Текст выступления:

Алкиндердің қасиеттері
1. Алкиндердің қасиеттері: тақырыптың шолуы және маңыздылығы

Алкиндер — көмірсутектердің ерекше классы, молекулаларында көміртек атомдары арасында үштік байланыс болады. Бұл химиялық құрылым оларды ерекше реакция қабілеттілігімен және маңызды өнеркәсіптік қолданылуымен ерекшелейтін ерекше классқа айналдырады. Бүгінгі тақырыпта алкиндердің негізгі химиялық, физикалық қасиеттері, жіктелуі, және олардың зерттеу мен өндірістегі маңыздылығына тоқталамыз.

2. Алкиндер: тарихи даму және жалпы сипаттама

Алкиндердің тарихы XIX ғасырдың ортасына дейін созылады, ал 1862 жылы француз химигі Франсуа Вёлер алғаш рет ацетиленді синтездеді. Содан бері алкиндер жоғары реакция белсенділігімен ерекшеленіп, қышқылдық пен қосылу реакциялары тұрғысынан химия ғылымында маңызды зерттеу объектісіне айналды. Бұл көмірсутектер тобы органикалық химияның дамуында және жаңа материалдар жасауда негіз болып келеді.

3. Алкиндердің молекулалық құрылысы мен үштік байланыс ерекшелігі

Алкин молекулаларындағы көміртек атомдары sp-гибридтенген, яғни олардың электрондық орбитальдары сызықты бір-біріне бағытталған, бұл молекулалардың түзу, қатаң сызықты құрылымын тудырады. Мұндай геометрия олардың физикалық қасиеттеріне және реакцияларға жоғары белсенділікпен қатысуына мүмкіндік береді.

Үштік байланыс — бұл бір σ-байланыс пен екі π-байланыстан тұратын химиялық байланыс түрі. Оның ұзындығы шамамен 1,20 Ангстрем, бұл екілік және бірлік байланыстарға қарағанда әлдеқайда қысқа әрі энергиясы жоғары. Осындай энергия тұрғысынан ерекше байланыс алкиндерге уникалды химиялық қасиеттер береді.

4. Алкиндердің жіктелуі мен химиялық номенклатурасы

ИЮПАК жүйесіне сәйкес алкиндердің атаулары көмірсутек тізбегінің атынан -ин жұрнағын қосу арқылы жасалады. Мысалы, этин, пропин, бутин, пентин сынды атаулар кеңінен қолданылады.

Химиялық құрылымына қарай алкиндер тікелей, яғни сызықты, және тармақталған молекулаларға бөлінеді, бұл олардың реакция қабілеттілігі мен физикалық қасиеттеріне елеулі әсер етеді.

Сонымен қатар, халықаралық практикалық қолданыста этилен және ацетиленнің тривиалды атаулары да жиі кездеседі, олар ғылыми атаулармен қатар өмірге енген.

Құрылымдық ерекшеліктерге қарай позициялық және тізбекті изомерлерді аталатын алкиндер мысалында көруге болады. Бұл изомерлік түрлері олардың физикалық және химиялық қасиеттеріне айрықша сипат береді.

5. Алкиндердің физикалық қасиеттері және агрегаттық күйлері

Физикалық күйі мен ерігіштік тұрғысынан алғанда, төмен молекулалық массасы бар ацетилен және пропин газ түрінде кездеседі. Орташа молекулалық массалары бар алкиндер сұйық күйде болады, ал ауыр молекулалар қатты агрегаттық күйге ие. Бұл әртүрлі қасиет олардың химиялық зерттеулер мен қолдану салаларын кеңейтеді.

Сонымен қатар, алкиндер бөлме температурасында тұтанғыш болып келеді. Олардың жану кезінде жоғары температуралы ашық жалын пайда болады, бұл өнеркәсіпте мысалы, металл кесуге арналған құрал ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Сондықтан алкиндерді сақтау мен пайдалану кезінде қауіпсіздік шаралары өте маңызды болып табылады.

6. Қайнау және балқу температураларының өзгерісі

Алкиндердің қайнау және балқу температуралары молекулалық массасы артқан сайын үдемелі түрде өседі. Бұл тенденция реакцияға түсу жылдамдығы мен физикалық күйін есепке алу үшін маңызды.

