Alkanlarning fizikaviy xossalari
Alkanlarning fizikaviy xossalari
Moddalarning fizik xossalari ham ularning tarkibi va tuzilishiga bogʻliq. Alkanlarning dastlabki 4 vakili gazlar. Pentandan boshlab normal tuzilishdagi uglevodorodlar suyuqliklardir (p < 1g/ml). C16H34 dan keyingi alkan vakillari odatdagi sharoitda qattiq moddalar hisoblanadi. Tarmoqlangan zanjirli alkanlarning qaynash haroratlari normal tuzilishdagi alkanlarga nisbatan past bo'ladi. Tarmoqlanmagan uglerod zanjirli uglevodorodlar tarkibidagi uglerod atomlarining soni oshib borishi bilan ularning qaynash temperaturalari ortadi.
Tarmoqlangan tuzilishdagi uglevodorodlar ularning tarmoqlanmagan zanjirli izomerlariga nisbatan barqaror boʻladi. Masalan, butan va pentan izomerlarining standart hosil boʻlish entalpiyalari (kJ/mol) quyidagicha:
-126 n-C4H10, -135 izo-C4H10, -146 n-C5H12, -154 izo-C5H12, -166 neo-C5H12
Tarmoqlangan zanjirlaming to'g'ri zanjirlarga nisbatan barqarorligi to'g'ri zanjirlarning zich (kompakt) tuzilishi bilan tushuntiriladi, bunday tuzilish Van-der- vaals (oʻzaro bog'lanmagan atomlarning tortishishi) barqarorlashishiga olib keladi. Gaz holdagi alkanlar suv bilan qattiq komplekslar - klatratlar (~0°C atrofida) hosil qiladi. Gaz molekulasi ishtirokida suv (mezbon) qafas hosil qilib kristallanadi. Bu qafaslarda gaz molekulalari (mehmon) joylashadi. Masalan, propan 0.4 MPa bosim va 2°C temperaturada dengiz suvi bilan C3H8 17H₂O kristalini hosil qiladi.
Dastlabki suvli klatrat (yoki gaz gidrati) - xlorning gaz gidrati (Cl₂-10H2O) misolida kashf etilgan (Devi). Gaz gidratlari nostexiometrik kirishish birikmalari (соединения вклочения) boʻlib, M-nH₂O umumiy formulaga ega. Bunda M - gidrat hosil qiluvchi molekula, n > 5.67. Bu qattiq kristallarning tashqi koʻrinishi qor yoki moʻrt muzni eslatadi. Ularning kristall panjarasi 0°C dan yuqori haroratda ham barqaror boʻladi. Gaz klatratlardagi ichki boʻshliqlarga metan, etan, propan, izobutan, etilen, propilen, atsetilen kabi molekulalar joylashishi mumkin. Neft va gaz quvurlarida gaz klatratlari hosil boʻlishi hisobiga tiqilishlar paydo boʻladi. Ular haroratni oshirish (gazni issiq suv yoki bug' bilan qizdirish), bosimni kamaytirish, gazni quritish, muzlatish yoki maxsus qoʻshimchalar (spirtlar, glikollar) qo'shish kabi usullar bilan bartaraf etiladi.
Tarmoqlanmagan tuzilishdagi alkanlar geptandan boshlab xona haroratida mochevina bilan klatratlar hosil qiladi. Bu birikmalarda mochevina molekulalari (mezbon) oʻzaro vodorod bogʻlari orqali bogʻlanib spiralsimon geksagonal kanallar hosil qiladi. Geksagonal tuzilishli spiraldagi 6 tomonli toʻgʻri prizmalarning tugunlarida mochevina molekulalari joylashadi. Spiralning kichik birligida 6ta mochevina molekulasi bir-biridan 0.37 nm uzoqlikda parallel joylashib, katakcha (qafas) hosil qiladi. Spiral ichidagi geksagonal kanal diametri 0.49nm. Tarmoqlanmagan alkanlarning ko'ndalang kesimi 0.38-0.42 nm oralig'ida boʻlib, ular kanallarga joylasha oladi. Alkanning C zanjiri uzunligi ortishi bilan komplekslarning barqarorligi ortadi.
