К этой группе веществ относятся нефть и метан, природный газ. Их разнообразие велико. Речь, конечно, про углеводороды. Это одновременно одни из самых распространенных и самых востребованных человечеством веществ. Что же они собой представляют? Стоит вспомнить, о чем в 9 классе рассказывала химия.
Углеводороды
Этот класс веществ объединяет самые разные соединения, большинство из которых давно и успешно используются для своих целей человеком. Это объясняется тем, что углерод очень легко образует химические связи, особенно с водородом, поэтому и наблюдается такое разнообразие. Без этого была бы невозможна жизнь в том виде, в котором мы ее знаем.
Углеводороды – это вещества, состоящие из двух элементов: углерода и водорода. Их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными, а также образовывать замкнутые циклы.
Классификация
Углерод образует четыре связи, а водород – одну. Но это не значит, что их соотношение всегда равно 1 к 4. Дело в том, что между атомами углерода могут быть не только одинарные, но и двойные, а также тройные связи. По этому критерию различают классы углеводородов. В первом случае эти вещества называются предельными (или алканами), а во втором – ненасыщенными или непредельными (алкенами и алкинами для двух и трех связей соответственно).
Еще одна классификация предусматривает рассмотрение молекулы. В этом случае различают алифатические углеводороды, структура которых линейна, и карбоциклические, в виде замкнутой цепи. Последние в свою очередь делятся на алициклические и ароматические.
Помимо этого, углеводороды часто подвергаются полимеризации – процессу присоединения одинаковых молекул одна к другой. В результате получается совершенно новый материал, не похожий на базовый. Примером может служить полиэтилен, получающийся из просто этилена. Это возможно только когда речь идет о ненасыщенных углеводородах.
Структуры, которые также относятся к классу непредельных, могут с помощью своих свободных радикалов присоединять и новые атомы, отличные от водорода. В этом случае получаются другие органические вещества: спирты, амины, кетоны, эфиры, белки и т. д. Но это уже совершенно отдельные темы в химии.
Примеры
Углеводороды – это огромное разнообразие веществ даже с учетом классификации. Но все же стоит кратко перечислить наименования соединений, входящих в этот многочисленный класс.
- Предельные углеводороды – это метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан и т. д. Первое и третье названия наверняка знакомы даже тем, кто не особенно дружит с химией. Так называются довольно распространенные виды газов.
- В класс алкенов (олефинов) входят этен (этилен), пропен (пропилен), бутен, пентен, гексен и т. д.
- К алкинам относятся этин (ацетилен), пропин, бутин, пентин, гексин и т. д.
- Кстати, двойные и тройные связи могут быть не одиночными. В таком случае такие структуры относятся к алкадиенам и алкадиинам. Но слишком уж углубляться не стоит.
- Что касается углеводородов, структура которых замкнута, для них есть свои названия: циклоалканы, циклоалкены и циклоалкины.
- Названия первых: циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.
- Во второй класс входят циклопропен, циклобутен, циклопентен, циклогексен и т. д.
- Наконец циклоалкины, не встречающиеся в природе. Синтезировать их пытались очень давно и долго, и это удалось лишь в начале XX века. Молекулы циклоалкинов состоят не менее чем из 8 атомов углерода. При меньшем количестве соединение просто нестабильно из-за слишком большого напряжения.
- Есть еще арены (ароматические углеводороды), самым простым и распространенным представителем которых является бензол. Также к этому классу относятся нафталин, фуран, тиофен, индол и т. д.
Свойства
Как уже было упомянуто выше, углеводороды – это огромное количество самых разных веществ. Поэтому говорить об их общих свойствах несколько странно, ведь таковых просто нет.
Одинаковой чертой у всех углеводородов может считаться разве что состав. А также тот факт, что в начале каждого ряда, по мере увеличения количества атомов углерода, происходит переход от газообразной и жидкой формы к твердой.
Есть и еще одна схожесть: все углеводороды обладают хорошей горючестью. При этом выделяется много тепла, образуются углекислый газ и вода.
Природные источники
Как и другие полезные ископаемые, некоторые углеводороды располагаются в виде залежей и запасов в земной коре. В частности, они составляют большую часть газа и нефти. Это хорошо видно при переработке последней: в процессе выделяется огромное количество веществ, большая часть из которых относится именно к углеводородам. Газ и вовсе на 80-97% обычно состоит из метана. Кроме того, метан образуется при разложении органических отходов и останков, так что его получение не представляет серьезной проблемы.
Другие источники углеводородов – лаборатории. Те вещества, которые не встречаются в природе, могут быть синтезированы из других соединений с помощью химических реакций.
Использование
Углеводороды играют огромную роль в современной жизни человечества. Нефть и газ стали очень ценными ресурсами, ведь они служат в качестве топлива и энергоносителей. Но это не единственные способы применения соединений из данного класса. Углеводороды – это буквально все, что окружает людей в быту. С помощью полимеризации удалось получить новые материалы, из которых изготавливаются разные виды пластмасс, тканей и т. д. Керосин, растворители, лакокрасочные изделия, парафины, асфальт, гудрон, битум, и это не считая основных продуктов нефтепереработки – бензина и дизельного топлива.
Значение этих веществ огромно. Как непредельные, так и предельные углеводороды – это сотни и тысячи вещей, к которым каждый человек привык и не может без них обходиться в самых простых ситуациях. Отказаться от их использования крайне сложно даже с учетом того, что запасы нефти и газа иссякнут, как предрекают аналитики. Уже сейчас человечество ведет активный поиск альтернативных источников энергии, но ни один из вариантов пока не показал такой же эффективности и универсальности, как углеводороды.
