → CH3 - CHCl2 + HCl

ક્લોરોઇથેન 1 ,1-ડિક્લોરોઇથેન

ફ્લોરિન સાથે, પ્રતિક્રિયા વિસ્ફોટક રીતે થાય છે.

ક્લોરિન અને બ્રોમિન સાથે એક આરંભકર્તા જરૂરી છે.

આયોડિનેશન ઉલટાવી શકાય તેવું છે, તેથી તેને દૂર કરવા માટે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટની જરૂર છેHIરેક્ટરની ઓફિસમાંથી.

ધ્યાન આપો!

અલ્કેન અવેજી પ્રતિક્રિયાઓમાં, હાઇડ્રોજન પરમાણુ સૌથી વધુ સરળતાથી તૃતીય કાર્બન અણુઓ પર, પછી ગૌણ કાર્બન પરમાણુમાં અને છેલ્લે, પ્રાથમિક કાર્બન અણુઓ પર બદલાય છે. ક્લોરીનેશન માટે, જ્યારે આ પેટર્ન જોવા મળતી નથીટી>400˚સી.

b) નાઈટ્રેશન

(એમ.આઈ. કોનોવાલોવની પ્રતિક્રિયા, તેણે 1888 માં પ્રથમ વખત તે હાથ ધર્યું)

CH4 + HNO3 (ઉકેલ) t˚સાથે → CH3NO2 + H2O

નાઈટ્રોમેથેન

RNO2 અથવા સાથે n H2n+1 NO2 ( નાઇટ્રોઆલ્કેન )

I. આલ્કનેસ (સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન, પેરાફિન્સ)

અલ્કેન્સ એ એલિફેટિક (અસાયક્લિક) સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન છે જેમાં કાર્બન અણુઓ સીધી અથવા ડાળીઓવાળી સાંકળોમાં સરળ (સિંગલ) બોન્ડ દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા હોય છે.

અલ્કેનેસ- આંતરરાષ્ટ્રીય નામકરણ અનુસાર સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનનું નામ.
પેરાફિન્સ- આ સંયોજનોના ગુણધર્મોને પ્રતિબિંબિત કરતું ઐતિહાસિક રીતે સ્થાપિત નામ (Lat માંથી. parrum affinis- ઓછી લાગણી, ઓછી પ્રવૃત્તિ).
મર્યાદા, અથવા સંતૃપ્ત, આ હાઇડ્રોકાર્બનને હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે કાર્બન સાંકળની સંપૂર્ણ સંતૃપ્તિને કારણે નામ આપવામાં આવ્યું છે.

અલ્કેન્સના સરળ પ્રતિનિધિઓ:

આ સંયોજનોની સરખામણી કરતી વખતે, તે સ્પષ્ટ છે કે તેઓ જૂથ દ્વારા એકબીજાથી અલગ છે -CH 2 - (મિથિલિન). પ્રોપેનમાં અન્ય જૂથ ઉમેરી રહ્યા છીએ -CH 2 -, અમને બ્યુટેન મળે છે C 4 H 10, પછી અલ્કેનેસ C 5 H 12, C 6 H 14વગેરે

હવે આપણે અલ્કેન્સનું સામાન્ય સૂત્ર મેળવી શકીએ છીએ. આલ્કેન્સની શ્રેણીમાં કાર્બન અણુઓની સંખ્યા ગણવામાં આવે છે n , પછી હાઇડ્રોજન અણુઓની સંખ્યા હશે 2n+2 . તેથી, એલ્કેન્સની રચના સામાન્ય સૂત્રને અનુરૂપ છે C n H 2n+2.
તેથી, નીચેની વ્યાખ્યાનો વારંવાર ઉપયોગ થાય છે:

અલ્કેનેસ- હાઇડ્રોકાર્બન, જેની રચના સામાન્ય સૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે C n H 2n+2, ક્યાં n - કાર્બન અણુઓની સંખ્યા.

