Алканы: общая характеристика, химические и физические свойства

Составление названий алканов по их формуле

Рассмотрим особенности образования названий гомологов и изомеров алканов:

1. Если алкан имеет линейное строение, то есть атомы карбона расположены в цепочке и нет разветвлений, то к названию добавляется буква «н», имеющая значение «нормальный». К примеру, н-пентан.
2. Если у алкана есть разветвления, то перед его названием добавляются номер и название этого разветвления: 2-метилбутан; 2,2-диметилпропан.

Разберем правила составления названий алканов разветвленного строения на этом примере.

Первый шаг – выбрать цепочку наибольшей длины, то есть ту, в которой больше атомов карбона. Далее необходимо обозначить заместители (это группы атомов, которые не попали в основную цепь).

В этом случае есть три заместителя – метил, метил и этил.

Затем необходимо указать номер карбона, к которому присоединен заместитель и его название в алфавитном порядке (сначала этил). Этил присоединен к третьему атому карбона, тому в назве будет 3-этил.

Следующие два заместителя метил присоединены ко второму и четвертому атомам карбона. Чтобы обозначить количество заместителей, необходимо добавить префикс ди-: 2,4-диметил.

Теперь указываем название углеводородной цепи из 6 карбонов – гексан. И вот полное название этого алкана: 3-этил-2,4-диметилгексан.

Чтобы правильно обозначить в названии количество заместителей, запомните это правило:

• 2 – ди;
• 3 – три;
• 4 – тетра;
• 5 – пента;
• 6 – гекса.

Составление формул алканов по их названиям

Рассмотрим этот алгоритм на примере названия 5-этил-2,2-диметилгептан.

Составление структурной формулы алкана начинаем с последней части, указывающей на длину углеводородной цепи. Гептан – это 7 карбонов.

1 2 3 4 5 6 7

С – С – С – С – С – С – С

В начале названия указано, что у пятого карбона заместитель этил (С2Н5), а у второго карбона два заместителя метила (СН3).

СН3

І

1 2 3 4 5 6 7

С – С – С – С – С – С – С

І І

СН3 С2Н5

Последний шаг – нужно дописать такое количество гидрогенов, чтобы валентность карбона была IV. К примеру, у первого карбона только одна связь, поэтому не хватает еще трех гидрогенов. А у другого карбона есть четыре связи, поэтому дополнительных гидрогенов не требуется.

СН3

І

1 2 3 4 5 6 7

СН3 – С – СН2 – СН2 – СН – СН2 – СН3

І І

СН3 С2Н5

Читайте также: Что такое фотосинтез?

Свойства алканов

Свойства алканов чрезвычайно разнообразны, но, все таки, есть определенные закономерности, которые следует запомнить.

Физические свойства алканов

Для алканов характерны следующие физические свойства:

1. Температура кипения и плавления алканов растет с увеличением количества карбонов. Первый представитель гомологического ряда алканов метан кипит для температуры в -160 градусов. Поэтому, например, для транспортировки природного газа, основной составляющей которогое сть метан, не нужно прятать где-то трубы, все они располагаются на поверхности земли, потому что в нашем климате они никогда не замерзнут. От 5 (пентан) и до 16 – это, при обычных условиях, жидкости (бензин). Там, где более 16 карбонов – это твердые вещества, так называемые парафины.
2. Все алканы являются бесцветными веществами.
3. Они практически нерастворимы в воде. Это можно наблюдать, когда пятно бензина или парафин из свечи попадает на воду.
4. Алканы не проводят электрический ток.
5. Запах имеют только некоторые представители алканов (от С5 до С12, то есть бензин). Все остальные запаха не имеют.

Химические свойства алканов

Химическими называют свойства, во время которых одни вещества превращаются в другие. Это может происходить при взаимодействии с другими веществами и под влиянием внешних факторов (температура, давление, катализатор).

Для алканов характерны следующие химические свойства:

• Реакции окисления: полное, неполное, частичное;
• Реакции замещения;
• Термическое расписание;
• Изомеризация.

Рассмотрим подробнее каждую реакцию.

Реакции окисления

Реакции окисления – это взаимодействие веществ с окислителем. Наиболее распространенным окислителем является кислород. Если реакция происходит с выделением света и тепла, то такая реакция называется горением. Алканы активно вступают в реакцию горения.

Во время полного окисления алканов образуется углекислый газ и водяной пар, выделяется большое количество теплоты. К примеру, в случае сгорания одного литра метана выделяется около 35 кДж теплоты. Вот уравнение реакции полного окисления алкана:

2С4Н10 + 13О2 = 10Н2О,△Н<0

Во время неполного окисления могут выделяться другие продукты: угарный газ, чистый углерод (сажа). Это происходит, когда количество кислорода недостаточно. Вот уравнение реакции неполного окисления алкана:

2С4Н10 + 9О2 = 8СО + 10Н2Ох, △Н<0

2С4Н10 + 5О2 = 8С + 10Н2О, △Н<0

Продукты неполного горения алканов очень вредны. СО – угарный газ, приводящий к отравлению организма человека.

Если сравнить уравнение реакций, то можно заметить, что в случае полного окисления на 2 литра бутана требуется 13 литров кислорода, а в случае неполного окисления – 9 и 5 литров соответственно.

Частичное окисление происходит под действием более мягких окислителей – температур и катализаторов. При частичном окислении алканов выделяется смесь оксигенсодержащих соединений.

Реакции замещения

Интересно взаимодействие алканов с галогенами. Галогены – это простые вещества, образованные элементами VII группы главной подгруппы периодической системы химических элементов. Алканы во время взаимодействия с галогенами образуют смесь галогенпроизводных алканов. Как побочный продукт выделяется HHal (галогеноводород).

Пи время взаимодействия алканов с фтором реакция происходит с взрывом – делится карбоновая цепь, образуется тетрафторметан и выделяется фтороводород:

CnH2n+2 + F2 → CF4 + HF

Йод вообще не реагирует с алканами.

Реакции термического разложения

Реакция происходит под действием высоких температур без доступа кислорода.

Первая реакция – это когда карбоновая цепь симметрично делится на 2 части. Одна из них является классом алканов, другая – классом алкенов. Эти реакции обычно происходят во время термического разложения компонентов нефти.

Вторая реакция термического разложения метана. Именно при температуре 1500 градусов метан разлагается с образованием очень важного продукта ацетилена.

При чуть более низкой температуры (1000 градусов) из метана образуется ценное сырье – чистый аморфный углерод.

Реакции изомеризации

Это такие реакции, во время которых образуются изомеры исходных соединений в результате перегруппировки атомов в молекулах. Эта реакция происходит под действием температуры, определенного давления и катализаторов.

Рассмотрим реакцию изомеризации неразветвленного н-бутана с образованием изобутана.

t,p,AlCl3

СН3 – СН2 – СН2СН3 → СН3 – СН – СН3

І

СН3

Подведем итоги:

• Алканы достаточно химически пассивны;
• Они являются горючими веществами;
• Во время нагревания способны разлагаться;
• Алканы могут вступать в реакции замещения;
• Алканы неразветвленного строения могут превращаться в изомеры разветвленной структуры.

Учить эту тему важно вместе с другими углеводородами, а лучше – всеми темами органической химии. Помочь в понимании этой дисциплины может репетитор по химии. Он подготовит к текущему уроку, контрольной или НМТ.

Найти репетитора по химии или другому предмету можно на сайте BUKI.

Читайте также: Как стать более внимательным: советы для взрослых и детей