Углеводороды

Определение "Углеводороды" в словаре Брокгауза и Ефрона

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 (OH ₂ и O ₂H₂, SH₂ и S ₂H₅), для селена и теллура по одному (SeH ₂ и TeH ₂), для азота — три (NH ₃, N₂H₄ и N ₃ H) и, может быть, столько же для фосфора (РН ₃, Р ₂ Н ₄ и P ₄H₂ ?), два для мышьяка (AsH ₃ и As ₂H₂ ?) и одно для сурьмы (SbH ₃), для углерода имеются указания на существование 1102 различных углеводородов, начиная с CH ₄ и кончая C ₆₀H₁₂₂, причем больше 10% этого числа приходится на У. формулы С ₁₀ Н ₁₆ (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 СН ₄, C₂H₆, C₃H₈ и C ₄H₁₀ в ряду парафинов [См. соотв. ст. Собственно говоря, газообразным можно считать только СН ₄, критическая температура которого лежит ниже обыкновенной температуры (—11° Ц.); остальные — парообразны.], С ₂ Н ₄, C₃H₆ и C ₄H₈ в ряду олефинов (см.) и C ₂H₂ 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 — С ₈ Н ₁₀ — ярко-оранжевый (Тиле), аценафтилен — C ₁₂H₈, обладающий золотисто-желтой окраской (Бер и фан-Дорп, Блументаль, Гребэ), метилфенилфульвен С ₁₃ Н ₁₂ — цвета хромового ангидрида (Тиле), дифенилфульвен — С ₁₈ Н ₁₄ — ярко-красный (Тиле), дибифенилэтен — C ₂₆H₁₆ [Дифенилдифениленэтилен — C ₂₆H₁₈ 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 — С ₂₆ Н ₃₈ — 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 C _nH_2n—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 С ₁₄ Н ₁₀, красно-фиолетовая — хризена С ₁₈ Н ₁₂ [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 С ₁₄ Н ₁₀ и метилантрацена С ₁₅ Н ₁₂ 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 "Trait é 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 Н ₂ О, НСl, NH ₃, НН, а их производных формулами: H ₂ S, СО ₂, 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 nСО ₂ и большее или меньшее число молекул H ₂ О 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 HNO ₃, 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 HNO ₃, напр.) невозможна. Впрочем, надо заметить, что Жерар был убежден в невозможности реакции: 2HNO ₃ + Р ₂O₅ = N₂O₅ + 2HPO₃, открытой уже после него Вебером.], или состав У. должен выражаться общей формулой С _n Н _2m, 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 "Pr é cis 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 С _n Н _2n О ₂), очевидно, то, которое получается при восстановлении (см.) равного числа молекул угольной кислоты CO ₂ и воды H ₂ O; 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 СН ₄, парафин С ₂₄ Н ₅₀, спирт C ₂H₆ O, древесный спирт СН ₄ О, эфир С ₄ Н ₁₀ О 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 СН ₆, 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) С _n Н _2n+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 (С _n Н _2n, С _n Н _2n—2, С _n Н _2n—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 "Pr é cis 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 C ₂, а в виде твердых тел: алмаза, графита (вернее, графитов) и угля, образованных скоплениями полимерных молекул — С _m, 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: NH ₃ и У. ряда С _nH_2n (напр. С ₂H₄), N₂H₄ с У. ряда C _nH_2n—2 (хотя бы, напр., C ₂H₂) и N ₂ H с C ₄H₂ [Правильнее было бы взять для сравнения У. С ₅ Н ₂ (ряда С _n Н2 _n—8), но тaкoвoй пока неизвестен.] (У. ряда С _n Н2 _n—6); параллелизм этот сказывается в числе молекул НСl, НBrBr, HJ, которые способны присоединять NН ₃ и C ₂H₄, N₂H₄ и C ₂H₂ и т. д., — в способности N ₂H₄ и C ₂H₂, NН ₃ и C ₂H₄ 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 .