II. અલ્કેન્સનું માળખું

રાસાયણિક માળખું(પરમાણુઓમાં અણુઓના જોડાણનો ક્રમ) સૌથી સરળ અલ્કેન્સ - મિથેન, ઇથેન અને પ્રોપેન - તેમના માળખાકીય સૂત્રો દ્વારા બતાવવામાં આવે છે. આ સૂત્રોમાંથી તે સ્પષ્ટ છે કે અલ્કેન્સમાં બે પ્રકારના રાસાયણિક બંધનો છે:
એસ-એસઅને એસ. એચ.
C–C બોન્ડ સહસંયોજક નોનપોલર છે. C–H બોન્ડ સહસંયોજક છે, નબળા ધ્રુવીય, કારણ કે કાર્બન અને હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટીમાં નજીક છે (કાર્બન માટે 2.5 અને હાઇડ્રોજન માટે 2.1). કાર્બન અને હાઇડ્રોજન અણુઓની વહેંચાયેલ ઇલેક્ટ્રોન જોડીને કારણે આલ્કેન્સમાં સહસંયોજક બોન્ડની રચના ઇલેક્ટ્રોનિક સૂત્રોનો ઉપયોગ કરીને બતાવી શકાય છે:

ઇલેક્ટ્રોનિક અને માળખાકીય સૂત્રો પ્રતિબિંબિત કરે છે રાસાયણિક માળખું, પરંતુ વિશે કોઈ વિચાર આપશો નહીં પરમાણુઓની અવકાશી રચના, જે પદાર્થના ગુણધર્મોને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે.
અવકાશી માળખું, એટલે કે અવકાશમાં પરમાણુના અણુઓની સંબંધિત ગોઠવણી દિશા પર આધારિત છે અણુ ભ્રમણકક્ષા(AO) આ અણુઓ. હાઇડ્રોકાર્બનમાં, મુખ્ય ભૂમિકા કાર્બનના અણુ ભ્રમણકક્ષાના અવકાશી અભિગમ દ્વારા ભજવવામાં આવે છે, કારણ કે હાઇડ્રોજન અણુના ગોળાકાર 1s-AO માં ચોક્કસ અભિગમનો અભાવ હોય છે.
કાર્બન AO ની અવકાશી વ્યવસ્થા, બદલામાં, તેના વર્ણસંકરીકરણના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે. અલ્કેન્સમાં સંતૃપ્ત કાર્બન અણુ અન્ય ચાર અણુઓ સાથે બંધાયેલ છે. તેથી, તેની સ્થિતિ sp 3 વર્ણસંકરીકરણને અનુરૂપ છે. આ કિસ્સામાં, દરેક ચાર sp 3 -સંકર કાર્બન AO એ હાઇડ્રોજનના s-AO સાથે અથવા અન્ય કાર્બન અણુના sp 3 -AO સાથે અક્ષીય (σ-) ઓવરલેપમાં ભાગ લે છે, જે σ-CH અથવા C-C બોન્ડ બનાવે છે.

કાર્બનના ચાર σ-બોન્ડ્સ અવકાશમાં 109 લગભગ 28" ના ખૂણા પર નિર્દેશિત થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનના ઓછામાં ઓછા વિસર્જનને અનુરૂપ છે. તેથી, અલ્કેન્સના સરળ પ્રતિનિધિ - મિથેન CH4 -ના પરમાણુ ટેટ્રાહેડ્રોનનો આકાર ધરાવે છે, જેની મધ્યમાં કાર્બન અણુ છે, અને શિરોબિંદુ પર હાઇડ્રોજન અણુઓ છે:

વેલેન્સ કોણ N-S-Nબરાબર 109 o 28" મિથેનનું અવકાશી માળખું વોલ્યુમેટ્રિક (સ્કેલ) અને બોલ-એન્ડ-સ્ટીક મોડલનો ઉપયોગ કરીને બતાવી શકાય છે.

રેકોર્ડિંગ માટે, અવકાશી (સ્ટીરીયોકેમિકલ) ફોર્મ્યુલાનો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે.

આગામી હોમોલોગના પરમાણુમાં - ઇથેન C 2 H 6 - બે ટેટ્રાહેડ્રલ sp 3 કાર્બન અણુઓ વધુ જટિલ અવકાશી માળખું બનાવે છે:

2. જો અણુઓની સમાન રચના અને સમાન હોય રાસાયણિક માળખુંઅવકાશમાં અણુઓની વિવિધ સંબંધિત સ્થિતિઓ શક્ય છે, પછી તે અવલોકન કરવામાં આવે છે અવકાશી આઇસોમરિઝમ (સ્ટીરિયોઇસોમરિઝમ). આ કિસ્સામાં, માળખાકીય સૂત્રોનો ઉપયોગ પૂરતો નથી અને મોલેક્યુલર મોડલ અથવા વિશિષ્ટ સૂત્રો - સ્ટીરિયોકેમિકલ (અવકાશી) અથવા પ્રક્ષેપણ -નો ઉપયોગ થવો જોઈએ.
ઇથેન H 3 C–CH 3 થી શરૂ થતા અલ્કેન્સ વિવિધ અવકાશી સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે ( રચનાઓ), C–C σ બોન્ડ સાથે ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર પરિભ્રમણને કારણે થાય છે, અને કહેવાતા પ્રદર્શિત કરે છે રોટેશનલ (રચનાત્મક) આઇસોમેરિઝમ.
પરમાણુના રોટેશનલ આઇસોમર્સ તેની ઊર્જાસભર અસમાન અવસ્થાઓ છે. થર્મલ ચળવળના પરિણામે તેમનું આંતરરૂપાંતરણ ઝડપથી અને સતત થાય છે. તેથી, રોટરી આઇસોમર્સને વ્યક્તિગત રીતે અલગ કરી શકાતા નથી, પરંતુ તેમનું અસ્તિત્વ સાબિત થયું છે ભૌતિક પદ્ધતિઓ દ્વારા. કેટલીક રચનાઓ વધુ સ્થિર (ઊર્જાથી અનુકૂળ) હોય છે અને પરમાણુ આવી સ્થિતિમાં વધુ રહે છે. ઘણા સમય.

3. વધુમાં, જો એક પરમાણુમાં કાર્બન અણુ 4 અલગ-અલગ અવેજીઓ સાથે બંધાયેલ હોય, તો અન્ય પ્રકારનું અવકાશી આઇસોમેરિઝમ શક્ય છે -ઓપ્ટિકલ આઇસોમેરિઝમ.
દાખ્લા તરીકે:

પછી સમાન માળખાકીય સૂત્ર સાથે બે સંયોજનોનું અસ્તિત્વ, પરંતુ અવકાશી બંધારણમાં ભિન્ન, શક્ય છે. આવા સંયોજનોના પરમાણુઓ એકબીજા સાથે પદાર્થ અને તેની પ્રતિબિંબ તરીકે સંબંધિત છે અને અવકાશી આઇસોમર્સ છે.
આ પ્રકારના આઇસોમરિઝમને ઓપ્ટિકલ કહેવામાં આવે છે; આઇસોમર્સને ઓપ્ટિકલ આઇસોમર્સ અથવા ઓપ્ટિકલ એન્ટિપોડ્સ કહેવામાં આવે છે:

ઓપ્ટિકલ આઇસોમર્સના પરમાણુઓ અવકાશમાં અસંગત છે (બંને ડાબે અને જમણો હાથ), તેમની પાસે સમપ્રમાણતાના પ્લેનનો અભાવ છે.
આમ,
ઓપ્ટિકલ આઇસોમર્સ સમાન ભૌતિક અને છે રાસાયણિક ગુણધર્મો, પરંતુ ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ પ્રત્યેના તેમના વલણમાં અલગ છે. આવા આઇસોમર્સ ઓપ્ટિકલ પ્રવૃત્તિ ધરાવે છે (તેમાંથી એક ધ્રુવીકૃત પ્રકાશના પ્લેનને ડાબી તરફ ફેરવે છે, અને બીજા સમાન ખૂણાથી જમણી તરફ). રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં તફાવત ફક્ત ઓપ્ટિકલી સક્રિય રીએજન્ટ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓમાં જોવા મળે છે.
ઓપ્ટિકલ આઇસોમેરિઝમ વિવિધ વર્ગોના કાર્બનિક પદાર્થોમાં પોતાને પ્રગટ કરે છે અને ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકાકુદરતી સંયોજનોના રસાયણશાસ્ત્રમાં.

સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન્સ એ સંયોજનો છે જે sp 3 સંકરીકરણની સ્થિતિમાં કાર્બન અણુઓનો સમાવેશ કરે છે. તેઓ ફક્ત સહસંયોજક સિગ્મા બોન્ડ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે. "સંતૃપ્ત" અથવા "સંતૃપ્ત" હાઇડ્રોકાર્બન નામ એ હકીકત પરથી આવ્યું છે કે આ સંયોજનો કોઈપણ અણુઓને જોડવાની ક્ષમતા ધરાવતા નથી. તેઓ આત્યંતિક, સંપૂર્ણપણે સંતૃપ્ત છે. અપવાદ સાયક્લોઆલ્કેન્સ છે.

અલ્કેન્સ શું છે?

