Alcani: informazioni generali. Proprietà fisiche e chimiche degli alcani
Gli idrocarburi limite sono tali composti che sono molecole costituite da atomi di carbonio nello stato di ibridizzazione sp 3 . Loro sono collegato esclusivamente da obbligazioni sigma covalenti. Il nome "marginale" o "saturo" di idrocarburi deriva dal fatto che questi composti non hanno la capacità di attaccare alcun atomo. Sono marginali, completamente saturi. L'eccezione sono i cicloalcani.
Cosa sono gli alcani?
Gli alcani stanno limitando gli idrocarburi e la loro catena di carbonio non è chiusa e consiste di atomi di carbonio interconnessi da singoli legami. Non contiene altri legami (cioè doppio, come in alcheni o tripli, come negli alchili). Gli alcani sono anche chiamati paraffine. Hanno ricevuto questo nome, poiché le ben note paraffine sono una miscela principalmente di questi idrocarburi saturi C 18 -C 35 con particolare inerzia.
Informazioni generali sugli alcani e i loro radicali
La loro formula: С n Р 2 n +2 , qui n è maggiore o uguale a 1. Massa molare calcolato dalla formula: M = 14n + 2. Una caratteristica: le terminazioni nel loro nome sono "-an". I resti delle loro molecole, che sono formati come risultato della sostituzione di atomi di idrogeno per altri atomi, sono chiamati radicali alifatici, o alchili. Essi sono indicati con la lettera R. La formula generale dei radicali alifatici monovalenti: C n P 2 n +1 , qui n è maggiore o uguale a 1. La massa molare dei radicali alifatici è calcolata con la formula: M = 14n + 1. Caratteristica caratteristica dei radicali alifatici: terminazioni nei nomi "- limo. " Le molecole di alcani hanno le loro caratteristiche strutturali:
- il legame C-C è caratterizzato da una lunghezza di 0,154 nm;
- il legame C - H è caratterizzato da una lunghezza di 0,109 nm;
- l'angolo di valenza (l'angolo tra i legami carbonio-carbonio) è di 109 gradi e 28 minuti.
Inizia una serie omologa di alcani: metano, etano, propano, butano e così via.
Proprietà fisiche degli alcani
Gli alcani sono sostanze incolori e insolubili in acqua. La temperatura alla quale gli alcani iniziano a fondersi e la temperatura alla quale bollono aumentano in base all'aumento del peso molecolare e della lunghezza della catena di idrocarburi. Da alcani meno ramificati a più ramificati, diminuiscono i punti di ebollizione e fusione. Gli alcani gassosi sono in grado di bruciare una fiamma blu pallida o incolore, con molto calore emesso. CH 4 -C 4 H 10 sono gas che sono anche inodori. C 5 H 12 -C 15 H 32 sono liquidi che hanno un odore specifico. C 15 H 32 e così via sono solidi anche inodori.
Proprietà chimiche degli alcani
Questi composti sono chimicamente inattivi, il che può essere spiegato dalla forza dei legami sigma hard-breaking - C - C e C - H. Vale anche la pena considerare che i legami C-C sono non polari e C-H sono a bassa polarità. Questi sono tipi di legami basso-polarizzabili legati alla forma sigma e, di conseguenza, hanno maggiori probabilità di essere spezzati dal meccanismo omolitico, a seguito del quale si formeranno radicali. Pertanto, le proprietà chimiche degli alcani sono principalmente limitate alle reazioni di sostituzione radicale. 
Reazioni di nitrazione
Gli alcani interagiscono solo con acido nitrico con una concentrazione del 10% o con ossido di azoto tetravalente in un mezzo gassoso alla temperatura di 140 ° C. La reazione di nitrazione di alcani è chiamata la reazione Konovalov. Di conseguenza, si formano composti nitro e acqua: CH 4 + acido nitrico (diluito) = CH 3 - NO 2 (nitrometano) + acqua.
Reazioni brucianti
Gli idrocarburi limite sono molto spesso utilizzati come combustibile, il che è giustificato dalla loro capacità di bruciare: С n Р 2n + 2 + ((3n + 1) / 2) O 2 = (n + 1) H 2 O + n СО 2 .
