Общая химия

Смесь метана с воздухом крайне взрывоопасна (особенно в соотношении 1:10).

Молекула метана характеризуется сравнительно большой прочностью. При обычных условиях метан активно (со взрывом) реагирует с фтором, очень медленно взаимодействует с хлором и почти не реагирует с бромом. Реакция с хлором или бромом ускоряется под действием света, а также при нагревании и заключается в последовательном замещении атомов водорода атомами галогена с образованием галогенпроизводных, например:

Метан горит синеватым или почти бесцветным пламенем, выделяя большое количество теплоты (879 ^^^ ). Однако при обычных условиях он не окисляется раствором перманганата калия (фиолетовая окраска раствора ^^^ при контакте с предельными углеводородами не исчезает).

Как уже было указано, метан — первый представитель гомологического ряда предельных или насыщенных углеводородов:

В молекулах этих соединений все связи между атомами углерода простые (ординарные), атомы углерода максимально, до предела «насыщены» водородом. Состав любого из гомологов отвечает общей формуле ^^^ (где ^^^ — число атомов углерода); эта закономерность дает возможность написать формулу состава для предельного углеводорода с любым числом С-атомов, например ^^^ (октадекан), ^^^ (гектан).

Состав одновалентных радикалов, получаемых отнятием атома водорода от молекулы предельного углеводорода, выражает формула ^^^ . Названия их образуются заменой окончания ^^^ в названии углеводорода окончанием - ил. Так, от метана производится метил ^^^ , от этана — этил ^^^ , от пропана — пропил ^^^ и т. д.

Как и в других гомологических рядах, в ряду метана проявляется всеобщий закон природы — закон перехода количественных изменений в качественные. Изменение состава молекулы на группу ^^^ каждый раз приводит к новому веществу, которое хотя и имеет много общего с соседними членами ряда, но вместе с тем по некоторым свойствам отличается от них. Различие гомологов ясно проявляется в их физических свойствах. Низшие члены ряда предельных углеводородов (от ^^^ до ^^^ ) - газы; средние члены (от ^^^ до ^^^ ) при температуре до ^^^ — жидкости, остальные при обычных условиях находятся в твердом состоянии. Во всех случаях температуры кипения и затвердевания тем выше, чем больше молекулярная масса углеводорода.

В то же время предельные углеводороды в химическом отношении подобны метану. Они весьма инертны, вступают лишь в реакции замещения водорода, протекающие крайне медленно, и Не обесцвечивают на холоду растворы брома и перманганата калия.

Все предельные углеводороды горят и могут быть использованы в качестве топлива. Они входят в состав нефтей и продуктов Их перегонки. При фракционной перегонке нефть разделяют на отличающиеся по температурам кипения фракции ^^^ «погоны») и получают следующие нефтепродукты:

а) бензины (темп. кип. ^^^ ) содержат углеводороды ^^^ до ^^^ при повторной перегонке из них могут быть быделены легкие нефтепродукты, кипящие в более узких пределах: Нетролейный эфир ^^^ , авиационный бензин (70—100 ^^^ ), автомобильный бензин (100—120 ^^^ );

б) керосины (темп. кип. ^^^ ) содержат углеводороды от ^^^ до ^^^ ;

в) соляровые масла (темп. кип. ^^^ ) содержат смеси углеводородов от ^^^ до ^^^ из них получают смазочные масла и различные виды дизельного топлива;

г) мазут (нефтяные остатки — до ^^^ ) содержит еще более тяжелые (высшие) углеводороды; из мазута получают тяжелые смазочные масла, вазелин, парафин.

Как уже было указано, с увеличением числа С-атомов в молекулах резко возрастает число изомеров предельных углеводородов. Метан ^^^ , этан ^^^ и пропан ^^^ не имеют изомеров; бутанов ^^^ существует два:

Изомерных пентанов ^^^ — три, гексанов ^^^ пять, гептанов ^^^ — девять, октанов ^^^ , нонанов ^^^ Все эти углеводороды получены. Деканов ^^^ может быть 75, а формулу ^^^ могут иметь уже 4347 изомерных углеводородов. Для высших гомологов пока известны лишь некоторые изомеры, однако принципиальная возможность их существования предсказана и доказана А. М. Бутлеровым; им был осуществлен первый синтез углеводорода с разветвленной цепью — изобутана.

Как отдельные гомологи, так и изомеры отличаются друг от друга не только физическими, но и химическими свойствами. Сильная разветвленность углеродной цепи часто приводит к повышению температур замерзания, и высокое содержание таких углеводородов в бензинах может ограничивать возможность использования последних в зимних условиях.

Различие в химических свойствах сказывается, в частности, на склонности некоторых углеводородов, входящих в состав моторного топлива, к детонации.