Текст выступления:

Алкендерді алу, олардың қасиеттері мен қолданылуы
1. Алкендер: Құрылысы, алу жолдары, қасиеттері және қолданылуы

Қазіргі химия ғылымындағы алкендер – қос байланысы бар қанықпаған көмірсутектер тобының маңызды өкілі. Бұл молекулалардың ерекше қасиеттері мен құрылымы көптеген өндірістік және зертханалық процестердің негізі болып табылады. Алкендер туралы білім адамзаттың инженерлік және фармацевтикалық жетістіктерінде шешуші рөл атқарады.

2. Алкендердің ашылу тарихы мен ғылымдағы рөлі

1795 жылы этилен впервые оқшауланды, бұл қанықпаған көмірсутектердің жаңа класының ашылуына жол ашты. Қос байланыс арқылы алкендер жоғары реактивтілікке ие болып, мұнай-химиядағы және фармацевтикалық өндірістегі қолданылуы ауқымды болды. Ғылымда бұл молекулалар полимерлер мен пластиктер өндірісінде іргелі материал ретінде қабылданады.

3. Алкендердің жалпы формуласы мен молекулалық ерекшелігі

Алкендердің жалпы формуласы CnH2n болып, мұнда көміртек атомдары екілік қос байланыспен байланыста болады. Бұл қос байланыс молекуланың химиялық белсенділігін айтарлықтай арттырады. Бір қос байланыстың σ және π байланыстарынан тұратындығы алкендердің реакцияға қабілеттілігін анықтайды, оларды алкандардан ерекшелендіреді. Сонымен қатар, қос байланыстың нақты орналасуы номенклатурада айқын көрсетіледі.

4. Этиленнің молекулалық құрылымы туралы білім

Қазіргі заманғы зерттеулер бойынша, этилен молекуласы плазмалық құрылымдық модельдер арқылы толықтай сипатталды. Оның геометриясы жазық трапеция тәрізді, көміртек атомдары арасында қуатты π-байланыс бар. Бұл құрылым этиленнің химиялық реакцияларға жоғары икемділік пен жылдамдықпен жауап беруін түсіндіреді. Модельдеу әдістері таяуда химиялық синтездің жаңа бағыттарын ашуда маңызы зор.

5. Номенклатура: Алкендердің атауы мен жүйеленуі

Алкендердің атауы көміртек тізбегінің ұзындығы мен қос байланыстың орнын дәл көрсетуге негізделген. Бұл жүйе реакциялардың прогнозын жасауға мүмкіндік беріп, химиядағы тілдік үйлесімдікті қамтамасыз етеді. Мысалы, 2-бутен қос байланысы екінші көміртек атомында орналасқанын білдіреді. Химиялық әдебиетте этилен және пропилен сияқты кең таралған аттар жиі кездеседі, алайда халықаралық IUPAC стандарттары жүйеленудің негізгі тірегі болып табылады.

6. Алкендердің табиғи және өндірістік алыну көздері

Алкендер табиғи түрде мұнай және көмір қазбаларында кездеседі, сонымен қатар биологиялық процестерде де түзіледі. Өндірісте алкендер қирау және дегидрлеу реакциялары арқылы алынады. Мысалы, мұнай өңдеу зауыттарында этилен мен пропилен алу үшін арнайы катализаторлар пайдаланылады. Бұл көздер алкендерді кең көлемде өндіруге және қолдануға мүмкіндік береді.

7. Алкендерді зертханалық алу тәсілдері

Зертханалық жағдайда алкендерді алу үшін бірнеше әдістер бар. Ең танымалдары – спирттерді сусыздандыру, алкилгалогенидтерді дегалогендеу және алкандарды дегидрлеу реакциялары. Әрбір тәсіл физикалық және химиялық шарттарға сай таңдалып, молекулалардың тазалығы мен өнімнің сапасын арттыруға бағытталған. Бұл әдістердің барлығы химиялық синтезде реакция механизмдерін түсінуге көмектеседі.

8. Алкендерді алу: негізгі әдістердің сызбанұсқасы

Алкендердің алыну жолдары үш негізгі реакция түріне негізделеді: спирттерді сусыздандыру, дегалогендеу және дегидрлеу. Әр реакцияның өзіндік катализаторлары, температуралық режимдері бар. Сызбанұсқалар бұл процестерді кезектік және шарттық байланыстар арқылы сипаттайды, ғылыми зерттеулер мен өндіріс үшін қолданылатын қадамдарды систематизациялайды.

9. Спирттерді сусыздандыру арқылы алкен алу

Алкендерді зертханалық жағдайда алу үшін концентрацияланған күкірт қышқылы катализімен спирттерді 170°C-қа дейін қыздыру әдісі кеңінен қолданылады. Мысалы, этанол қыздырылғанда этилен мен су бөлініп шығады. Бұл процесс C2H5OH → C2H4 + H2O теңдеуімен анықталады және газ фазасының түзілуімен ерекшеленеді, зертханалық талдау мен тәжірибелерде қолайлы.

