Αλκάνια

Η οργανική ένωση που αποτελείται από μονοσυνδεδεμένα άτομα άνθρακα και υδρογόνου είναι γνωστή ως αλκάνιο . Είναι τα πιο απλά και λιγότερο αντιδραστικά είδη υδρογονανθράκων. Αλκάνιο είναι ένας κορεσμένος υδρογονάνθρακας. Αλκάνια χημικός τύπος=CnH2n+2. Αλκάνια υποδιαιρούνται σε 3 ομάδες:

Ευθείας αλυσίδας Αλκάνια
Κυκλοαλκάνια Αλκάνια
Τα Διακλαδισμένα Αλκάνια

Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του Αλκανίου είναι η έλλειψη ακόρεστου που τα καθιστά αδιάφορα υπό εργαστηριακές συνθήκες. Οι δύο κύριες εμπορικές πηγές αλκανίου είναι το πετρέλαιο (αργό πετρέλαιο) και το φυσικό αέριο. Τα μόρια του αλκανίου μπορεί να σχεδιαστεί με εμφανιζόμενους τύπους όπου κάθε άτομο αποκαλύπτεται ως το σύμβολο του (C ή H) και ο χημικός δεσμός από μια ευθεία γραμμή. Με το εύρος διακύμανσης σε αλκάνιο , το απλούστερο είναι το μεθάνιο (CH4) και το σύμπλοκο είναι το πεντακοντάνιο (C50H102) ή ένα ισομερές του τετραδεκανίου (C14H30). Το μεθάνιο φέρει ένα άτομο άνθρακα και τέσσερα άτομα υδρογόνου και τα υπόλοιπα μπορούν να παρασκευαστούν αντικαθιστώντας τα υδρογόνα με άτομα άνθρακα.

Παραδείγματα αλκανίων

CH4:Μεθάνιο
C2H6:Αιθάνιο
C3H8:Προπάνιο
C4H10:Βουτάνιο
C5H12:Πεντάνιο
C6H14:Εξάνιο
C7H16:Επτάνιο
C8H18:Οκτάνιο
C9H20:Nonane
C10H22:Δεκάνιο

Φυσικές ιδιότητες των αλκανίων

Αλκάνια είναι άχρωμα.
Αλκάνια με:
Χαμηλότερο μοριακό βάρος (CH4 έως C4H10)=αέρια
Ενδιάμεσο μοριακό βάρος (C5H12 έως C17H36)=υγρά
Μεγαλύτερο μοριακό βάρος (πάνω από C18H38)=κηρώδη στερεά
Το σημείο βρασμού και τήξης ενός αλκανίου καθορίζεται κατά βάρος και έχει γραμμική σχέση με το μοριακό βάρος.
Αλκάνια είναι αδιάλυτες στο νερό και ως εκ τούτου ονομάζονται υδρόφοβοι. Έχει μόνο απλούς δεσμούς C-H και C-C.
Αλκάνια διαλύονται σε οργανικούς διαλύτες αλλά είναι αδιάλυτες στο νερό. Αν διαλυθούν στο νερό, τότε:
- Δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου- διάσπαση των διαμοριακών δυνάμεων εντός της ουσίας.
- Δεσμοί υδρογόνου- η κύρια διαμοριακή έλξη στο νερό.

Τύποι αλκανίων

1. Αλκάνια ευθείας αλυσίδας

Έχουν τους άνθρακες ενωμένους σε μια συνεχή αλυσίδα, παρόμοια με τα φίδια.

Αντιπροσωπεύονται ως ν-αλκάνια.

Παραδείγματα,

CH3-CH2-CH2-CH3:n-βουτάνιο

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3:n-πεντάνιο

Οι δομές μπορούν να σχεδιαστούν με δύο τρόπους:

α) Εμφανίζονται όλα τα άτομα άνθρακα και υδρογόνου.

β) Μπορεί να σχεδιαστεί ως αλυσίδα, όπου τα άτομα άνθρακα αντιπροσωπεύονται από ακμές.

2.Κυκλοαλκάνια

Είναι μονοκυκλικοί κορεσμένοι υδρογονάνθρακες.

Χημικός τύπος χωρίς δακτυλίους=CnH2(n).

Τα άτομα υδρογόνου και άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους σε έναν μόνο βρόχο.

Η δομή του περιέχει έναν μόνο δακτύλιο.

Χημικός τύπος με δακτυλίους=CnH2(n+1-r).

Οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι απλοί.

Παραδείγματα,

Κυκλοβουτάνιο, κυκλοεξάνιο κ.λπ.

3.Διακλαδισμένα Αλκάνια

Προέρχεται από αλκάνια ευθείας αλυσίδας αλλά έχει κλάδους με την αλκυλομάδα.

Ομάδα αλκυλίου:Ομάδα ατόμων άνθρακα και υδρογόνου συνδεδεμένα με ένα μόριο αλκανίου.

