În condiții standard (T = 298 K, P = 1 atm), în funcție de structură și greutatea moleculară, hidrocarburile pot fi substanțe gazoase, lichide sau solide. Toate hidrocarburile cu lungimea lanțului C1-C4 sunt gazoase, iar C5-C16 sunt lichide. Hidrocarburile cu compoziția C19 și cele mai ridicate sunt solide. Tipul lanțului de carbon afectează punctul de fierbere (t 0 k) și topirea (t 0 pl). Astfel, hidrocarburile normale, spre deosebire de izomerii ramificați, au mai mari t 0 k și t 0 pl. exemplu:
n-pentan izopentan (2-metilbutan)
Între moleculele de hidrocarburi în stare solidă și lichidă, forțele van der Waals acționează. Între moleculele aromatice apar forțele de interacțiune electronică - - electron. Astfel, forțele de adeziune dintre molecule sunt mai mari pentru lanțurile de carbon normale în hidrocarburi lichide și detașarea moleculei de suprafața lichidului este mai complexă în n-lanțuri decât în lanțurile ramificate izomerice. În hidrocarburile solide, tranziția în fază solid-lichid este determinată de densitatea de ambalare a moleculelor. Acest pachet este mai compact în hidrocarburile neramificate. Prin urmare, n-hidrocarburile se topesc la o temperatură mai mare decât cele ramificate. Lipsa ambalării moleculelor de hidrocarburi ramificate în faza solidă determină forțe intermoleculare mai slabe, energii mai mici ale rețelei cristaline.
Introducerea unei legături duble scade ușor t 0 k (cu 5-7 0) în comparație cu alcani. Dependența t 0 pl este mult mai complicată.
Alcadienii conjugați peste t0k se aseamănă cu alcani, adică conjugarea nu afectează punctul de fierbere. Astfel, chiar conjugarea aromatică în benzen (t 0 k = + 80 ° C) nu modifică t 0 k (t 0 k ciclohexan + 81 ° C). Cu o creștere a numărului de legături P și mai ales în cazul conjugării lor, punctele de topire a hidrocarburilor cresc considerabil.
1-buten 1,3-butadienă 1,3-butadienă
t 0 pl = -185 0 C t 0 pl = -109 0 C t 0 pl = -36 0 C
Arealele au, în funcție de tip, dependențe mai complexe de t 0 k și t 0 pl. Dintre benzenii disubstituiți, para-izomerii au întotdeauna mai mult t 0 pl (ele sunt mai ușor de înghețat). Introducerea unei grupări alchil în benzen crește în mod semnificativ t 0 k (reduce volatilitatea) și scade mult t 0 pl.
Culoare, miros, acțiune pe piele.
Aproape toate hidrocarburile sunt incolore, cu excepția polienilor conjugați cu lanț lung. exemplu:
H2C = CH- (CH = CH-CH = CH) n-CH = CH2. La n = 2 sau mai mult, apare culoarea (licopenul sau carotenul roșiilor). Hidrocarburile aromatice mononucleare sunt compuși incolori.
Mirosul unui compus organic este determinat de volatilitatea acestuia și de natura interacțiunii cu receptorii organelor olfactive. Hidrocarburile gazoase (metan, etan, propan, butan) sunt inodore. Toate hidrocarburile nesaturate gazoase, pornind de la o etilenă foarte mirositoare, au un miros, crescând odată cu creșterea numărului de legături și cu conjugarea lor. Acetilena are un miros eteric slab. Toate hidrocarburile lichide au un miros de kerosen sau benzină. Hidrocarburile solide nu mirosesc la temperaturi normale, cu excepția cazului în care sunt volatile.
Hidrocarburile lichide irită pielea.
Densitate, stare lichidă structurată.
Cele mai multe hidrocarburi au o densitate (densitate în vrac) mai mică de 1. Densitatea hidrocarburilor crește odată cu creșterea greutății moleculare. Astfel, printre alcanii de la C1 la C30 crește densitatea de la 0,415 la 0,810, printre alchene C3 la C6 0.610-0.674, printre alchinelor C3 la C10 .690-.766. Aceasta se datorează creșterii forțelor de interacțiune intermoleculară datorate apariției legăturilor .
