HIDROCARBURI ALIFATICE: PROPRIETĂȚI, NOMENCLATURĂ, REACȚII, TIPURI - CHIMIE - 2025

Cele hidrocarburi alifatice sunt cele lipsite de aromaticitate, nu într - un sens olfactiv, dar în ceea ce privește stabilitatea chimică. Clasificarea hidrocarburilor în acest fel este astăzi prea ambiguă și imprecisă, deoarece nu face discriminări între diferite tipuri de hidrocarburi care nu sunt aromatice.

Astfel, avem hidrocarburi alifatice și hidrocarburi aromatice. Acestea din urmă sunt recunoscute de unitatea lor de bază: inelul de benzen. Celelalte, în schimb, pot adopta orice structură moleculară: liniară, ramificată, ciclică, nesaturată, policiclică; atâta timp cât nu au sisteme conjugate precum benzenul.

Combustibilul lichid din brichete constă dintr-un amestec de hidrocarburi alifatice. Sursa: Pixnio.

Termenul „alifatic” s-a născut din cuvântul grecesc „aleiphar”, care înseamnă grăsime, folosit și pentru a se referi la uleiuri. Prin urmare, în secolul 19 această clasificare a fost atribuită hidrocarburilor obținute din extracte uleioase; în timp ce hidrocarburile aromatice au fost extrase din rășini arbore și parfumate.

Cu toate acestea, pe măsură ce fundamentele chimiei organice au fost consolidate, s-a descoperit că există o proprietate chimică care a diferențiat hidrocarburile, chiar mai importante decât sursele lor naturale: aromaticitatea (și nu parfumul).

În acest fel, hidrocarburile alifatice au încetat să mai fie doar cele obținute din grăsimi, pentru a fi toate cele lipsite de aromate. În cadrul acestei familii avem alcani, alchene și alchine, indiferent dacă sunt liniari sau ciclici. De aceea, „alifatic” este considerat imprecis; deși este util să abordăm unele aspecte generale.

De exemplu, când spui „capete” alifatice sau „lanțuri”, te referi la regiunile moleculare în care inelele aromatice sunt absente. Dintre toate hidrocarburile alifatice, cea mai simplă prin definiție este metanul, CH ₄ ; în timp ce benzenul este cel mai simplu dintre hidrocarburile aromatice.

Proprietățile hidrocarburilor alifatice

Proprietățile hidrocarburilor alifatice variază în grade diferite, în funcție de cele considerate. Există mase moleculare joase și înalte, precum și liniare, ramificate, ciclice sau policiclice, chiar și cele cu structuri tridimensionale uimitoare; ca în cazul cubanezului, în formă de cub.

Cu toate acestea, există câteva generalități care pot fi menționate. Majoritatea hidrocarburilor alifatice sunt gaze sau lichide hidrofobe și apolare, unele fiind mai apolare decât altele, întrucât chiar și cele ale căror lanțuri de carbon conțin atomi de halogen, oxigen, azot sau sulf.

De asemenea, sunt compuși inflamabili, deoarece sunt susceptibili la oxidare în aer cu o sursă minimă de căldură. Această caracteristică devine mai periculoasă dacă îi adăugăm volatilitatea ridicată, datorită interacțiunilor dispersive slabe care țin moleculele alifatice împreună.

Vedem acest lucru, de exemplu, în butan, un gaz care se poate lichefia relativ ușor ca propanul. Ambele sunt foarte volatile și inflamabile, ceea ce le face componente active în gătitele de gaz sau brichete.

Desigur, această volatilitate tinde să scadă pe măsură ce masa moleculară crește, iar hidrocarburile creează lichide din ce în ce mai vâscoase și uleioase.

Nomenclatură

Nomenclatura hidrocarburilor diferă chiar mai mult decât proprietățile acestora. Dacă sunt alcani, alchene sau alchine, sunt respectate aceleași reguli prevăzute de IUPAC: selectați cel mai lung lanț, alocând numerele cele mai mici indicatoare la capătul cel mai substituit sau celor mai reactivi heteroatomi sau grupuri.

