Углеводороды

(хим.). — У. Называются соединения, заключающие только углерод и водород. По способности к соединению с водородом углероду принадлежит совершенно исключительное положение среди всех металлоидов. Действительно, в то время, как для галоидов (фтора, хлора, брома, йода) известно только по одному соединению с водородом (HF, HCl, HBr и HJ), для кислорода и серы по два (OH2 и O2H2, SH2 и S2H5), для селена и теллура по одному (SeH2 и TeH2), для азота — три (NH3, N2H4 и N3H) и, может быть, столько же для фосфора (РН3, Р2Н4 и P4H2 ?), два для мышьяка (AsH3 и As2H2 ?) и одно для сурьмы (SbH3), для углерода имеются указания на существование 1102 различных углеводородов, начиная с CH4 и кончая C60H122, причем больше 10% этого числа приходится на У.

Формулы С10Н16 (их насчитывается 129). Если бы впоследствии было найдено, что даже половина этих указаний ошибочна (а это едва ли возможно), то и тогда остающееся число У. Громадно. Впрочем, ниже будет видно, что оно ничтожно в сравнении с теоретическим числом У., так как последнее бесконечно. Физические свойства У. Следующие. При малой величине молекулы — это газы. Таковы СН4, C2H6, C3H8 и C4H10 в ряду парафинов [См. Соотв. Ст. Собственно говоря, газообразным можно считать только СН4, критическая температура которого лежит ниже обыкновенной температуры (—11° Ц.). Остальные — парообразны.], С2Н4, C3H6 и C4H8 в ряду олефинов (см.) и C2H2 в ряду У. Ацетиленовых (см.). Газообразные У. Бесцветны. Парафины обладают сравнительно слабым запахом, олефины и ацетилен в чистом состоянии отчасти напоминают запах эфира.

С увеличением молекулярного веса У. Становятся жидкими, а затем и твердыми при обыкновенной температуре. Одновременно повышается температура кипения, и У. С большой молекулой оказываются не способными перегоняться без разложения под обыкновенным давлением (ср. Парафины). Огромное число жидких и твердых У. Бесцветны. Исключениями являются. Диметилфульвен — С8Н10 — ярко-оранжевый (Тиле), аценафтилен — C12H8, обладающий золотисто-желтой окраской (Бер и фан-Дорп, Блументаль, Гребэ), метилфенилфульвен С13Н12 — цвета хромового ангидрида (Тиле), дифенилфульвен — С18Н14 — ярко-красный (Тиле), дибифенилэтен — C26H16 [Дифенилдифениленэтилен — C26H18 почти бесцветен (только толстые кристаллы желтоваты), а его растворы обладают лимонно-желтой окраской (Клингер и Лоннес)], окрашенный в красный цвет (Де-ла-Гарт и фан-Дорп, Гребэ), каротин — С26Н38 — ярко-красный (Арно) и полицистин, неизвестной формулы, найденный (Цопф) в Polycystis flos aquae Wittr., близкий, по-видимому, к каротину.

Все У., заключающие бензольное кольцо (рядов CnH2n—6 и более непредельных), обладают слабой флюоресценцией, в большинстве случаев труднозаметной в обыкновенных случаях. "кажется, — говорит Спринг, — что эта слабая флюоресценция так же свойственна бензолу, как синяя окраска воде. Флюоресценция уменьшается по мере усложнения молекулы". Фиолетовая флюоресценция антрацена С14Н10, красно-фиолетовая — хризена С18Н12 [Получил свое название, происходящее от греч. Слова χρύσεος — золотисто-желтый, благодаря примеси какого-то красящего вещества, разрушаемого кристаллизацией из спирта, содержащего небольшое количество азотной кислоты (Либерманн).], слабо-синяя — фенантрена С14Н10 и метилантрацена С15Н12 заметны и на небольших количествах названных У.

Различные растворители сильно меняют характер флюоресценции (Р. Майер). В воде У. Почти совершенно нерастворимы при обыкновенной температуре, на водные растворы лакмуса и других индикаторов они не имеют никакого влияния. В спирте, эфире, уксусной кислоте, сероуглероде У. В большинстве случаев очень хорошо растворимы. Некоторые смешиваются с названными жидкостями во всех отношениях. Все У. Легче воды и все горючи. Химические и физические свойства, получение У. И пр. См. Парафины, Олефины, Полиметиленовые У., Терпены, У. Ацетилилиновые, У. Ароматические и частные описания, указанные в этих статьях. При громадном числе У. Изучение их было бы совершенно немыслимым, если бы мы не имели возможности сравнительно легко их классифицировать.

Классификация эта связана с составом У., и главные положения ее — закон четного числа атомов водорода и гомологии (см.) — выработаны Лораном и Жераром. Закон четного числа атомов водорода в любых У. Жерар следующим образом мотивирует в своем "Traité de chimie organique" (т. IV, 1856, стр. 599). "Из принципов, на которых покоятся унитарные формулы, вытекает следствие, достойное внимания. Если молекулы принятых нами типов выражаются формулами Н2О, HCl, NH3, НН, а их производных формулами. H2S, СО2, SO3 и т. Д., то ясно, что так как любое органическое вещество может быть в конце концов превращено в эти минеральные вещества, формулы их (органических веществ) должны заключать п раз формулы перечисленных минеральных веществ, причем п должно быть целым числом.