Ca rezultat al interacțiunii --mesmoleculare, arenele sunt structurate marcant, spre deosebire de alcani, alcene și alchine. Prin urmare, densitatea lor este mult mai mare decât cea a altor hidrocarburi (pentru benzen d4 20 = 0,879) și depinde foarte puțin de alchilare.
Notă: Denumirea d4 t înseamnă că densitatea lichidului este măsurată la o temperatură relativă la densitatea apei la 4 ° C.
Solubilitate în apă și solvenți neapoși.
Atunci când hidrocarburile sunt dizolvate în solvenți, solvația moleculelor lor este crucială, deoarece structura hidrocarburilor lichide și solide nu este foarte mare. Prin solvatare se înțelege întreaga cantitate de energie și schimbări structurale care au loc în sistem în timpul tranziției gazoase molecule, ioni, radicali sau atomi în faza lichidă a solventului, pentru a forma o soluție omogenă, având o compoziție chimică specifică și structura. Solvația moleculelor organice scăzute polar se datorează interacțiunilor dipol-dipol și dispersie. Hidrocarburile sunt bine solvate de lichide nepolare, halogenate de derivații lor, dar solvați slab de lichide polare (apă, alcooli, acizi carboxilici). Cu cât este mai mare polaritatea solventului, cu atât este mai mică solubilitatea hidrocarburilor. Prin urmare, toate hidrocarburile infinit solubile în cealaltă și o halogenat (dicloretan, cloroform, tetraclorură de carbon, clorură de metilen și alții asemenea. D. În același timp, ele sunt slab solubili în alcooli, cetone, esteri și practic insolubil în apă.
Inflamabilitate, pericol de explozie, otrăvitor.
Majoritatea hidrocarburilor sunt otrăvitoare în inhalarea cronică a fumului. Mai ales periculos este benzenul cu o muncă prelungită cu acesta, precum și arene condensate cu numărul de inele benzenice mai mari de 4. Acestea din urmă contribuie la dezvoltarea cancerului (substanțe cancerigene), astfel că devierea lor în atmosferă și corpurile de apă este inacceptabilă
Toate hidrocarburile sunt inflamabile. Când se încălzește la 400-6000С fără oxigen, apare arderea cu arderea cu oxigen.
Proprietățile fizico-chimice și indicatorii de pericol de incendiu sunt corelați. Astfel, punctul de fierbere scăzut al substanței indică un punct de aprindere scăzut al substanței și o activitate chimică ridicată, în special în ceea ce privește oxidanții, la o temperatură scăzută de aprindere.
Astfel, în seria de alcani, cu lungimea mărită a lanțului, crește punctul de fierbere și, în consecință, punctul de aprindere. Entalpia de ardere crește, iar temperatura de autoaprindere scade.
Atunci când gazele naturale sunt arse, se ating temperaturi de până la 1000 0 C și mai mari, iar arderea acetilenei într-un amestec cu oxigen face posibilă obținerea unei flacări cu o temperatură de până la 2800 ° C. Aceasta se folosește pentru tăierea și sudarea metalelor.
Este de interes practic să se calculeze căldura standard de ardere a hidrocarburilor. Să luăm în considerare această întrebare cu exemplul de alcani.
În formula generală, ecuația pentru reacția alcanilor arzători poate fi scrisă după cum urmează:
Căldura standard de ardere с Н298 poate fi calculată prin diferența de căldură standard de formare a produselor de reacție și a reactivilor:
Pentru calcul, se pot utiliza valorile lui obr Н298. arătat, de exemplu, în "Chemical Handbook", T. 1 1966, pp 774 -. 837, 854 - 875. In urma sunt căldurile de formare a C (TV), O2 (gaz), H2 (gaz) CO2 gazos. apă lichidă (în kJ / mol).
