קבוצת חומרים זו כוללת נפט ומתאן, גז טבעי. הגיוון שלהם גדול. אני מדבר, כמובן, על פחמימנים. זה בו בזמן אחד החומרים הנפוצים והמבוקשים ביותר על ידי האנושות. מה הם? כדאי לזכור על מה הייתה כימיה בכיתה ט'.
פחמימנים
מחלקה זו של חומרים משלבת מגוון תרכובות, שרובן שימשו בהצלחה את בני האדם למטרותיהם במשך זמן רב. זה נובע מהעובדה שפחמן יוצר קשרים כימיים בקלות רבה, במיוחד עם מימן, וזו הסיבה שיש מגוון כזה. בלי זה, החיים כפי שאנו מכירים אותם יהיו בלתי אפשריים.
פחמימנים הם חומרים המורכבים משני יסודות: פחמן ומימן. המולקולות שלהם יכולות להיות לא רק ליניאריות, אלא גם מסועפות, וגם ליצור מחזורים סגורים.
Classification
פחמן יוצר ארבעה קשרים, ומימן יוצר אחד. אבל זה לא אומר שהיחס שלהם הוא תמיד 1 עד 4. העובדה היא שבין אטומי פחמן יכולים להיות לא רק קשרים בודדים, אלא גם כפולים, כמו גם קשרים משולשים. על פי קריטריון זה, מבדילים בין מעמדותפחמימנים. במקרה הראשון, חומרים אלו נקראים רוויים (או אלקנים), ובשני - בלתי רוויים או בלתי רוויים (אלקנים ואלקנים עבור שניים ושלושה קשרים, בהתאמה).
סיווג נוסף כרוך בשיקול של המולקולה. במקרה זה, נבדלים פחמימנים אליפטיים, שמבנהם ליניארי וקרבוציקלי, בצורה של שרשרת סגורה. האחרונים, בתורם, מחולקים לאליציקליים ולארומטיים.
מלבד זה, פחמימנים עוברים לעתים קרובות פילמור - תהליך של הצמדת מולקולות זהות זו לזו. התוצאה היא חומר חדש לחלוטין, לא דומה לבסיס. דוגמה לכך היא פוליאתילן, שעשוי מאתילן בלבד. זה אפשרי רק כשמדובר בפחמימנים בלתי רוויים.
מבנים, שגם הם שייכים לקבוצת הבלתי רוויים, יכולים גם להוסיף אטומים חדשים מלבד מימן בעזרת הרדיקלים החופשיים שלהם. במקרה זה מתקבלים חומרים אורגניים נוספים: אלכוהול, אמינים, קטונים, אתרים, חלבונים וכו'. אבל אלו נושאים נפרדים לחלוטין בכימיה.
דוגמאות
פחמימנים הם מגוון עצום של חומרים, גם אם לוקחים בחשבון את הסיווג. אבל עדיין, כדאי לפרט בקצרה את שמות התרכובות הנכללות במעמד הרב הזה.
- הפחמימנים האולטימטיביים הם מתאן, אתאן, פרופאן, בוטאן, פנטן, הקסאן, הפטאן וכו'. השמות הפרטיים והשלישיים כנראה מוכרים אפילו למי שאינם ידידותיים במיוחד לכימיה. כךסוגים נפוצים למדי של גזים נקראים.
- המעמד של אלקנים (אולפינים) כולל אתן (אתילן), פרופן (פרופילן), בוטן, פנטן, הקסן וכו'.
- אלקינים כוללים אתין (אצטילן), פרופן, בוטין, פנטין, הקסין וכו'.
- אגב, קשרים כפולים ומשולשים עשויים שלא להיות בודדים. במקרה זה, מבנים כאלה שייכים לאלקדיינים ואלקדינים. אבל אל תלך עמוק מדי.
- באשר לפחמימנים, שמבנהם סגור, יש להם שמות משלהם: ציקלו-אלקנים, ציקלו-אלקנים וציקלו-אלקנים.
- שמות הראשונים: cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, וכו'.
- המחלקה השנייה כוללת cyclopropene, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene וכו'.
- לבסוף, ציקלואלקינים שאינם מופיעים בטבע. הם ניסו לסנתז אותם במשך זמן רב מאוד ולאורך זמן, וזה היה אפשרי רק בתחילת המאה ה-20. מולקולות ציקלואלקין מורכבות מ-8 אטומי פחמן לפחות. עם פחות, החיבור פשוט לא יציב בגלל מתח רב מדי.
- יש גם ארנים (פחמימנים ארומטיים), שהנציג הפשוט והנפוץ שבהם הוא בנזן. כמו כן בכיתה זו נפתלין, פוראן, תיאופן, אינדול וכו'.
Properties
כפי שהוזכר לעיל, פחמימנים הם כמות עצומה של מגוון רחב של חומרים. לכן, זה קצת מוזר לדבר על המאפיינים המשותפים שלהם, כי פשוט אין כאלה.
הדבר היחיד שיכול להיחשב לאותה תכונה עבור כל הפחמימנים הוא ההרכב. וגם העובדה שבתחילת כל שורה,ככל שמספר אטומי הפחמן גדל, יש מעבר מצורה גזי ונוזל למוצק.
יש דמיון נוסף: לכל הפחמימנים יש דליקות טובה. במקרה זה משתחרר חום רב, נוצר פחמן דו חמצני ומים.
מעיינות טבעיים
כמו מינרלים אחרים, חלק מהפחמימנים ממוקמים בצורה של מרבצים ועתודות בקרום כדור הארץ. בפרט, הם מהווים את רוב הגז והנפט. זה נראה בבירור במהלך העיבוד של האחרון: כמות עצומה של חומרים משתחררים בתהליך, רובם מתייחסים ספציפית לפחמימנים. גז ובכלל עבור 80-97% מורכב בדרך כלל מתאן. בנוסף, מתאן מיוצר מפירוק פסולת אורגנית ונשאר, כך שהייצור שלו אינו מהווה בעיה רצינית.
מקורות אחרים של פחמימנים - מעבדות. חומרים אלה שאינם מופיעים בטבע יכולים להיות מסונתזים מתרכובות אחרות באמצעות תגובות כימיות.
השתמש
פחמימנים ממלאים תפקיד עצום בחיים המודרניים של האנושות. נפט וגז הפכו למשאבים בעלי ערך רב מכיוון שהם משמשים כמובילי דלק ואנרגיה. אבל אלה לא הדרכים היחידות להשתמש בתרכובות מהמעמד הזה. פחמימנים הם ממש כל מה שמקיף אנשים בחיי היומיום. בעזרת פילמור ניתן היה להשיג חומרים חדשים מהם עשויים סוגים שונים של פלסטיק, בדים וכדומה, נפט, ממיסים, צבעים ולכות, פרפינים, אספלט, זפת, ביטומן, וזה לא סופר את העיקר. מוצריםזיקוק נפט - בנזין וסולר.
המשמעות של החומרים האלה היא עצומה. גם פחמימנים בלתי רוויים וגם פחמימנים רוויים הם מאות ואלפי דברים שכל אדם רגיל אליהם ואינו יכול בלעדיהם במצבים הפשוטים ביותר. קשה מאוד לסרב לשימוש בהם גם אם לוקחים בחשבון את העובדה שמאגרי הנפט והגז ייגמרו, כפי שצופים אנליסטים. האנושות כבר מחפשת באופן פעיל אחר מקורות אנרגיה חלופיים, אבל אף אחת מהאפשרויות עדיין לא הראתה את אותה יעילות ורב-גוניות כמו פחמימנים.