Напр., вещество, образованное соединением углерода и водорода или углерода, водорода и кислорода, дает всегда nCO2 и большее или меньшее число молекул H2О или НН, следовательно, в подобных телах число атомов водорода должно быть всегда четным [Аргументацию нельзя считать строгой, и Жерар не всегда последовательно прилагал ее. Так, формулы одноосновных кислот, хотя бы HNO3, на основании ее должны считаться неверными. Как известно, эти кислоты способны распадаться на ангидрид и воду, и казалось бы, что при нечетном числе взятых для опыта молекул одноосновной кислоты полная дегидратация ее (при формуле HNO3, напр.) невозможна. Впрочем, надо заметить, что Жерар был убежден в невозможности реакции. 2HNO3 + Р2O5 = N2O5 + 2HPO3, открытой уже после него Вебером.], или состав У.

Должен выражаться общей формулой СnН2m, где п и т целые числа. Могут ли наблюдаться всевозможные соотношения между n и m или нет, Жерар по недостатку фактов не считал решенным. Так, в "Précis de chimie organique", 1844 (стр. 30), перечислив формулы известных в то время одноосновных (предельных) кислот (см.), он говорит. "Отношение, в котором в них заключаются прочие элементы (С и H — общая формула СnН2nО2), очевидно, то, которое получается при восстановлении (см.) равного числа молекул угольной кислоты CO2 и воды H2O. Это отношение наиболее простое из известных нам, и потому оно должно быть выбрано как единица для сравнений. Это "нормальное" отношение, однако, не наиболее частое для органических соединений.

В большинстве случаев водорода содержится меньше 2 атомов (на 1 атом С), а в тех случаях, когда его больше, избыток обыкновенно равен двум эквивалентам, примерами чего являются. Болотный газ СН4, парафин С24Н50, спирт C2H6O, древесный спирт СН4О, эфир С4Н10О и т. Д. На эти факты стоит обратить внимание, потому что они могут пригодиться для оценки вероятности некоторых формул, недостаточно проверенных опытом. Они доказывают, напр., малую вероятность таких формул, каковы СН6, C2H14, C7H20 и т. Д. Понятие о предельных соединениях (см.) выработалось значительно позже, и в настоящее время мы признаем, что максимальное значение для т вышеприведенной формулы есть т == п + 1, что ведет к формуле предельных У. (см. Парафины) СnН2n+2, где п может меняться от 1 и теоретически до ∞, а на практике пока равно 60.

Любому другому соотношению между т и п отвечают свои общие формулы (СnН2n, СnН2n—2, СnН2n—4 и т. Д. Для т равных последовательно n, п—1, n—2 и т. Д. До бесконечности теоретически [Максимальное значение этих формул теорией тоже не предвидится.]). Их мы, согласно предложению Жерара, продолжаем называть формулами гомологов [Понятие о гомологии развито Жераром в его "Précis etc." (т. I стр. 3 и далее. Т. II, стр. 489 и далее). Слово происходит от греч. Слова όμοϊος — общий и λόγος — закон.] (см. Гомология), хотя на самом деле в большинстве непредельных рядов мы знаем сравнительно мало гомологов в том смысле, как понимал это слово Жерар, который думал, что ряды гомологов ("Precis", l. С., стр. 490) "отвечают группам таких тел, для которых при знании состава, химической функции и превращений одного из них мы можем предвидеть состав, химическую функцию и превращения любого другого тела, принадлежащего к данной группе".

В каждом таком "гомологичном" ряду мы принуждены в настоящее время признавать несколько рядов действительно гомологичных У. В зависимости от строения (см. Химическое строение) их углеродного скелета, и чем непредельнее ряд, т. Е. Чем меньше сравнительно с п значение т общей формулы, тем большее число таких рядов предвидится теоретически. В заключение заметим, что, несмотря на высокую степень разработки теории (см. Химическое строение и Стереоизомерия), она не дает вполне достаточного объяснения для громадного числа У. И того обстоятельства, что для других элементов мы не наблюдаем ничего подобного. Основными положениями структурного учения являются четырехатомность углеродных атомов и способность их к взаимному соединению [О тождестве четырех единиц сродства атома углерода — см.

Химическое строение.], каковая якобы сказывается и в физическом характере углерода как элемента, известного не в виде газа с вероятной молекулой C2, а в виде твердых тел. Алмаза, графита (вернее, графитов) и угля, образованных скоплениями полимерных молекул — Сm, где m может быть очень большим числом. Эти положения не объясняют ограниченного числа соединения углерода с кислородом, азотом, серой, а равным образом не дают указаний, почему не наблюдено ничего подобного ни для кремния, ни для бора, которые тоже многоатомны и, судя по свойствам их, в свободном состоянии способны тоже к образованию сложных молекул. Кроме того, нельзя не указать на параллелизм водородных соединений азота и углерода, а именно на близость свойств.

NH3 и У. Ряда СnH2n (напр. С2H4), N2H4 с У. Ряда CnH2n—2 (хотя бы, напр., C2H2) и N2H с C4H2 [Правильнее было бы взять для сравнения У. С5Н2 (ряда СnН2n—8), но таковой пока неизвестен.] (У. Ряда СnН2n—6). Параллелизм этот сказывается в числе молекул HCl, HBrBr, HJ, которые способны присоединять NH3 и C2H4, N2H4 и C2H2 и т. Д., — в способности N2H4 и C2H2, NH3 и C2H4 замещать свой водород металлами и в их эндотермичности. Наконец, он заставляет предполагать возможность для азота и других соединений с водородом, подобных У., и искать причины неизвестности их в каких-то еще не открытых условиях. А. И. Горбов. Δ..