10. Алкилгалогенидтерден дегалогендеу реакциясы

2-хлорпропан спирттік калий гидроксиді ерітіндісімен реакцияға түсіп, пропен синтезделеді. Бұл реакция галогеннің шығуын қамтамасыз етеді және сұйық немесе газ күйіндегі алкен өнімдерін алу үшін қолданылады. Реакция теңдеуі: СН3-СНCl-СН3 + KOH (спирт) → СН3-С=СН2 + KCl + H2O. Зертханалық синтезде бұл әдіс негізгі әдістердің бірі болып табылады.

11. Алкандарды дегидрлеу арқылы алкен алынуы

Алкендерді алу үшін алкандарды жоғары температурада арнайы катализаторлардың қатысуымен дегидрлеу әдісі кеңінен қолданылады. Бұл процесс суда сутегі молекулалары бөлініп шығуын қамтиды. Хром оксиді немесе алюминий оксиді сияқты катализаторлар реакцияның тиімділігін арттырады. Мысалы, этанның этиленге айналуы индустриалды масштабта өте маңызды және негізгі өндірістік әдіс болып табылады.

12. Алкендердің физикалық қасиеттері

Төмен молекулалық салмақты алкендер газ күйінде болады, ал олардың молекулалық салмағы артқанда сұйық немесе қатты күйге өтеді, бұл көміртек тізбегінің ұзындығы мен құрылымына тәуелді. Тығыздығы суға қарағанда аз, суда нашар ериді, бірақ органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Сондай-ақ, алкендер иіссіз, бұл олардың таза табиғатын білдіреді және өңдеуде маңызды.

13. Алкендердің химиялық қасиеттері: негізгі реакциялар

Алкендердің басты ерекшелігі – қос көміртек байланысының болуы, ол қосылу реакцияларында ерекше белсенділік танытады. Гидрлену реакциясында қос байланыс сутегімен қаныққан алканға айналады. Сонымен қатар, галогендеу кезінде бром немесе хлордың қосылуы жылдам және түссіз реакция арқылы жүзеге асады. Гидратация реакциясы су қосылып, спирттердің түзілуін қамтамасыз етеді, бұл өнеркәсіпте кеңінен қолданылады.

14. Галогендеу реакциясының мысалдары және жылдамдығы

Алкендердің галогендермен реакция жылдамдығы олардың молекулалық құрылымына тәуелді өзгереді. Мысалы, этилен ең жоғары жылдамдықпен және толықтай реакцияланады. Бұл ерекшелік құрылымдық факторларға байланысты және органикалық химияда тәжірибелік зерттеулерде маңызды ретінде қарастырылады. Ғылыми әдебиеттерде бұл реакциялар құрылымдық қасиеттердің реакция механизміне әсерін көрсетеді.

15. Полимеризация реакциясы: Полиэтилен түзілуі

Этилен молекулалары радикалды немесе Зиглер–Натта катализаторларының қатысуымен қосылып, көп молекулалы полиэтиленге айналады. Полиэтилен пластик өндірісінде кеңінен қолданып, икемділігі мен беріктігі арқасында тұрмыстық және өндірістік қолданымдарға лайықталған. Әлем бойынша полиэтилен өндірісі миллиондаған тоннаға жетеді, бұл оның экономикадағы маңызын дәлелдейді.

16. Тотығу және жану реакциялары

Тотығу және жану химиялық реакциялардың маңызды түрлері қатарына жатады, олар алкендердің қасиеттерін терең түсінуге мүмкіндік береді. Алкендердің ауада толық жануы кезінде көмірқышқыл газы (СО2) мен су (H2O) түзіледі, бұл химиялық реакциялардың толық өтуінің дәлелі болып табылады. Тарихи тұрғыдан алғанда, жану реакциялары адамзаттың технологиялық дамуында шешуші рөл атқарды — мысалы, өнеркәсіптік төңкеріс кезеңінде жану процестері энергия көзі ретінде кеңінен пайдаланылды.

Каталитикалық тотығу реакциялары алкендерді функционалды топтарға — гликольдерге, кетондарға және қышқылдарға — ауыстыруға мүмкіндік береді. Бұл процесс көбіне калий перманганаты сияқты қуатты оксиданттардың қатысуымен жүреді. Мұндай химиялық түрленулер органикалық синтезде кеңінен қолданылады, себебі олар күрделі молекулаларды түзудің негізі болып табылады.

Химиялық өндірісте бұл реакциялардың маңызы зор: этиленнен этиленгликоль, ал пропиленнен пропиленоксид алу арқылы пластмасса және синтетикалық талшықтар өндірісінде қолданылатын негізгі заттар алынады. Мысалы, этиленгликоль автомобиль саласында антифриз ретінде қолданылады, ал пропиленоксид - полиуретан пен фармацевтикада қолданылады. Бұл реакциялар қазіргі заманғы химия мен өнеркәсіптің өркендеуіне негіз салады.

