Ненасичені вуглеводні. Неграничними називаються вуглеводні, в молекулах яких є подвійні або потрійні зв'язки між атомами вуглецю. Найпростішими представниками їх є етилен і ацетилен:
Етилен С2 Н4 є безбарвний газ із слабким приємним запахом, досить добре розчинний у воді. На повітрі він горить злегка світив полум'ям. Спалюється в спеціальних пальниках, він служить для отримання високих температур.
Етилен є вельми важливою сировиною для отримання ряду синтетичних продуктів. Застосування етилену засноване на його високу хімічну активність, що виражається в здатності до реакцій приєднання. Подвійний зв'язок в молекулах етилену при дії різних речовин досить легко розривається, залишається простий зв'язок, а за рахунок валентностей відбувається приєднання нових атомів або атомних груп. Так, наприклад, етилен легко приєднує бром за місцем подвійного зв'язку, переходячи в насичене з'єднання диброметан С2 Н4 Вr:
Реакції приєднання характерні для всіх вуглеводнів, що мають подвійні і потрійні зв'язки в молекулах.
Молекули етилену мають властивість не тільки приєднувати до себе інші атоми або групи атомів, а й з'єднуватися з собі подібними. Такий процес відбувається, наприклад, якщо сильно стиснути етилен (понад 1000 ат) і нагріти до 200 °. У цих умовах молекули етилену з'єднуються один з одним, як це показано на наступній схемі:
Реакцію можна уявити як результат розкриття подвійних зв'язків у великій кількості молекул етилену і подальшого з'єднання утворилися частинок з вільними валентності (двовалентних радикалів) в одну гігантську молекулу.
Реакція сполуки кількох молекул в одну велику, яка відбувається тільки за рахунок з'єднання за місцем подвійних або потрійних зв'язків, називається полімеризацією, а продукт цієї реакції - полімером.
Полімер етилену називається поліетиленом. Це біла тверда речовина, стійке до дії концентрованих кислот і лугів. Поліетилен має високі механічні і електроізоляційні властивості, що дозволяє широко використовувати його в електро- і радіопромисловості, а також для виготовлення труб, листових матеріалів, різних виробів технічного і побутового призначення. Плівки з поліетилену відрізняються винятковою газо- і вологонепроникністю.
Реакції полімеризації різних з'єднань, що містять кратні зв'язки, широко застосовуються в хімічній промисловості для отримання різноманітних синтетичних продуктів - пластичних мас, хімічних волокон, синтетичних каучуків і т. Д.
Етилен є першим членом ряду етиленових вуглеводнів, або олефінів. Наступні члени цього ряду - пропилен С3 Н6. бутилен С4 Н8 і т. д.
Головним джерелом отримання етилену і його гомологів слу-жать гази крекінгу нафтових продуктів. Крекингом називають процес розщеплення великих молекул вуглеводнів на дрібні молекули, що проходить при нагріванні граничних вуглеводнів до 400-500 ° при підвищеному тиску. наприклад:
Крекінг нафтових продуктів дозволяє отримувати низько-киплячі вуглеводні (наприклад, бензин) з вуглеводнів з високою температурою кипіння. При крекінгу разом з граничними вуглеводнями завжди виходять і ненасичені.
Ненасичені вуглеводні, які утворюються при крекінгу, а також в значних кількостях містяться в попутних газах нафтовидобутку, знаходять все більш широке використання в промисловості органічного синтезу в якості сировини для виробництва пластичних мас, хімічних волокон, синтетичних спиртів, різних каучукоподобное матеріалів, миючих засобів, розчинників і інших цінних продуктів.
Дуже важливим ненасичених вуглеводнем, молекули якого містять велику кількість подвійних зв'язків, є каучук. Склад молекули каучуку може бути виражений формулою (C5 H8) х. де величина х становить від 1000 до 3000.
Каучук є полімером вуглеводню ізопрену:
Як видно з цієї схеми, при полімеризації ізопрену відбувається переміщення подвійного зв'язку.
Каучук міститься в молочному соку деяких рослин.
Інший природний продукт - гутаперча також є полімером ізопрену, але з іншої конфігурацією молекул.
Сирий каучук липкий, недостатньо міцний, а при невеликому зниженні температури стає крихким. Щоб надати виготовленим з каучуку виробам необхідну міцність і еластичність, проводять вулканізацію (нагрівання з сіркою). Вулканізований каучук називається гумою.
Відсутність в нашій країні природного каучуку викликало необхідність в розробці методу штучного отримання цього найважливішого для народного господарства матеріалу. Радянськими хіміками був знайдений і вперше в світі здійснено в промисловому масштабі спосіб отримання синтетичного каучуку.
За способом, запропонованим Сергієм Васильовичем Лебедєвим (1874-1934), вихідним матеріалом для виробництва синтетичного каучуку служить неграничний вуглеводень бутадієн СН2 = СН-СН = СН2. який виходить зі спирту, а також з нафтового бутану. Полімеризація бутадієну призводить до утворення синтетичного бутадиенового каучуку:
бутадіенсінтетіческій, каучук
В даний час наша промисловість виробляє багато різних видів синтетичних каучуків, що перевершують за деякими властивостями природний каучук.
Ацетилен С2 Н2. Найбільш важливим з вуглеводнів, в молекулах яких є потрійний зв'язок, є ацетилен Н-С ≡ С-Н, який представляє собою безбарвний газ, одержуваний дією води на карбід кальцію:
а також крекингом в певних умовах метану та інших граничних вуглеводнів.
Так як ацетилен належить до числа ендотермічних з'єднань, при його горінні виділяється велика кількість тепла. Це дозволяє використовувати ацетилен для автогенного зварювання металів.
Ацетилен вступає в різноманітні реакції - приєднання, полімеризації та інші. На основі використання ацетилену в якості вихідної сировини в даний час широко розгорнуті промислові синтези таких найважливіших продуктів, як оцтова кислота, синтетичний каучук, пластмаси, різні розчинники і ін.
В області ненасичених, а особливо ацетиленових вуглеводнів, велике теоретичне і практичне значення мають дослідження, проведені Олексієм Євграфовичем Фаворским (1860-1945) і його учнями. Фаворський відкрив велике число різних угруповань молекул при хімічних реакціях і показав, як можна управляти цими процесами.