Παραδείγματα-

2-μεθυλοπροπάνιο. 2-μεθυλεπτάνιο, 2,3-διμεθυλεξάνιο κ.λπ.Χημικές ιδιότητες των αλκανίων

Με τις περισσότερες χημικές ενώσεις αλκάνια είναι μόνο ασθενώς αντιδραστικά.
Η αντίδραση των αλκανίων με οξυγόνο είναι γνωστή ως αντίδραση καύσης.
Εάν απουσία οξυγόνου, σχηματίζεται μονοξείδιο του άνθρακα ή αιθάλη.
Η αντίδραση των αλκανίων με αλογόνα ονομάζεται ριζική αλογόνωση αντίδραση . Είναι μια εξώθερμη αντίδραση.
Παρουσία ενός καταλύτη νικελίου, αλκάνια αντιδρούν με ατμό για να δώσουν υδρογόνο.
Οι ομάδες αλκυλίου μπορούν να μεταφερθούν από τη μια ένωση στην άλλη με αντιδράσεις διαμετάλλωσης.
Στις χημικές αντιδράσεις, Αλκάνια είναι αδρανείς.
Τα αλκάνια ξέσπασαν σε φλόγες παρουσία σπινθήρα για να σχηματίσουν CO2 και H2O
- CH4+2O2→CO2+2H20
Το μείγμα βουτανίου και ισοβουτανίου χρησιμοποιείται σε αναπτήρες τσιγάρων
- 2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
Σε υγρό αναπτήρα άνθρακα, το μείγμα υδρογονανθράκων C5 έως C6
- C5H12+8O2→5CO2+6H2O
Στη βενζίνη, το μείγμα C6 έως C8
- 2C8H18+2502→16CO2+18H2O
Η χημική αντίδραση με το βρώμιο δίνει αλκυλοβρωμίδιο
- CH4+Br2→CH3Br+HBr

Αλκάνια πυρόλυσης

Η διάσπαση τεράστιων αλκανίων σε μικρότερα και πιο χρήσιμα κομμάτια. δηλαδή αλκάνια και αλκένια χρησιμοποιώντας υψηλή θερμότητα. Αυτές οι αντιδράσεις είναι γνωστές ως αντιδράσεις πυρόλυσης.

Συνήθως, η πηγή τεράστιων αλκανίων είναι η νάφθα ή το κλάσμα του πετρελαίου εσωτερικής καύσης από την κλασματική απόσταξη αργού πετρελαίου (πετρελαίου). Λαμβάνονται ως υγρά, αλλά εξατμίζονται εκ νέου στην αέρια φάση πριν από τη διάσπαση. Ένα παράδειγμα που αφορά το C15H32,

C15H32→2C2H4+C3H6+C8H18

Αντίδραση αλκανίων

Αλογονωμένα αλκάνια

Το αλογονωμένο Τα αλκάνια ονομάζονται αλογονοαλκάνια ή αλογονοαλκάνια. Η αντίδραση του αλογόνου με ένα αλκάνιο παρουσία θερμότητας σχηματίζει αλογονοαλκάνια. Εάν δεν εκτεθεί σε θερμότητα, η αντίδραση δεν θα πραγματοποιηθεί, αλλά μόλις ξεκινήσει η αντίδραση, η πηγή θερμότητας μπορεί να αφαιρεθεί και η αντίδραση θα συνεχιστεί. Αντικαθιστά ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου με αλογόνο (φθόριο, ιώδιο, βρώμιο ή χλώριο). Γενικός τύπος=RX (R=αλκύλιο και Χ=αλογόνο).

Μια αντίδραση αλογόνωσης είναι μια απλή αντίδραση υποκατάστασης όπου ο δεσμός C-H σπάει και αντικαθίσταται από έναν δεσμό C-X.

Για παράδειγμα, χλωρίωση μεθανίου:

CH4+Cl2 + ενέργεια → CH3Cl+HCl

Κινητική και ρυθμός

Η πρόσθετη ενέργεια απαιτείται για τις περισσότερες αντιδράσεις. Η απαιτούμενη ενέργεια χρειάζεται για να ταξιδέψουν τα μόρια μέσω των ενεργειακών φραγμών που τα χωρίζει από το να γίνουν προϊόντα αντίδρασης. Αυτοί οι ενεργειακοί φράχτες είναι γνωστοί ως ενέργεια ενεργοποίησης/ενθαλπία ενεργοποίησης των αντιδράσεων.

Οξείδωση

Μέσω ενός μηχανισμού ελεύθερων ριζών, Αλκάνια μπορεί να οξειδωθεί σε CO2 και H2O. Η ενέργεια που απελευθερώνεται μετά την οξείδωση του αλκανίου είναι γνωστή ως θερμότητα της καύσης. Για παράδειγμα, η θερμότητα της καύσης στο οξειδωμένο προπάνιο είναι 688 κιλά θερμίδες/γραμμομόριο.

Συχνά, η θερμότητα της καύσης χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της σχετικής σταθερότητας των ισομερών υδρογονανθράκων. Η διαφορά στις θερμότητες καύσης δύο αλκανίων μετατρέπεται σε διαφορά στις δυνητικές ενέργειές τους. Χαμηλότερη δυναμική ενέργεια=Πιο σταθερό προϊόν. Στα αλκάνια ,τα διακλαδισμένα ισομερή είναι πιο σταθερά.