Chunki kanalda joylashgan alkan molekulalari orasida ~0.24 nm masofa saqlanadi (boʻsh qism). Alkanning uglerod zanjiri qanchaliq qisqa boʻlsa kanaldagi boʻsh qismlarning ulushi shunchalik koʻp boʻladi, bu esa issiqlik ajralishi bilan boradigan mochevina komplekslarining energetik jihatdan noqulay boʻlishiga olib keladi. Masalan, kompleks hosil boʻlish issiqligi geksadekandan oktanga o'tishda 88 dan 33.1 kJ/mol gacha kamayadi. Geksan va nisbatan past haroratda qaynaydigan boshqa chiziqli alkanlar bilan adduktlar hosil boʻlishi energetik jihatdan noqulay. Ularni xona harorati va atmosfera bosimida ajratib olishning imkoni yo'q.
Tarmoqlangan alkanlar molekulasining oʻlchamlari kattaligi sababli ular mochevina bilan klatratlar hosil qilmaydi. Klatratlar hosil qilish xossalaridan foydalanib tarmoqlanmagan alkanlarni tarmoqlanganlaridan ajratish mumkin. Tarmoqlangan alkanlarning (tarmoqlanmagan qismida 10tadan ortiq C atomi boʻlganida) ham mochevina bilan barqaror komplekslar hosil qilishi aniqlangan.
Neftning faqat oʻrta fraksiyalarini (qayn.T. 350°C gacha) karbamidli deparafinlash samarali boʻladi. Shundan yuqori haroratda qaynaydigan fraksiyalarda tarmoqlangan alkanlar ulushi ortadi va ajratish samaradorligi kamayadi.
Tarmoqlangan parafinlar esa tiomochevina H₂N-C(S)-NH₂ bilan klatratlar hosil qiladi. Ulardagi geksagonal kanallar diametri 0.60-0.70 nm boʻlib, kuchli tarmoqlangan alkanlar ham joylashishi mumkin. Mochevina va tiomochevina bilan uglevodorodlarning hosil qilgan komplekslari Van-der-vals kuchlari va kuchsiz vodorod bogʻlar hisobiga barqaror boʻladi.
Tiomochevina komplekslarida siklik va tarmoqlangan uglevodorodlar (izooktan, izoprenoidlar, siklogeksan, tarmoqlangan radikalli alkilbenzollar, ayrim alkil oʻrinbosarli kondensirlangan arenlar) qafasda joylashishi mumkin. Tarmoqlanmagan 16tadan kam C zanjiriga ega boʻlgan alkanlar tiomochevina bilan komplekslar hosil qilmaydi. Chunki bu molekulalar oʻlchami katta kanallarda kuchsiz Van-der-vals taʼsirlari sababli ushlab turilmaydi. Uglerod zanjiri katta boʻlgan uglevodorodlar spiral holda oʻralganida tiomochevina bilan komplekslar hosil qilishi mumkin.
Klatratlar
Klatratlar (qafasga olingan) - kirishish birikmalari boʻlib, "mezbon" molekulalari hosil qilgan kristall panjara boʻshligʻiga "mehmon” molekulalarning joylashishidan hosil boʻladi. Ularning qafassimon va molekulyar guruhlari boʻladi. Qafassimon klatratlarda boʻshliqning shakliga koʻra: toʻrsimon (kriptatoklatratlar, masalan, gidroxinon klatratlari), gaz gidratlari, kanalsimon (tunnel, gidroxinon klatratlari), tubulatoklatratlar, masalan, mochevina va tiomochevina klatratlari), qavatli (interkalatlar, masalan, grafit birikmalari) turlari boʻladi. Molekulyar klatratlar: kavitatlar (kanal yoki qafas tipidagi boʻshliq, masalan, siklodekstrin yoki amilozaning I bilan birikmasi), adikulatlar – savatsimon boʻshliqli turlarga bo'linadi.
Alkanlar qutbsiz va qiyin qutblanuvchan moddalar boʻlib, suvdan yengil va unda amalda erimaydi. Shuningdek, qutbliligi yuqori boʻlgan boshqa erituvchilarda ham erimaydi. Suyuq alkanlar koʻpgina organik moddalar uchun yaxshi erituvchilar hisoblanadi. Ular suv, spirt, efir va boshqa moddalar bilan azeotrop aralashmalar hosil qiladi. Metan, etan va boshqa yuqori alkanlarning hidi yoʻq, lekin oson uchuvchan, boshqa alkanlar kuchsiz hidga ega boʻladi.