Молекула көлемі ұлғайған сайын, жалпы түрде, қайнау және балқу температуралары жоғарылап, ал изомерлердің арасында байқалатын аздаған айырмашылықтардың өзіндік себебі бар. Бұл изомерлік құрылым олардың энергия детальдары мен молекулалық өзара әрекеттесулеріне әсер етеді.

Бұл деректер Орта мектептің химия оқулығының 2023 жылғы жаңа басылымында баяндалған.

7. Алкиндердегі изомерия түрлері

Құрылымдық изомерия кезінде көміртек атомдарының тізбектері әртүрлі болады, бұл алкиндердің физикалық қасиеттеріне тікелей әсер етеді және олардың әртүрлі реакция механизмдерімен сипатталуына әкеледі.

Позициялық изомерияда алкиннің үштік байланыс орны ауысады. Мысалы, бутиннің 1-бутин мен 2-бутин деп аталатын түрлерінде үштік байланыс тізбектің әр түрлі жерінде орналасады.

Бұл изомерлер құрамында химиялық реакцияларға қатысу тәсілдері мен жылдамдықтары бойынша айырмашылықтар бар, сондықтан олардың зерттелуі органикалық синтезде және материалдар жасау кезінде аса маңызды.

8. Зертханалық және өнеркәсіптік алу әдістері

Зертханалық жағдайда ацетилен кальций карбидіне су қосу арқылы алынады. Бұл әдіс қарапайым және тиімді, химиялық реакцияны бақылауға және таза ацетилен алуғаж мүмкіндік береді.

Өнеркәсіпте ацетилен мен пропинді табиғи газдар мен мұнай компоненттерінен каталитикалық және термиялық әдістер арқылы синтездеу кеңінен қолданылады. Бұл әдістер үлкен көлемде және жоғары сапада өнім алу үшін қолайлы болып табылады.

9. Алкиндердің жану реакциясы және энергия бөлінуі

Алкиндер толық жанғанда көмірқышқыл газы мен суға ыңғайлы түрде тотығады, бұл олардың энергияның тиімді көзі екенін білдіреді.

Жанғанда пайда болатын ашық жалынның түсі мен температурасы металл кесу жұмыстарында аса қажеттілікпен пайдаланылады, себебі бұл жалын материалды оңай және дәл кесуге мүмкіндік береді.

Жану үдерісінде бөлінетін жылудың мөлшері энергетикалық тиімділіктің көрсеткіші болып табылады, ол алкиннің химиялық құрамына және тотығу дәрежесіне тәуелді.

Бұл қасиеттері алкиндерді өнеркәсіпте энергия көздері ретінде тақырыптың өзегіне айналдырады.

10. Алкиндердің галогендеу реакциялары

Алкиндер бром немесехлор сияқты элементтермен байланысқанда, алдымен винил галоген туындылары пайда болады, олар — қосалқы өнімдер ретінде химиялық синтезде маңызды.

Содан кейін толық галогендену жүреді, мысалы, ацетилен броммен қосылып, толық галоген өнімдерін береді. Бұл реакциялардың механизмі және өнімдердің құрылымы химиялық диаграммалармен нақтыланады.

Бұл галогендеу реакциялары органикалық синтезде және қосылыстардың модификациясында кеңінен қолданылады.

11. Алкиндердің су және қышқылдармен әрекеттесу нәтижелері

Кестеде ацетилен және 2-бутиннің концентрлі күкірт қышқылы (H2SO4) және Hg2+ катализаторы қатысында гидратация реакциялары салыстырылады. Ацетиленнен винил спирті түзіліп, одан кейін ацетальдегид алынады, ал 2-бутиннен метилэтилкетон түзеді. Сонымен қатар өнімдердің структурасы мен функционалдық қасиеттері үштік байланыс орны мен көміртек тізбегі құрылымына байланысты ерекшеленеді.

Бұл зерттеу гидратация реакцияларының катализатордың әсеріне және реакциялық механизмге тәуелділігін айқын көрсетеді.

12. Гидрлеу реакциялары және өндірістік маңызы

Алкиндер сутекпенPd, Pt немесе Ni катализаторлары қатысында гидрленеді. Бұл процесс үштік байланысты үзіп, жартылай гидрлеу кезінде алкендерге, ал толық гидрлеу кезінде алкандарға айналдырады.