અલ્કેન્સ એ સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન્સ છે, અને તેમની કાર્બન સાંકળ ખુલ્લી છે અને તેમાં સિંગલ બોન્ડનો ઉપયોગ કરીને એકબીજા સાથે જોડાયેલા કાર્બન અણુઓનો સમાવેશ થાય છે. તેમાં અન્ય (એટલે કે, ડબલ, એલ્કેન્સ જેવા, અથવા ટ્રિપલ, અલ્કિલ જેવા) બોન્ડ્સ નથી. અલ્કેન્સને પેરાફિન્સ પણ કહેવામાં આવે છે. તેમને આ નામ મળ્યું કારણ કે જાણીતા પેરાફિન્સ મુખ્યત્વે આ સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન C 18 -C 35 નું મિશ્રણ છે જે ચોક્કસ જડતા ધરાવે છે.

અલ્કેન્સ અને તેમના રેડિકલ વિશે સામાન્ય માહિતી

તેમનું સૂત્ર: C n P 2 n +2, અહીં n એ 1 કરતા વધારે અથવા બરાબર છે. દાળના સમૂહની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે: M = 14n + 2. લક્ષણ: તેમના નામના અંત "-an" છે. તેમના પરમાણુઓના અવશેષો, જે અન્ય અણુઓ સાથે હાઇડ્રોજન અણુઓના સ્થાનાંતરણના પરિણામે રચાય છે, તેને એલિફેટિક રેડિકલ અથવા આલ્કિલ કહેવામાં આવે છે. તેઓ અક્ષર R દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવ્યા છે. મોનોવેલેન્ટ એલિફેટિક રેડિકલનું સામાન્ય સૂત્ર: C n P 2 n +1, અહીં n એ 1 કરતા વધારે અથવા બરાબર છે. મોલર માસએલિફેટિક રેડિકલની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે: M = 14n + 1. એલિફેટિક રેડિકલની લાક્ષણિકતા: નામોમાં અંત "-yl" છે. આલ્કેન પરમાણુઓની પોતાની માળખાકીય સુવિધાઓ છે:

C-C બોન્ડ 0.154 nm ની લંબાઈ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે;
C-H બોન્ડ 0.109 nm ની લંબાઈ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે;
બોન્ડ એન્ગલ (કાર્બન-કાર્બન બોન્ડ વચ્ચેનો કોણ) 109 ડિગ્રી અને 28 મિનિટ છે.

અલ્કેન્સ હોમોલોગસ શ્રેણીની શરૂઆત કરે છે: મિથેન, ઇથેન, પ્રોપેન, બ્યુટેન અને તેથી વધુ.

એલ્કેન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો

અલ્કેન્સ એવા પદાર્થો છે જે પાણીમાં રંગહીન અને અદ્રાવ્ય હોય છે. જે તાપમાને એલ્કેન ઓગળવાનું શરૂ કરે છે અને જે તાપમાને તેઓ ઉકળે છે તે તાપમાન મોલેક્યુલર વજન અને હાઇડ્રોકાર્બન સાંકળની લંબાઈના વધારાને અનુરૂપ વધે છે. ઓછી ડાળીઓથી વધુ ડાળીઓવાળું આલ્કેન, ઉત્કલન અને ગલનબિંદુ ઘટે છે. વાયુયુક્ત આલ્કેન આછા વાદળી અથવા રંગહીન જ્યોત સાથે બળી શકે છે અને ઘણી બધી ગરમી ઉત્પન્ન કરી શકે છે. CH 4 -C 4 H 10 એવા વાયુઓ છે જેમાં ગંધ પણ હોતી નથી. C 5 H 12 -C 15 H 32 એ પ્રવાહી છે જે ચોક્કસ ગંધ ધરાવે છે. C 15 H 32 અને તેથી વધુ ઘન પદાર્થો છે જે ગંધહીન પણ છે.

આલ્કેન્સના રાસાયણિક ગુણધર્મો

આ સંયોજનો રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે, જે મુશ્કેલ-થી-તૂટેલા સિગ્મા બોન્ડ્સ - C-C અને C-H ની મજબૂતાઈ દ્વારા સમજાવી શકાય છે. તે પણ ધ્યાનમાં લેવા યોગ્ય છે કે C-C બોન્ડ બિન-ધ્રુવીય છે, અને C-H બોન્ડ ઓછા-ધ્રુવીય છે. આ નીચા-ધ્રુવીકરણ પ્રકારનાં બોન્ડ્સ છે જે સિગ્મા પ્રકાર સાથે જોડાયેલા છે અને તે મુજબ, તેઓ હોમોલિટીક મિકેનિઝમ દ્વારા તૂટી જવાની સંભાવના છે, જેના પરિણામે રેડિકલની રચના થશે. આમ, આલ્કેન્સના રાસાયણિક ગુણધર્મો મુખ્યત્વે આમૂલ અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ સુધી મર્યાદિત છે.

નાઈટ્રેશન પ્રતિક્રિયાઓ

અલ્કેન્સ માત્ર 10% ની સાંદ્રતા સાથે નાઈટ્રિક એસિડ સાથે અથવા 140 ° સે તાપમાને વાયુયુક્ત વાતાવરણમાં ટેટ્રાવેલેન્ટ નાઈટ્રોજન ઓક્સાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. અલ્કેન્સની નાઈટ્રેશન પ્રતિક્રિયાને કોનોવાલોવ પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે છે. પરિણામે, નાઈટ્રો સંયોજનો અને પાણી રચાય છે: CH 4 + નાઈટ્રિક એસિડ (પાતળું) = CH 3 - NO 2 (નાઈટ્રોમેથેન) + પાણી.

કમ્બશન પ્રતિક્રિયાઓ

સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનનો ઉપયોગ ઘણીવાર બળતણ તરીકે થાય છે, જે તેમની બળવાની ક્ષમતા દ્વારા ન્યાયી છે: C n P 2n+2 + ((3n+1)/2) O 2 = (n+1) H 2 O + n CO 2.

ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાઓ

આલ્કેન્સના રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં તેમની ઓક્સિડાઇઝ કરવાની ક્ષમતાનો પણ સમાવેશ થાય છે. પ્રતિક્રિયા સાથે કઈ પરિસ્થિતિઓ અને તે કેવી રીતે બદલાય છે તેના આધારે, એક જ પદાર્થમાંથી વિવિધ અંતિમ ઉત્પાદનો મેળવી શકાય છે. પ્રતિક્રિયાને વેગ આપતા ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં ઓક્સિજન સાથે મિથેનનું હળવું ઓક્સિડેશન અને લગભગ 200 ° સે તાપમાન નીચેના પદાર્થોમાં પરિણમી શકે છે:

1) 2CH 4 (ઓક્સિજન સાથે ઓક્સિડેશન) = 2CH 3 OH (આલ્કોહોલ - મિથેનોલ).

2) CH 4 (ઓક્સિજન સાથે ઓક્સિડેશન) = CH 2 O (એલ્ડીહાઈડ - મિથેનલ અથવા ફોર્માલ્ડીહાઈડ) + H 2 O.

3) 2CH 4 (ઓક્સિજન સાથે ઓક્સિડેશન) = 2HCOOH (કાર્બોક્સિલિક એસિડ - મિથેન અથવા ફોર્મિક) + 2H 2 O.

ઉપરાંત, આલ્કેનનું ઓક્સિડેશન હવા સાથે વાયુયુક્ત અથવા પ્રવાહી માધ્યમમાં કરી શકાય છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓ ઉચ્ચ ફેટી આલ્કોહોલ અને અનુરૂપ એસિડની રચના તરફ દોરી જાય છે.

ગરમી સાથે સંબંધ

+150-250 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ ન હોય તેવા તાપમાને, હંમેશા ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં, કાર્બનિક પદાર્થોની માળખાકીય પુન: ગોઠવણી થાય છે, જેમાં અણુઓના જોડાણના ક્રમમાં ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રક્રિયાતેને આઇસોમરાઇઝેશન કહેવામાં આવે છે, અને પ્રતિક્રિયાના પરિણામે આવતા પદાર્થોને આઇસોમર કહેવામાં આવે છે. આમ, સામાન્ય બ્યુટેનમાંથી, તેનું આઇસોમર પ્રાપ્ત થાય છે - આઇસોબ્યુટેન. 300-600°C ના તાપમાને અને ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં, C-H બોન્ડ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ (ડિહાઇડ્રોજનેશન પ્રતિક્રિયાઓ), હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ કાર્બન સાંકળના ચક્રમાં બંધ થવા સાથે તૂટી જાય છે (આલ્કેન્સની ચક્રીયકરણ અથવા સુગંધિત પ્રતિક્રિયાઓ) :

1) 2CH 4 = C 2 H 4 (ethene) + 2H 2.