Încălzirea formării compușilor organici cu aproximație bună poate fi calculată utilizând așa-numitele incremente. Aceasta se bazează pe ipoteza că fiecare unitate structurală contribuie la aceeași căldură de formare, indiferent de conexiunea în care se află această unitate (principiul aditivității). Mai jos este un tabel cu 2 incremente structurale suficiente pentru a calcula încălzirea formării de alcani.
Valorile creșterilor structurale
Suma încălzirii formării produsului este:
3 × (-393,3) + 4 × (-285,8) = -2323,1 kJ / mol
Suma încălzirii formării reactivilor:
(-42,34) 2 + (-20,63) = -105,31 kJ / mol
(Căldura formării de O2 (gaz) din O2 (gaz) este în mod natural zero.
Diferența oferă căldura standard de combustie a propanului:
Când se exploatează cărbuni în mine, metanul este adesea eliberat. formând amestecuri explozive cu aerul. În explozia amestecurilor de metan-aer, presiunea se dezvoltă la 706 kPa. Prin urmare, oriunde se poate degaja gaz natural, este foarte important să se monitorizeze compoziția aerului. Pentru a preveni o explozie în eliberarea de urgență a metanului și pentru a stinge flacăra în volume închise, utilizați CO2 sau azot. Concentrația minimă de dioxid de carbon ca agent de stingere este de 26% (vol.), Azot 39% (vol.). Cu clorul, metanul formează un amestec care explodează când lumina soarelui sau o altă sursă puternică de lumină acționează asupra acestuia. Explozia unui amestec de metan și clor poate apărea atunci când este încălzită la 150 ° C. Prin urmare, stocarea cilindrilor cu clor și metan este inacceptabilă.
Acetilena sub presiune este instabilă. La o presiune mai mare de 196 kPa, acetilena este capabilă să se descompună la carbon și hidrogen cu o explozie. Temperatura de explozie este de 3000 0 C, presiunea crescând de aproximativ 11 ori. Prin urmare, acetilenă nu ar trebui să fie depozitate într-o stare comprimată, ca și alte gaze, în cilindri de oțel de tipul obișnuit. Pentru stocarea și transportul, se utilizează butelii umpleți cu cărbune activ impregnat cu acetonă, în care acetilena este dizolvată sub presiune. Cu această metodă de stocare, acetilenă nu explodează nici măcar la o presiune de 2940 kPa. Acetilena cu aer formează amestecuri explozive. Limitele de aprindere: LEL - 2%. ERW - 81%. Temperatura de autoaprindere este de 335 ° C. Amestecurile acetilenă-aer explodează cu mare forță. Presiunea de explozie atinge 931 kPa. Pentru a preveni explozia cu eliberarea de urgență a acetilenei și pentru a stinge flacăra în spații închise, CO2 este de 57% (vol.) Și azotul este de 70% (vol.).
Fracțiunea gazoasă conține alcani C1-C4. Gazul natural este în principal metan ( 98%), gazul balon este în mare parte propan și butan.
Fracțiunea de benzină (t 0 k = 40 - 180 0 С) conține hidrocarburi C5-C12. până la 100 sau mai mulți compuși individuali, incluzând alcani, cicloalcani, alchilbenzeni.
Fracția de kerosen (t 0 k = 180 - 300 0 C) conține în principal hidrocarburi C9-C16. Este combustibil cu jet și hrănire.
Distilatul solar (t 0 k = 300 - 400 0 С) constă în principal din hidrocarburi C15-C25. Aceasta este materia primă pentru obținerea motorinei.
Uleiul de combustibil (t 0 k = 300 0 C în vid) are o compoziție aproximativă de C20-C30. Folosit ca combustibil pentru arderea în cuptoarele cazanelor. Decarcarea fracționată în vid produce uleiuri lubrifiante, petrolatum, parafină
Benzenul de hidrocarburi aromatice este un lichid inflamabil care arde puternic cu o flacără afumată. În explozia amestecurilor de abur-aer, presiunea se dezvoltă la 784 kPa. Hidrocarburile aromatice sunt stinse cu apă și spumă fin dispersate.
Articole similare
-
Lumea cristalelor - pietre prețioase, minerale, cristale în creștere, proprietățile și structura lor
Trimiteți-le prietenilor: