Вуглеводні

З'єднання вуглеводнів відрізняються один від одного кількістю атомів вуглецю та водню, будовою вуглецевого скелета та типом зв'язків між атомами.

Вуглеводні (hydrocarbon) – це органічні сполуки, що повністю складаються з вуглецю та водню.
Вуглеводні є фундаментальною основою органічної хімії: молекули будь-яких інших органічних сполук розглядають як їх похідні.

• кількістю атомів вуглецю та водню,
• будовою вуглецевого скелета,
• типом зв'язків між атомами

• гази: метан, пропан та ін;
• рідини: гексан, бензол;
• легкоплавкі тверді речовини: парафін, нафталін;
• полімери: поліетилен та полістирол.

Класифікація вуглеводнів

Алкани (парафіни) – вуглеводні загальної формули C_nH_2n+2, У молекулах яких атоми вуглецю пов'язані між собою σ-зв'язком, а решта їх валентності гранично насичені атомами водню.
Звідси інша назва алканів – граничні вуглеводні.
Першим представником цього гомологічного ряду є метан СН₄.

Алкени (олефіни) відносяться до ненасичених вуглеводнів загальної формули C_nH_2n.
У молекулі алкену крім σ-зв'язків міститься один π-зв'язок.
Перший представник гомологічного ряду – етилен С₂Н₄тому алкени називають також «етиленовими вуглеводнями».

Дієнові вуглеводні містять у молекулі 2 подвійні зв'язки.
Загальна формула С_nН_2n-2.
Першим представником ряду є бутадієн СН₂=СН-СН=СН₂.

Алкінамі називаються вуглеводні загальної формули C_nH_2n-2молекули яких містять потрійний зв'язок
Перший представник гомологічного ряду – ацетилен С₂Н₂тому алкіни називають також «ацетиленовими вуглеводнями».

Молекули циклоалканів містять цикли різної величини, атоми вуглецю у яких пов'язані між собою лише σ-зв'язком.
Загальна формула С_nH_2n.

Циклоалкени містять один подвійний зв'язок і мають загальну формулу_nН_2n-2.
Вуглеводні, що мають кратні зв'язки, легко вступають у реакції приєднання за місцем розриву π-зв'язків.

Ароматичні вуглеводні (арени) – вуглеводні загальної формули C_nH_2n-6.
Перші представники ароматичних вуглеводнів були виділені з природних джерел і мали своєрідний запах, тому й отримали назву «ароматичні».
Найважливішим представником ароматичних вуглеводнів є бензол С₆Н₆.
У молекулі бензолу 6 атомів вуглецю, з'єднуючись σ-зв'язками, утворюють правильний шестикутник.
В результаті сполучення 6 вільних р-електронів утворюється єдина π-електронна хмара над і під площиною кільця.

Природні джерела вуглеводнів

Кам'яне вугілля - щільна осадова порода чорного, іноді серо-чорного кольору, що дає на фарфоровій платівці чорну межу.
Кам'яне вугілля є продуктом глибокого розкладання залишків рослин, що загинули мільйони років тому (деревоподібних папоротей, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин).
В органічній речовині вугілля міститься 75-92% вуглецю, 2,5-5,7% водню, 1,5-15% кисню.
Міжнародна назва елемента вуглецю походить від латів. carbō («вугілля»).

Природний газ - Корисна копалина, основним компонентом якого є метан СН₄ (75-98 %).
У природному газі містяться також його найближчі гомологи: етан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀ і слідові кількості важчих легкокиплячих вуглеводнів.
Існує наступна закономірність: що вище відносна молекулярна маса вуглеводню, то менше його кількість у природному газі.
Вміст сірководню та його органічних похідних (тіолів) у природному газі у сумі може досягати 5-25 %.

Попутні нафтові гази (ПНГ) - гази, що знаходяться у природі над нафтою або розчинені у ній під тиском.
Їх склад може бути виражений зразковим співвідношенням компонентів: метан – 31 %, етан – 7,5 %, пропан – 21,5 %,
бутан – 20 %, пентан та гексан (легкокиплячі рідини) – 20 %.
З кожної тонної видобутої нафти виділяється близько 50 м 3 газів, які аж до середини 20 століття спалювали у смолоскипах, завдаючи подвійної шкоди – втрачали цінну сировину та забруднювали атмосферу.
Першим підприємством у Росії, на якому почали використовувати ПНГ, стала Сургутська ДРЕС.
6 основних енергоблоків, що працюють на ПНГ, були введені в дію у 1985-1988 роках.
В даний час ПНГ уловлюють і використовують як паливо (у тому числі автомобільне) і цінну хімічну сировину.

Нафта - Суміш вуглеводнів від світло-бурого до чорного кольору з характерним запахом.
Нафта набагато легша за воду і в ній не розчиняється.
Залежно від походження, нафта може містити велику кількість аліфатичних, циклічних або ароматичних вуглеводнів.
Так, наприклад, бакинська нафта багата циклоалканами і містить порівняно невелику кількість граничних аліфатичних вуглеводнів.
Значно більше алканів у грозненській, ферганській, а також нафті штату Пенсільванія (США).
Пермська нафта містить ароматичні вуглеводні.
У невеликих кількостях до складу нафти можуть входити також кисневмісні сполуки, як, наприклад, альдегіди, кетони, ефіри та карбонові кислоти.

Теорія неорганічного походження нафти

• відкриті родовища нафти:
  • сконцентровані на околицях гірничо-складчастих споруд,
  • лінійно витягнуті,
  • тяжіють до зон великих розломів;
  • існування провідних шляхів води до рідких карбідів і назад, з вогнищ генерації до місць скупчення нафти і газу - неможливо, оскільки є перешкода - пластичний базальтовий пояс, що перекриває проникнення води вниз і зворотний висхідний потік нафти і газу;
  • різна оптична активність:
    • утворена неорганічним шляхом нафта оптично неактивна,
    • природна нафта здатна викликати обертання площини поляризації оптичного випромінювання, що проходить через неї;
    • з вуглецю та водню, що є в магмі - розплавленій масі під твердою земною корою, утворюються радикали СН, СН₂, СН₃;
    • ці вуглеводневі радикали виділяються з магми, як і кисень, і є вихідним матеріалом для утворення нафти більш холодних геосфер Землі;
    • Нафта і гази з мантії Землі - розташована безпосередньо під земною корою, по глибинних розломах піднімаються вгору в осадову оболонку планети.