Углеводородные соединения


Углеводороды — это соединения углерода с водородом, не содержащие других элементов. Также это органические соединения, которые в своем составе имеют водород и углерод. Их в органической химии считают базовыми соединениями.

Классификация углеводородов

Классификация углеводородов

В зависимости от состояния связи между углеродами основной цепи, все СхНу принято подразделять на несколько видов. Одинарные соединения углерода с водородом характерны для предельных углеводородов.

Алканы

Предельные углеводороды — это соединения, имеющие общую формулу СпН2п+2. Среди их особенностей можно упомянуть отсутствие замкнутой структуры, а также одинарные (простые) связи. Их в органической химии называют ациклическими соединениями.

Типичным представителем данного класса является метан – СН4. Именно он начинает гомологический ряд алканов, обладает всеми свойствами, присущими остальным представителям парафинов.

Первые представители данного класса углеводородов являются газообразными веществами, обладающими малой растворимостью в воде, специфическим запахом.

Среди основных химических свойств, которыми обладают представители гомологического ряда алканов, выделим радикальное замещение.

Галогенирование протекает при повышенной температуре либо наличии ультрафиолетового облучения. Реакция протекает в несколько стадий, характеризуется постепенным замещением атомов водорода галогеном. Свойства углеводородов ряда метана объясняются насыщенностью связи между углеродными атомами. Они не способны вступать в реакции присоединения, при этом отлично горят в кислороде воздуха с образованием углекислого газа, водяного пара, выделением достаточного количества тепловой энергии.

Среди основных отраслей применения представителей данного класса углеводородов выделим использование в качестве топлива, а также вариант исходного сырья для производства множества иных органических соединений.

Алкены

Ненасыщенные углеводороды — это соединения, которые имеют одну либо несколько кратных (ненасыщенных) связей между углеродными атомами. Алкены имеют общую формулу СпН2п. Типичным представителем данного класса является этилен.

Эти природные углеводороды входят в состав нефти. Учитывая, что в молекуле содержится двойная связь, для алкенов характерны реакции присоединения. Например, они могут вступать в галогенирование, гидратацию.

Если двойная связь располагается в первом положении, например в бутене-1, присоединение галогеноводорода и гидратация (реакция с водой) протекают по правилу Марковникова. Суть его состоит в том, что при гидрогалогенировании и гидратации водород присоединяется к тому атому углерода, который им максимально насыщен.

Читайте также:  Хлор для человека: отравление парами хлора

Гидроксильная группа или атом галогена присоединяется к атому С, который не насыщен водородом. Качественной реакцией на непредельную (двойную) связь является обесцвечивание бромной воды или перманганата калия.

Циклоалканы

Такие углеводороды — это циклические соединения, являющиеся межклассовыми изомерами для алкенов. Они имеют общую формулу СпН2п, одинарные связи. Учитывая, что данный класс характеризуется замкнутой структурой, они вступают в реакции присоединения, сопровождающиеся разрушением замкнутого цикла, превращением в насыщенные алканы. Основными источниками таких соединений выступают природный и попутный газ, нефть. Несмотря на циклическое строение, в молекулах sp3-гибридизация, валентный угол составляет 109°28′.

Алкадиены

Алкадиены

Чем еще характеризуется органическая химия? Углеводороды этого класса имеют общую формулу СпН2п-2. У всех представителей диеновых углеводородов присутствуют две двойные связи. Ненасыщенность диенов определяет их основные химические свойства. По аналогии с алкенами, диеновые соединения вступают в реакции присоединения.

В качестве тех химических реакций, которые характерны для данных соединений, отметим полимеризацию. Исходным мономером в процессе выступает представитель диенов, а продуктом взаимодействия будет синтетический каучук. При добавлении в получаемый полимер серы, происходит вулканизация, сопровождающаяся образованием резины.

Алкины

Для этих ненасыщенных органических соединений, характеризующихся общей формулой СпН2п-2, можно отметить наличие тройной связи между углеродными атомами. Если она располагается после первого углеродного атома, качественной реакцией на ее присутствие выступает замещение с комплексным соединением серебра.

Так же как и для алкенов, диенов, алкины легко вступают в присоединение по тройной связи. Для них свойственны реакции гидрирования, гидрогалогенирования, галогенирования, гидратации.

Ароматические соединения

Бензол является первым представителем данного класса. Он имеет общую формулу СпН2п-6. В отличие от всех остальных углеводородов, данное соединение имеет ароматическое кольцо. В его образовании принимают участие свободные электроны каждого углеродного атома. Три электрона С образуют гибридные облака, а четвертый электрон не повергается гибридизации. Именно он формирует ароматическое кольцо, которое равномерно распределяется по всей молекуле. Равномерное распределение кольца по структуре объясняет его химическую стабильность. Сам бензол вступает в замещение и присоединение только при жестких условиях.

Толуол, являющийся его гомологом, характеризуется некоторым смещением электронной плотности, поэтому у него выше способность к замещению. Углеводородный радикал является ориентантом 1 рода, входящие заместители (галоген, нитрогруппа) занимают орто-, параположения.

Углеводороды и их воздействие на организм человека

Прямого вредного воздействия газообразных углеводородов в окружающем воздухе на здоровье человека не обнаружено. Углеводороды и их производные, содержащиеся в атмосфере, опасны, прежде всего, как промежуточные продукты процессов образования окислителей, например, пероксиаце-тилнитрата (ПАН), ответственных за фотохимический смог.

С этой точки зрения наименее опасными являются парафины С— С3 — углеводороды, относящиеся к соединениям первого класса, с низкой реакционной способностью. К углеводородам второго класса, с умеренной реакционной способностью — относятся третичные моноалкилированные бензолы, парафины и циклопарафины, углеводороды с алкильными заместителями.

Первичные и вторичные моноалкилбензолы, ди-, три- и тет-раалкилбензолы, алифатические олефины, стирол и метилсти-рол относятся к соединениям третьего класса — с высокой реакционной способностью.

Очень опасна комбинация углеводородов и сероводорода. Их совместное действие проявляется быстрее, чем изолированное: в поражении центральной нервной системы в первую очередь страдает промежуточный мозг, как высший центр вегетативной нервной системы. Углеводороды могут влиять на эндокринный аппарат организма, сердечно-сосудистую систему, нарушать функции печени, приводят к снижению в крови содержания гемоглобина и эритроцитов.

Читайте также:  Какой вред может причинить инфракрасный обогреватель

Воздействие нефтепродуктов на организм человека зависит от их фракционного и углеводородного состава, а также от сочетания углеводородов, входящих в их состав. Так, тяжелые бензины более токсичны, чем легкие. Бензины поступают в организм главным образом через дыхательные пути, а также всасываются в кровь из желудочно-кишечного тракта.

Общее действие на организм человека керосина сходно с действием бензина, токсические концентрации паров керосина и бензина близки по значениям. Раздражающее действие паров керосина на слизистые оболочки выражается даже сильнее. Керосин действует на кожу, вызывая дерматиты и экземы.

Природный газ при содержании в воздухе до 20% не оказывает токсического действия, поэтому считается безвредным. Главная опасность здесь связана с удушьем при недостатке кислорода, когда за счет высокой концентрации метана в воздухе резко снижается удельное содержание кислорода. В целом его действие идентично действию предельных углеводородов. В то же время следует отметить, что из числа последних метан — наименее токсичный. С увеличением в предельном углеводороде числа атомов углерода его токсическое действие возрастает.

Несмотря на то, что предельные углеводороды среди органических соединений наиболее инертны, они являются сильными наркотиками, кроме того вызывают покраснение, зуд, пигментацию кожи. Производные углеводородов, как правило, более токсичны, чем сами углеводороды.

Наименее реакционноспособными в фотохимических превращениях, протекающих в атмосфере и приводящих к образованию оксидантов, являются бензальдегид, ацетон, метанол, изопропанол, третичные алифатические спирты, метилэтилке-тон, метилацетат, метилбензоат, частично галогенированные парафины и бензол. Наиболее реакционноспособные — разветвленные и ненасыщенные кетоны, диацетоновый спирт, простые эфиры, 2-этокси-этанол.

Углеводороды выбрасываются в атмосферу в виде капелек и паров.

Воздействие на организм углеводородов выражается в нарушениях функционального состояния центральной нервной системы. Это связано с наркотическим действием углеводородов.

В очень низких концентрациях действие углеводородов приводит к функциональным расстройствам нервной системы, неврастении, вегетоневрозам, вспыльчивости и раздражительности — вплоть до сильного головокружения при резких движениях головой. Углеводороды, выбрасываемые в воздух при работе автотранспорта с газобаллонными установками, вызывают общую слабость, головные боли, реже — ощущение шума в голове.

Читайте также:  Влияние фтора на организм человека

При вдыхании в течение 8 часов паров бензина в концентрации 600 мг/м3 возникают неприятные ощущения в горле, кашель, усиление головной боли. Основные источники естественные: лесные пожары, природный метан. Антропогенные: выхлопные газы, дожигание отходов, испарение нефтепродуктов, работа нефтеперегонных заводов.

Заключение

Независимо от того, какие особенности структуры имеют различные представители углеводородов, они в своем составе имеют определенное количество атомов углеродов и водородов. Существует определенная тенденция в изменении физических свойств представителей СхНу. Первые представители любого класса имеют газообразное состояние, по мере увеличения относительной молекулярной массы наблюдается планомерный переход в жидкости, затем в твердый вид.

Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]