2) 2CH 4 = C 2 H 2 (ઇથિન) + 3H 2.

3) C 7 H 16 (સામાન્ય હેપ્ટેન) = C 6 H 5 - CH 3 (ટોલ્યુએન) + 4 H 2.

હેલોજનેશન પ્રતિક્રિયાઓ

આવી પ્રતિક્રિયાઓમાં કાર્બનિક પદાર્થના પરમાણુમાં હેલોજન (તેમના અણુઓ)નો સમાવેશ થાય છે, જેના પરિણામે C-હેલોજન બોન્ડની રચના થાય છે. જ્યારે અલ્કેન્સ હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે હેલોજન ડેરિવેટિવ્ઝ રચાય છે. આ પ્રતિક્રિયા છે ચોક્કસ લક્ષણો. તે આમૂલ મિકેનિઝમ અનુસાર આગળ વધે છે, અને તેને શરૂ કરવા માટે, અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ માટે હેલોજન અને આલ્કેન્સના મિશ્રણને ખુલ્લા પાડવું અથવા તેને ગરમ કરવું જરૂરી છે. આલ્કેન્સના ગુણધર્મો હેલોજન અણુઓ સાથે સંપૂર્ણ રિપ્લેસમેન્ટ પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી હેલોજનેશન પ્રતિક્રિયાને આગળ વધવા દે છે. એટલે કે, મિથેનનું ક્લોરિનેશન એક તબક્કામાં અને મિથાઈલ ક્લોરાઇડનું ઉત્પાદન સમાપ્ત થશે નહીં. પ્રતિક્રિયા આગળ વધશે, ક્લોરોમેથેનથી શરૂ કરીને અને કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ સાથે સમાપ્ત થતાં તમામ સંભવિત અવેજી ઉત્પાદનોની રચના કરવામાં આવશે. આ શરતો હેઠળ કલોરિન સાથે અન્ય આલ્કેન્સના સંપર્કમાં આવવાથી રચના થશે વિવિધ ઉત્પાદનો, વિવિધ કાર્બન અણુઓ પર હાઇડ્રોજનને બદલીને મેળવવામાં આવે છે. જે તાપમાન પર પ્રતિક્રિયા થાય છે તે અંતિમ ઉત્પાદનોનો ગુણોત્તર અને તેમની રચનાનો દર નક્કી કરશે. આલ્કેનની હાઇડ્રોકાર્બન સાંકળ જેટલી લાંબી હશે, પ્રતિક્રિયા એટલી સરળ હશે. હેલોજનેશન દરમિયાન, ઓછામાં ઓછું હાઇડ્રોજનયુક્ત (તૃતીય) કાર્બન અણુ પ્રથમ બદલવામાં આવશે. પ્રાથમિક એક બીજા બધા પછી પ્રતિક્રિયા કરશે. હેલોજનેશન પ્રતિક્રિયા તબક્કામાં થશે. પ્રથમ તબક્કામાં, માત્ર એક હાઇડ્રોજન અણુ બદલવામાં આવે છે. અલ્કેન્સ હેલોજન સોલ્યુશન્સ (ક્લોરીન અને બ્રોમિન પાણી) સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી.

સલ્ફોક્લોરીનેશન પ્રતિક્રિયાઓ

આલ્કેન્સના રાસાયણિક ગુણધર્મો સલ્ફોક્લોરીનેશન પ્રતિક્રિયા (જેને રીડ પ્રતિક્રિયા કહેવાય છે) દ્વારા પણ પૂરક છે. જ્યારે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે અલ્કેન્સ ક્લોરિન અને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડના મિશ્રણ સાથે પ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ હોય છે. પરિણામે, હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ રચાય છે, તેમજ આલ્કિલ રેડિકલ, જે સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ ઉમેરે છે. પરિણામ એ એક જટિલ સંયોજન છે જે ક્લોરિન અણુને પકડવા અને તેના આગલા પરમાણુના વિનાશને કારણે સ્થિર બને છે: R-H + SO 2 + Cl 2 + અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ= R-SO 2 Cl + HCl. પ્રતિક્રિયાના પરિણામે બનેલા સલ્ફોનીલ ક્લોરાઇડ્સનો ઉપયોગ સર્ફેક્ટન્ટ્સના ઉત્પાદનમાં વ્યાપકપણે થાય છે.