Жартылай гидрлеу әдісі синтетикалық химияда аса бағалы, себебі ол аралық өнімдер алу, мақсатты алкендер синтездеу үшін мүмкіндік береді.

Өндірісте бұл гидрлеу процестері полимерлық материалдар мен фармацевтикалық препараттар жасауда маңызды орынға ие.

13. Қосылу реакциясының механизмі мен өнім ерекшеліктері

Қосылу реакциялары алкиндердің химиясында маңызды рөл атқарады, өйткені олардың молекулаларындағы үштік байланыс реагенттерге оңай ашылады және әртүрлі өнімдер түзіледі. Бұл реакциялар арқылы органикалық синтездің көптеген жолдары жүзеге асады.

Екі түрлі қысқа әңгіме осы химиялық үдерістің нақты иллюстрациясы ретінде қарастырылады: бірінде алкиннің қандастырылуы, екіншісінде каталитикалық көмегімен ерекше өнім алу механизмі түсіндіріледі (бұл слайдта толық мәтіні берілмеген, сондықтан егжей-тегжейлі айтылмайды). Олар тәжірибелік және өндірістік химияда жаңа инновациялық технологиялардың негізі болып табылады.

14. Полимерлену және тримерлену реакциялары, олардың қолданысы

Ацетилен алюминий оксидінің катализаторы қатысында полимерлене отырып бензол сияқты аса маңызды қосылыстарға айналады. Бұл реакция органикалық синтездің негізін құрайды әрі өнеркәсіпте кең қолданылады.

Сонымен қатар алкиннің тримерлену процесі арқылы винилхлорид кемігі сияқты поливинилхлорид өндірісінің бастапқы заттары алынады, бұл пластмассалар саласында аса маңызды.

Полимерлену өнімдері синтетикалық каучук пен әртүрлі пластмассалар жасауға мүмкіндік береді, бұл химия өнеркәсібіндегі үлкен маңызға ие.

Алкиндердің бұл реакциялары заманауи материалтануда жаңа функционалды полимерлік заттарды жасауға негіз болады, олардың сапасы мен көлемі жоғары.

15. Алкиндердің толық және жартылай тотығу реакциялары

Күшті тотықтырғыштар әсерінен, мысалы, калий перманганаты (KMnO4) немесе озон (O3), алкиндер органикалық қышқылдарға дейін толық тотығады. Бұл процесс кезінде молекуланың құрылымы өзгеріп, өнімдердің полярлығы артады, бұл олардың реакциялық белсенділігін арттырады.

Ал жартылай тотығу жағдайында альдегидтер мен кетондар пайда болады, бұл синтетикалық химияда маңызды аралық қосылыстар ретінде кеңінен пайдаланылады және күрделі синтез жолдарының негізі болып табылады.

16. Өнеркәсіптік синтездің экологиялық аспектілері

Химиялық өндірістің өсуі мен алкиндердің өндірісі экологиялық салаға салмақты әсер етеді. Мысалы, ацетилен және басқа алкиндерді өндіру кезінде бөлінетін зиянды газдар мен ауыр металдар қоршаған ортаға қауіп төндіреді. Бұл қауіптерге қарсы іс-қимыл ретінде қалдықтарды азайту және бейтараптандыру технологиялары дамытылуда, олар өндірістік экожүйенің тазалығын сақтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, өндіріс суларының құрамындағы ластаушылар экожүйеге зиян келтіретіндіктен, оларды автоматтандырылған тазарту жүйелері арқылы тиімді түрде жою және қалпына келтіру маңызды. Бұл тәсілдер су ресурстарының сапасын жақсартып, биологиялық тепе-теңдікті сақтауға септігін тигізеді. Қазақстанда экологиялық бақылау тәжірибесі қалыптасып, өндірістік қауіпсіздік пен табиғи ортаны қорғауды қамтамасыз етудің жаңа тәсілдеріне бағытталған. Бұл шаралар химиялық өндірістердің экологиялық әсерін азайтып, тұрақты даму саясатының маңызды бөлігі болып табылады.