17. Этилен, пропилен, бутеннің қасиеттерін салыстыру

Алкендердің физикалық және химиялық қасиеттері олардың қолдану салаларын тікелей белгілейді. Бұл кестеде этилен, пропилен және бутеннің негізгі сипаттамалары қарастырылған. Мысалы, көміртек тізбегінің ұзаруы қайнау температурасын арттырады, бұл олардың сұйық күйде немесе газ күйінде болуына әсер етеді.

Бұл өзгерістер химиялық реакцияларға қатысудың еңсерімділігін азайтады, яғни бутен этиленге қарағанда тұрақтылығы жоғары. Осындай салыстырулар химиктерге нақты қосылыстарды таңдап, олардың өндірісте немесе зерттеуде қалай тиімді қолданылатынын анықтауға көмектеседі. 2019 жылы шыққан «Органикалық химия» оқулығы дерек көздерінен алынған бұл мәліметтер айырмашылықтарды түсінуде маңызды құрал болып табылады.

18. Алкендердің өнеркәсіптегі қолданылу бағыттары

Алкендердің өнеркәсіптегі қолданысы өте кең және әртүрлі. Бірінші мысал ретінде, полиэтилен өндірісінде этиленнің қолданылуы. Полиэтилен - жеңіл әрі берік полимер, күнделікті тұрмыста пластикалық пакеттерден бастап ойыншықтар мен техника корпусына дейін пайдаланылады.

Пропиленден полипропилен өндірісі химия өнеркәсібіндегі екінші үлкен серпіліс. Ол автокөлік бөлшектерінен бастап, медицинада қолданылатын материалдарға дейін үлкен сұранысқа ие. Бұдан басқа, бутен негізінде изопрен синтезделеді, ол табиғи каучуктің негізі ретінде пайдаланылады.

Осылайша, алкендердің әрқайсысының ерекше құрылымдық ерекшеліктеріне байланысты қолдану салалары анықталып, өнеркәсіптің қажеттіліктерін толығымен қанағаттандыруға мүмкіндік туады.

19. Тұрмыстық және ауыл шаруашылығындағы маңызы

Алкендер тұрмыстық және ауыл шаруашылығында да маңызды рөл атқарады. Біріншіден, олар полимерлік материалдар өндірісінде қолданылып, тұрмыстық техника мен құрылыс материалдарының сапасын жақсартады. Мысалы, полиэтилен мен полипропиленнен жасалған өнімдер жеңіл, төзімді және ұзақ қызмет етеді.

Екіншіден, ауыл шаруашылығында алкендер негізінде алынған өнімдер - жарық өткізетін пленкалар, тыңайтқыштар мен пестицидтер өндірісінде пайдаланылады. Бұл материалдар өнімділікті арттыруда және егіншілік техникасының тиімділігін жоғарылатуда ерекше маңызға ие.

Сондықтан, алкендердің бұл салалардағы қолданысы экономикалық тиімділік пен ауыл шаруашылығының дамуына арналған заманауи әдістерді дамытуға септігін тигізеді.

20. Алкендердің болашағы мен маңызы

Алкендер химия және өнеркәсіп салаларында шешуші шикізат болып қала береді. Болашақта экологиялық таза өндіріс технологиялары мен биоалкен синтезі дамиды деп күтілуде. Бұл бағыттар қоршаған ортаны қорғауды қамтамасыз етіп, химиялық өндірістің экологиялық әсерін азайтуға ұмтылады.

Ғылыми зерттеулер биобазалық қосылыстарды алу әдістерін жетілдіріп, жаңғыртылатын ресурстарды пайдалану арқылы химияның тұрақты дамуына үлес қосады. Осыған байланысты алкендердің маңызы тек бүгінгі күнмен шектелмей, келешекте де ерекше арта түседі.

Дереккөздер

Органическая химия. Учебник / Под ред. Н. И. Кузнецова. — Москва: Химия, 2020.

Иванов А.В., Петров Б.С. Химия алкенов: учебное пособие. — Санкт-Петербург: Химия, 2018.

Сидоров П.И., Тарасов М.Н. Современные методы получения алкенов. — Москва: Наука, 2019.

Петрова Л.А., Зайцева Е.И. Полимеризация и свойства полиэтилена. Журнал химической промышленности, 2021.

Органикалық химия оқулығы, Алматы, 2019

Иванов В.П., Основы общей химии, Москва, 2017

Смирнова Н.С., Химическая технология, Санкт-Петербург, 2020

Жұматов М., Современные методы органического синтеза, Астана, 2022

Петров А.И., Экология и химия, Новосибирск, 2018