Σε μια ομόλογη σειρά, η απελευθερωμένη οξειδωμένη ενέργεια αυξάνεται κατά 157 kilo-θερμίδες (περίπου) για κάθε επιπλέον μονάδα μεθυλενίου (CH2).

Ισομέρεια

Αλκάνια με περισσότερα από τρία άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε διάφορες μορφές είναι δομικά ισομερή.
Τα άτομα άνθρακα που είναι διατεταγμένα σε μία αλυσίδα χωρίς κλάδους είναι τα απλούστερα ισομερή.
Υπάρχει μια αύξηση στον αριθμό των ατόμων άνθρακα με την αύξηση του αριθμού των ισομερών.

Χρήσεις αλκανίου

Μεταχειρισμένο για θέρμανση και μαγείρεμα=Προπάνιο
Μεταχειρισμένο σε αναπτήρες και δοχεία αεροζόλ=Βουτάνιο
Μεταχειρισμένο να παράγει κόλλα για παπούτσια, δερμάτινα προϊόντα και πολλά άλλα=Εξάνιο
Κύριο συστατικό της βενζίνης=Επτάνιο
Μεταχειρισμένο σε βενζίνη που μειώνει knock=Οκτάνια.
Ένα συστατικό της βενζίνης=Δεκάνης
Κύρια συστατικά των λιπαντικών ελαίων κ.λπ.
CH3Cl:μεθυλοχλωρίδιο-χλωρομεθάνιο, χρησιμοποιείται ως ψυκτικό και για την κατασκευή σιλικονών, μεθυλοκυτταρίνης και συνθετικού καουτσούκ.
CH3Cl2:μεθυλοχλωρίδιο-διχλωρομεθάνιο, χρησιμοποιημένο ως εργαστηριακός &βιομηχανικός διαλύτης.
CH3Cl3:χλωροφόρμιο-τριχλωρομεθάνιο, χρησιμοποιείται ως βιομηχανικός διαλύτης.

Επιδράσεις των αλκανίων

Υποψία καρκινογόνων (ουσίες που προκαλούν καρκίνο).
Σοβαρή ηπατική βλάβη.
Μόλις χρησιμοποιηθεί ως διαλύτης στεγνού καθαρισμού και σε πυροσβεστήρα, ο τετραχλωράνθρακας (CCl4) δεν συνιστάται πλέον να χρησιμοποιείται. Ακόμη και η χρήση σε λιγότερες ποσότητες μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ασθένειες.
Οι ενώσεις που περιέχουν βρώμιο έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον.
Οι χλωροφθοράνθρακες και το μεθάνιο προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Εξάντληση του όζοντος.
Το μεθάνιο και το αιθάνιο προκαλούν ασφυξία.

Μικρής αλυσίδας αλκάνια βρίσκονται στους φυτικούς ιστούς.
Εμφανίζεται με διάφορους τρόπους στη φύση - Ακυκλικά αλκάνια .
Μεθανογόνα αρχαία- παράγουν μεγάλες ποσότητες μεθανίου. το τέλος του κύκλου του άνθρακα
CO2+4H2→CH4+2H20
Μεθανογόνα- παραγωγός αερίου ελών.
Candida Tropicale, Pichia κ.λπ., χρησιμοποιούν αλκάνια ως πηγή άνθρακα ή ενέργειας.
Αλκάνια προστατεύστε φυτά όπως η επιδερμίδα των φυτών και το επιδερμικό κερί από την απώλεια νερού, τα βακτήρια, τους μύκητες και τα επιβλαβή έντομα.
Το βρώσιμο φυτικό έλαιο περιέχει μικρό αριθμό βιογενών αλκανίων .
Αλκάνια βρίσκονται επίσης σε ζωικά προϊόντα όπως το έλαιο από συκώτι καρχαρία.

Συμπέρασμα

Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του Αλκανίου είναι η έλλειψη ακόρεστου που τα καθιστά αδιάφορα υπό εργαστηριακές συνθήκες. Οι δύο κύριες εμπορικές πηγές αλκανίου είναι το πετρέλαιο (αργό πετρέλαιο) και το φυσικό αέριο. Η πρόσθετη ενέργεια απαιτείται για τις περισσότερες αντιδράσεις. Η απαιτούμενη ενέργεια χρειάζεται για να ταξιδέψουν τα μόρια μέσω των ενεργειακών φραγμών που τα χωρίζει από το να γίνουν προϊόντα αντίδρασης. Συνήθως, η πηγή τεράστιων αλκανίων είναι η νάφθα ή το κλάσμα του πετρελαίου εσωτερικής καύσης από την κλασματική απόσταξη αργού πετρελαίου (πετρελαίου). Λαμβάνονται ως υγρά, αλλά εξατμίζονται εκ νέου στην αέρια φάση πριν από τη διάσπαση.