În acest fel se știe pe care se găsește carbon fiecare substituent, sau chiar nesaturații (duble sau triple legături). În cazul hidrocarburilor ciclice, numele este precedat de substituenții enumerați în ordine alfabetică, urmate de cuvântul „ciclu”, numărând numerele de carbon care îl conțin.

De exemplu, luați în considerare următoarele două ciclohexani:

Doi ciclohexani, care sunt clasificați ca hidrocarburi alifatice. Sursa: Gabriel Bolívar.

Ciclohexanul A se numește 1,4-dimetilciclohexan. Dacă inelul ar fi cinci carboni, acesta ar fi 1,4-dimetilciclopentan. Între timp, ciclohexanul B se numește 1,2,4-trimetilciclohexan și nu 1,4,6-ciclohexan, deoarece încearcă să utilizeze indicatorii cei mai mici.

Acum, nomenclatura poate fi foarte complicată pentru hidrocarburile cu structuri bizare. Pentru ei există reguli mai specifice, care trebuie explicate separat și cu atenție; la fel ca dienele, terpenele, polienele și compușii policiclici.

reacţii

Combustie

Din fericire, reacțiile sunt mai puțin variate pentru aceste hidrocarburi. Unul dintre ele a fost deja menționat: ard ușor, producând dioxid de carbon și apă, precum și alți oxizi sau gaze în funcție de prezența heteroatomilor (Cl, N, P, O, etc.). Cu toate acestea, CO ₂ și H ₂ O sunt principalele produse de ardere.

Plus

Dacă prezintă nesaturații, pot suferi reacții de adăugare; adică încorporează molecule mici în coloana vertebrală ca substituenți în urma unui mecanism specific. Dintre aceste molecule avem apă, hidrogen și halogeni (F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ și I ₂ ).

Halogenarea

Pe de altă parte, hidrocarburile alifatice sub incidența radiațiilor ultraviolete (hv) și căldură pot rupe legăturile CH pentru a le schimba pentru legăturile CX (CF, C-Cl, etc.). Aceasta este reacția de halogenare, care este observată în alcani cu catenă foarte scurtă, cum ar fi metanul sau pentanul.

Cracare

O altă reacție pe care o pot suferi hidrocarburile alifatice, în special alcani cu catenă lungă, este fisurarea termică. Ea constă în furnizarea de căldură intensă, astfel încât energia termică să rupă legăturile de curent continuu și astfel molecule mici, mai apreciate pe piața combustibilului, sunt formate din molecule mari.

Cele patru reacții de mai sus sunt principalele pe care le poate suferi un hidrocarbură alifatică, arderea fiind cea mai importantă dintre toate, deoarece nu face discriminări împotriva niciunui compus; toate vor arde în prezența oxigenului, dar nu toate vor adăuga molecule sau se vor descompune în molecule mici.

Tipuri

Hidrocarburile alifatice grupează un număr interminabil de compuși, care la rândul lor sunt clasificați într-un mod mai specific, indicând gradul de nesaturație a acestora, precum și tipul de structură pe care îl au.

În funcție de cât de nesaturați sunt, avem alcani (saturați), alchene și alchine (nesaturați).

Alcanele sunt caracterizate prin faptul că au legături CC unice, în timp ce la alchene și alchine observăm legături C = C și, respectiv, C≡C. O modalitate foarte generală de a le vizualiza este de a gândi scheletele de carbon ale alcanilor ca niște lanțuri în zig-zag și îndoite, fiind „pătrate” pentru alchene și „linii drepte” pentru alchine.

Acest lucru se datorează faptului că legăturile duble și triple prezintă energie și restricții steric în rotațiile lor, „întărindu-le” structurile lor.

Alcanele, alchenele și alchinele pot fi ramificate, ciclice sau policiclice. De aceea, cicloalcanii, cicloalchenii, cicloalchinele și compușii precum decalin (cu o structură biciclo), adamantan (similar cu un capac de baseball), heptalen, gonan, printre altele, sunt de asemenea considerați hidrocarburi alifatice.