Reazioni di ossidazione
Le proprietà chimiche degli alcani comprendono anche la loro capacità di ossidarsi. A seconda di quali condizioni accompagnano la reazione e di come vengono cambiati, è possibile ottenere diversi prodotti finali dalla stessa sostanza. Lieve ossidazione del metano con ossigeno in presenza di un catalizzatore, che accelera la reazione e una temperatura di circa 200 ° C può provocare le seguenti sostanze:
1) 2СН 4 (ossidazione con ossigeno) = 2СН 3 ОН (alcol - metanolo).
2) CH 4 (ossidazione con ossigeno) = CH 2 O (aldeide - metanolo o formaldeide) + H 2 O.
3) 2СН 4 (ossidazione con ossigeno) = 2COOH (acido carbossilico - metano o formico) + 2H 2 O.
Inoltre, l'ossidazione degli alcani può essere effettuata per via aerea in un mezzo gassoso o liquido. Tali reazioni portano alla formazione di alcoli grassi superiori e degli acidi corrispondenti.
Atteggiamento per riscaldare
A temperature non superiori a + 150-250 ° C, necessariamente in presenza di un catalizzatore, vi è una riorganizzazione strutturale delle sostanze organiche, che consiste nel cambiare l'ordine dei composti atomici. Questo processo è chiamato isomerizzazione e le sostanze risultanti dalla reazione sono isomeri. Così, dal normale butano si ottiene il suo isomero - isobutano. A temperature di 300-600 ° C e presenza di un catalizzatore, i legami C-H si rompono formando molecole di idrogeno (reazione di deidrogenazione), molecole di idrogeno con una chiusura della catena del carbonio in un ciclo (reazioni di ciclizzazione o aromatizzazione degli alcani):
1) 2CH 4 = C 2 H 4 (etene) + 2H 2.
2) 2CH 4 = C 2 H 2 (ethin) + 3H 2.
3) C 7 H 16 (normale eptano) = C 6 H 5 - CH 3 (toluene) + 4H 2 .
Reazioni di alogenazione
Tali reazioni consistono nell'introduzione nella molecola materia organica alogeni (i loro atomi), risultante in un legame C-alogeno. Quando gli alcani interagiscono con alogeni, si formano derivati alogeni. Questa reazione ha caratteristiche specifiche. Attraversa un meccanismo radicale, e per iniziarlo è necessario agire su una miscela di alogeni e alcani con radiazioni ultraviolette o semplicemente per riscaldarlo. Le proprietà degli alcani permettono alla reazione di alogenazione di procedere fino a quando non si ottiene una sostituzione completa con gli atomi di alogeno. Cioè, la clorurazione del metano non si concluderà in una fase e nella produzione di cloruro di metile. La reazione va oltre, tutti i possibili prodotti di sostituzione saranno formati, a partire da clorometano e termina con tetracloruro di carbonio. L'esposizione del cloro in queste condizioni ad altri alcani comporterà la formazione di vari prodotti ottenuti come risultato della sostituzione dell'idrogeno a differenti atomi di carbonio. Il rapporto tra i prodotti finali e la velocità della loro formazione dipenderà dalla temperatura alla quale si verifica la reazione. Più lunga è la catena di idrocarburi alcano, più facile sarà questa reazione. Durante l'alogenazione, l'atomo di carbonio meno idrogenato (terziario) verrà prima sostituito. La Primaria reagirà dopo tutti gli altri. La reazione di alogenazione avverrà in fasi. Al primo stadio, sostituire solo un atomo di idrogeno. Le soluzioni C di alogeni (cloro e acqua di bromo) alcani non interagiscono.
Reazioni di sulfochlorination
Le proprietà chimiche degli alcani sono inoltre integrate dalla reazione di solfoclorazione (è chiamata reazione di Reed). Quando esposto radiazione ultravioletta gli alcani sono in grado di reagire con una miscela di cloro e diossido di zolfo. Il risultato è acido cloridrico, nonché un radicale alchilico, che si attacca a se stesso anidride solforosa. Il risultato è un composto complesso che diventa stabile a causa della cattura dell'atomo di cloro e della distruzione della sua prossima molecola: R - H + SO 2 + Cl 2 + radiazione ultravioletta = R - SO 2 Cl + HCl. I sulfonil cloruri formati come risultato della reazione sono ampiamente utilizzati nella produzione di tensioattivi.