Алканас: опште информације. Физичке и хемијске особине алкана

Гранични угљоводоници су таква једињења која су молекули који се састоје од атома угљеника у стању сп3 хибридизације. Они су повезане искључиво ковалентним сигма везама. Назив "маргинални" или "засићени" угљоводоници долази од чињенице да ова једињења немају способност да придају било који атом. Они су маргинални, потпуно засићени. Изузетак су циклоалкани.

Шта су алкани?

Алкани су ограничавајући угљоводоници, а њихов угљенични ланац је неотворен и састоји се од атома угљеника који су међусобно повезани појединачним везама. Не садржи друге (то јест, двоструке, као у алкенима, или троструке, као у алкилима) везе. Алкани се такође називају парафини. Они су добили ово име, јер познати парафини су смеша углавном ових засићених угљоводоника Ц18- _Ц35 са посебном инертношћу.

Опште информације о алканима и њиховим радикалима

Њихова формула: С _{н 2 н +2} , овде н већа или једнака 1. Моларна маса израчунава се по формули: М = 14н + 2. Карактеристична карактеристика: завршетци њихових имена су "-ан". Остаци њихових молекула, који настају као резултат супституције атома водоника за друге атоме, називају се алифатски радикали, или алкили. Они су означени словом Р. Општа формула моновалентних алифатских радикала: _{н н} П _{2 н +1} , овде н већа или једнака 1. Моларна маса алифатских радикала израчунава се по формули: М = 14н + 1. силт. " Молекули алкана имају своје структурне карактеристике:

• Ц-Ц веза је карактерисана дужином од 0.154 нм;
• Ц-Х веза је карактерисана дужином од 0.109 нм;
• угао валенције (угао између веза угљеник-угљеник) је 109 степени и 28 минута.

Почиње хомологна серија алкана: метан, етан, пропан, бутан и тако даље.

Физичке особине алкана

Алкани су супстанце које су безбојне и нерастворљиве у води. Температура на којој алкани почињу да се топи, и температура на којој оне кухају, повећавају се у складу са повећањем молекулске масе и дужине угљоводоничног ланца. Од мање разгранатих до разгранатих алкана, температуре кључања и топљења се смањују. Плиновити алкани су способни да запале бледо плави или безбојни пламен, при чему се емитује много топлоте. ЦХ4-Ц4Х10 су гасови који су такође без мириса. Ц5Х12-Ц15Х32 су течности које имају специфичан мирис. _Ц15Х32 и тако даље су чврсте материје које су такође без мириса.

Хемијска својства алкана

Ова једињења су хемијски неактивна, што се може објаснити јачином чврстих сигма веза - Ц - Ц и Ц - Х. Такође је вредно узети у обзир да су везе Ц - Ц неполарне, а Ц - Х ниско - поларне. То су ниско-поларизабилни типови веза везаних за сигма-форму и, сходно томе, они су највјероватније разбијени хомолитичким механизмом, због чега ће се формирати радикали. Према томе, хемијске особине алкана су углавном ограничене на реакције радикалског супституције.

Реакције нитрације

Алкани реагују само са азотном киселином са концентрацијом од 10% или са оксидом тетравалентног азота у гасном средству на температури од 140 ° Ц. Реакција нитрирања алкана назива се реакција Коновалов. Као резултат, настају нитро спојеви и вода: ЦХ ₄ + нитратна киселина (разблажен) = ЦХ3-НО2 (нитрометан) + вода.

Реакције горења

Као гориво се врло често користе гранични угљиководици, што је оправдано њиховом способношћу сагоријевања: С _н Р _{2н + 2} + ((3н + 1) / 2) О ₂ = (н + 1) Х ₂ О + н СО ₂ .

Оксидационе реакције

Хемијска својства алкана укључују и њихову способност оксидације. У зависности од тога који услови прате реакцију и како се оне мењају, могуће је добити различите финалне производе из исте супстанце. Блага оксидација метана кисеоником у присуству катализатора, који убрзава реакцију, а температура од око 200 ° Ц може довести до следећих супстанци:

1) 2СН ₄ (оксидациа с кисик) = 2СН ₃ ОН (алкохол - метанол).

2) ЦХ4 (оксидација са кисеоником) = ЦХ20 (алдехид - метанол или формалдехид) + Х20.

3) 2СН ₄ (оксидација кисеоником) = 2ЦООХ (карбоксилна киселина - метан или мрав) + 2Х2О.

Такође, оксидација алкана може се вршити у гасном или течном медијуму ваздухом. Такве реакције доводе до формирања виших масних алкохола и одговарајућих киселина.

Однос према топлоти

На температурама које не прелазе + 150-250 ° Ц, нужно у присуству катализатора, долази до структурне реорганизације органских супстанци, која се састоји у промени редоследа атомских једињења. Овај процес се назива изомеризација, а супстанце које настају реакцијом су изомери. Тако се из нормалног бутана добија његов изомер - изобутан. На температурама од 300-600 ° Ц и присуству катализатора, Ц - Х везе се разбијају да би формирале молекуле водоника (реакција дехидрогенације), молекуле водоника са затварањем угљеничног ланца у циклусу (реакције циклизације или ароматизација алкана):

1) 2ЦХ4 = Ц2Х4 (етен) + 2Х2 _.

2) 2ЦХ4 = Ц2Х2 (етин) + 3Х2 _.

3) Ц7Х16 (нормални хептан) = Ц6Х5-ЦХ3 (толуен) + 4Х2.

Халогенационе реакције

Такве реакције се састоје у увођењу у молекул органска материја халогени (њихови атоми), што резултира у вези Ц-халогена. Када алкани реагују са халогенима, формирају се халоген деривати. Ова реакција има специфичне карактеристике. Тече кроз радикалан механизам, и да би га иницирао, потребно је дјеловати на мјешавину халогена и алкана са ултраљубичастим зрачењем или једноставно за загријавање. Својства алкана омогућавају да се реакција халогенирања одвија док се не постигне потпуна супституција атомима халогена. То значи да хлорисање метана неће завршити у једној фази и производњи метил хлорида. Реакција иде даље, формираће се сви могући супституциони производи, почевши од хлорометана и завршавајући са угљен тетраклоридом. Излагање хлора у овим условима другим алканима ће резултирати формирањем различитих производа добијених као резултат супституције водоника на различитим атомима угљеника. Однос финалних производа и брзина њиховог формирања зависиће од температуре на којој се одвија реакција. Што је ланац алкан угљоводоника дужи, то ће бити лакше. Током халогенирања, атом угљеника који је најмање хидрогениран (терцијарни) прво ће бити замењен. Примарна ће реагирати након свих осталих. Реакција халогенирања ће се одвијати у фазама. У првој фази заменити само један атом водоника. Ц раствори халогена (хлор и бром воде) алкани нису у интеракцији.

Реакције сулфоклоринације

Хемијске особине алкана су такође допуњене реакцијом сулфоклоринације (зове се Реед реакција). Када сте изложени ултраљубичасто зрачење алкани су у стању да реагују са смешом хлора и сумпор диоксида. Резултат је хлороводоник, као и алкил радикал, који се везује за себе сумпор диоксид. Резултат је комплексно једињење које постаје стабилно услед хватања атома хлора и уништења његовог следећег молекула: Р - Х + СО ₂ + Цл ₂ + ултраљубичасто зрачење = Р - СО2Цл + ХЦл. Сулфонил-хлориди настали као резултат реакције широко се користе у производњи сурфактаната.