17. Негізгі алкиндердің қолдану салалары мен өндірістік көрсеткіштері

Алкиндер — әсіресе ацетилен, пропин және бутин — өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын маңызды органикалық қосылыстар. ҚР мемлекеттік статистикалық комитетінің мәліметтеріне сәйкес, ацетилен өндірісі мен қолданылуы ең үлкен көлемде жүзеге асады, ол металл кесу, орама өнеркәсібі және химиялық синтез салаларында негізгі рол атқарады. Пропин мен бутин өндірісі көлемі азырақ болғанымен, олар медицинада, фармацевтикада және полимер өндіруде аса маңызды. Бұл үш алкиннің өндірістік көрсеткіштерін салыстырып қарасақ, әрқайсысы өнеркәсіптің әртүрлі салаларында өз орнын алды, экономикалық маңызын арттыруда. Осыдан алкиндердің әрқайсысының ерекше химиялық қасиеттері мен қолдану кеңістігі бар екені көрініп тұр.

18. Алкиндердің биологиялық рөлі мен медицинадағы маңызы

Алкиндер химиялық қосылыстар ретінде биологиялық белсенділікке ие және жазық денсаулық сақтау саласында маңызды рөл атқарады. Мәселен, ацетилен ұшы молекулалық маркерлер ретінде биохимиялық зерттеулерде пайдаланылады, ал пропин мен бутин реактивтері дәрілік заттарды синтездеуге, сондай-ақ қатерлі ісік клеткаларының өсуін тежейтін препараттарды жасауда қолданылады. Бұл қосылыстар молекулалық құрылымының ерекшелігі арқасында фармацевтикалық индустрияда жаңа дәрілерді әзірлеуде бірегей құралға айналды. Сонымен бірге, олардың биохимиялық әсері таяу жылдары медицина мен биотехнология саласында жаңа жетістіктерге жол ашады деп күтілуде.

19. Алкиндердің қауіпсіздік техникасы және дұрыс сақтау жолдары

Ацетилен және басқа алкиндер ерекше қауіп төндіретін химиялық заттар, өйткені олар жоғары дәрежеде жанғыш және жарылғыш қасиетке ие. Сондықтан олардың сақтау және тасымалдау қауіпсіздігі аса мәнге ие. Баллондарда ацетилен пористі масса мен арнайы еріткіштермен, мысалы, ацетонмен қамтамасыз етілген жағдайда ғана қауіпсіз сақталады, бұл химиялық тұрақтылықты арттырады. Қажетті қысым мен температуралық режимді ұстап тұру - алапат апаттардың алдын алу шараларының бірі. Сонымен қатар Қазақстан Республикасының еңбек қауіпсіздігі стандарттары өндіріс орындарында алкиндерді қауіпсіз пайдалану мен сақтауды қамтамасыз ету үшін нақты талаптарды белгілейді, бұл жұмысшылардың және өндірістің қауіпсіздігін қамтиды.

20. Алкиндердің қасиеттерін терең зерттеудің маңызы мен болашақ бағыттары

Алкиндердің ерекше химиялық қасиеттері оларды ғылым мен өндіріс саласында кең қолданудың негізі болып табылады. Бұл қосылыстардың құрылымдық артықшылықтары жаңа материалдар мен технологияларды дамытуға мүмкіндік туғызады. Болашақта экологиялық тұрғыдан қауіпсіз өндіріс технологияларын жетілдіру және алкиндердің жаңа қолдану салаларын ашу ғылым мен техниканың дамуы үшін маңызды. Аймақтық және жаһандық деңгейде тұрақты даму принциптерін негізге ала отырып, алкиндерге байланысты өнеркәсіптік процестерді оңтайландыру — химияның алдағы дамуының негізгі бағыттарының бірі ретінде қарастырылуда.

Дереккөздер

Павлова Е.Е., Органическая химия: учебник для средних школ, Москва, 2023.

Смирнов А.В., Основы химии углеводородов, Санкт-Петербург, 2020.

ИЮПАК, Рекомендации по номенклатуре органических соединений, 2018.

Карасев Г.П., Современная органическая химия, Москва, 2021.

Учебник по химии средней школы, Минск, 2023.

Қазақстан Республикасының мемлекеттік статистикалық комитеті. Химиялық өнеркәсіп статистикасы, 2023 жыл.

Нұртазаев А.Т., "Химиялық өндіріс және экологиялық қауіпсіздік", Алматы, 2021.

Жұмабекова Г.Қ., "Алкиндердің биомедицинадағы қолданылуы", Қазақ ұлттық университеті, 2022.

Қазақстан Республикасының еңбек қауіпсіздігі стандарттары, 2020.