Alte tipuri de hidrocarburi apar din alchene, cum ar fi dienele (cu două legături duble), polenele (cu multe legături duble alternative) și terpenele (compuși derivați din izopren, o dienă).

Aplicații

Din nou, utilizările acestor hidrocarburi pot varia în funcție de care este considerat. Cu toate acestea, în secțiunile de proprietăți și reacții a fost clar că toate arde, nu numai pentru a elibera molecule gazoase, ci și lumină și căldură. Astfel, sunt rezervoare de energie, utile pentru a servi drept combustibili sau surse de căldură.

De aceea, acestea sunt folosite ca parte a compoziției benzinei, pentru gazul natural, în arzătoarele Bunsen și, în general, pentru a putea începe incendii.

Unul dintre cele mai notabile exemple este cel al acetilenei, HC≡CH, a cărui ardere permite excitarea ionilor metalici ai unei probe în spectrometria de absorbție atomică efectuată în teste analitice. De asemenea, focul rezultat poate fi folosit pentru sudare.

Hidrocarburile alifatice lichide, cum ar fi parafinele, sunt frecvent utilizate ca solvenți de extracție pentru grăsimi. În plus, acțiunea sa de solvent poate fi folosită pentru a îndepărta petele, emailurile, vopselele sau pur și simplu pentru a prepara soluții ale unui anumit compus organic.

Cei cu cea mai mare masă moleculară, vâscoasă sau solidă, sunt folosiți pentru producerea de rășini, polimeri sau medicamente.

În ceea ce privește termenul „alifatic”, se folosește, de regulă, referința la acele regiuni, într-o macromoleculă, care nu au aromate. De exemplu, asphaltenii sunt descriși superficial ca un nucleu aromatic cu lanțuri alifatice.

Exemple

La început s-a spus că metanul este cel mai simplu dintre hidrocarburile alifatice. Acestea sunt urmate de propan, CH ₃ CH ₂ CH ₃ , butan, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , pentan, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , octan, nonan, decan, și așa mai departe, având alcani de fiecare dată mai lung.

Același lucru se aplică etilenei, CH ₂ = CH ₂ , propena, CH ₃ CH = CH ₂ , butenă, CH ₃ CH ₂ CH = CH ₃ , iar pentru restul alchinelor. Dacă există două legături duble, acestea sunt dienele, iar dacă sunt mai mult de două, polenele. De asemenea, pot exista legături duble și triple în același schelet, crescând complexitatea structurală.

Printre cicloalcanii putem menționa ciclopropanul, ciclobutanul, ciclopentanul, ciclohexanul, cicloheptanul, ciclooctanul, precum și ciclohexenul și ciclohexina. La rândul lor se obțin derivați ramificați din toate aceste hidrocarburi, exemplele disponibile (cum ar fi 1,4-dimetilciclohexanul) înmulțindu-se și mai mult.

Dintre terpenele cele mai reprezentative avem limonen, mentol, pinenă, vitamina A, squalen etc. Polietilena este un polimer saturat cu -CH ₂ - CH ₂ - unități , deci este , de asemenea , un exemplu al acestor hidrocarburi. Alte exemple au fost deja citate în secțiunile anterioare.

Referințe

1. Morrison, RT și Boyd, R, N. (1987). Chimie organica. Ediția a V-a. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Chimie organica. (Ediția a șasea). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organica. Aminele. (Ediția a 10-a.) Wiley Plus.
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (22 august 2019). Definiția hidrocarburilor alifatice. Recuperat de la: thinkco.com
5. Wikipedia. (2019). Compus alifatic. Recuperat de la: en.wikipedia.org
6. Chimie LibreTexturi. (20 august 2019). Hidrocarburi alifatice. Recuperat din: chem.libretexts.org
7. Elizabeth Wyman. (2019). Hidrocarburi alifatice: definiție și proprietăți. Studiu. Recuperat din: studiu.com