Алканы

1.Строение предельных углеводородов.
2.Гомологический ряд метана.
3.Таблица 1 гомологический ряд алканов.
4.Изомерия и номенклатура.
5.Получение.
6.Нахождение в природе.
7.Физические свойства.
8.Химические свойства.
9.Применение.
Содержание:

Алканы – углеводороды, в молекулах которых атомы связаны одинарными связями и которые соответствуют общей формуле CnH2n+2.
В молекулах алканов все атомы углерода находятся в состоянии SP3 – гибридизации. Это означает, что все четыре гибридные орбитали атома углерода одинаковы по форме, энергии и направлены в углы равносторонней треугольной пирамиды – тетраэдра. Углы между орбиталями равны 109 градусам 28 минутам.
Отсутствие в молекулах предельных углеводородов полярных связей приводит к тому, что они плохо растворяются в воде, не вступают во взаимодействие с заряженными частицами (ионами). Наиболее характерными для алканов являются реакции, протекающие с участием свободных радикалов.
1.Строение предельных углеводородов

Гомологи – это вещества, сходные по строению и свойствам и отличающиеся на одну или более групп CH2. Например, мысленно к молекуле метана CH4 добавить группу CH2 (группу CH2 называют гомологической разностью), то получиться следующий углеводород – этан C2H6 и т.д. Формулы углеводородов ряда метана даны в таблице 1.
Предельные углеводороды составляют гомологический ряд метана.
2.Гомологический ряд метана

Таблица 1.

В таблице 1 даны формулы десяти первых и двадцатого предельных углеводородов. Если мысленно вычесть из их формул по одному атому водорода, то получаются группы атомов, которые называют радикалами. Названия радикалов образуются от названий соответствующих углеводородов путем изменения суффикса –ан на –ил, например: метил CH3 –, этил CH3 – CH2 –, пропил CH3 – CH2 –CH2 – и т.д.
Для составления названий предельных углеводородов с разветвленной цепью принимают, что во всех молекулах атомы водорода замещены различными радикалами. Для определения названий данного углеводорода придерживаются определенного порядка:
1.Выбирают в формуле наиболее длинную углеводородную цепь и символы атомов углерода в ней нумеруют, начиная с того конца к которому ближе разветвление:
1 2 3 4 5 3 4 5
а) CH3 – CH–CH2 –CH2 –CH3 б) CH3 – CH–CH2 –CH3
| |2
CH3 CH2
|1
CH3
2.Называют радикалы и при помощи цифр указывают их место у нумерованных атомов углерода. Число одинаковых радикалов указывают при помощи чисел на греческом языке («ди»-два, «три»-три, «тетра»-четыре и т.д.)
а) 2 – метил… б) 3 – метил …
4.Изомерия и номенклатура.

1.Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот. В лаборатории метан получают при нагревании ацетата натрия CH3COONa с твердым гидроксидом натрия:
CH3COONa+NaOH –-- CH4 +Na2CO3
2.Синтез Вюрца. Этан и другие предельные углеводороды с более длинной цепью можно получить при взаимодействии однородных галогенпроизводных предельных углеводородов с металлическим натрием:
CH3 - I Na
+ –--CH3 – CH3 +2Na I
CH3- I Na
йодметан этан
Первым эту реакцию в 1855 году осуществил французский химик А.Вюрц (реакция Вюрца)
5.Получение.

3. Выделение углеводородов из природного сырья. Источниками предельных углеводородов являются нефть и природный газ. Основной компонент природного газа – простейший углеводород метан, который используется непосредственно или подвергается переработке.
Нефть, извлеченная из земных недр, также подвергается переработке.
4.Изомеризация. Наличие катализаторов изомеризации ускоряет образование углеводородов с разветвленным скелетом из линейных углеводородов: катализатор,450С
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 -------------
н-октан
CH3
|
------CH3 – C – CH2 –CH – CH3
| |
CH3 CH3
изооктан
Добавление катализаторов позволяет несколько уменьшить температуру, при которой протекает реакция.

5.Гидрирование (присоединение водорода) алкенов. В результате крекинга образуется большое количество непредельных углеводородов с двойной связью – алкенов. Уменьшить их можно, добавив в систему водород и катализаторов гидрирования – металлы (платина, палладий, никель):
Pt
CH3–CH2–CH=CH2+H2---- CH3–CH2–CH2–CH3
Крекинг в присутствии катализаторов гидрирования с добавлением водорода называется восстановительным крекингом.
6.Гидролиз карбидов. При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления – 4 (например, карбида алюминия), водой образуется метан:
Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3

Простейший представитель предельных углеводородов – метан – образуется в природе в результате разложения остатков растительных и животных организмов без доступа воздуха. Этим объясняется появление пузырьков газа в заболоченных водоёмах. Иногда метан выделяется из каменноугольных пластов и накапливается в шахтах. Метан составляет основную массу природного газа (80 – 97%). Он содержится и в газах, выделяющихся при добыче нефти. В состав природного газа и нефтяных газов входят также этан C2H6, пропан C3H6, бутан C4H6 и некоторые другие. Газообразные, жидкие и твердые предельные углеводороды содержаться в нефти.
5.Нахождение в природе.

Метан – газ без цвета и запаха, почти в 2 раза легче воздуха, мало растворим в воде. Этан, пропан, бутан при нормальных условиях – газы, от пентана до пентадекана – жидкости, а следующие гомологи – твердые вещества (таблица 1). Пропан и бутан под давлением могут находиться в жидком состоянии и при обыкновенной температуре.
Как видно по данным таблицы 1, с увеличением относительных молекулярных масс предельных углеводородов закономерно повышается их температуры кипения и плавления.
6.Физические свойства.

1.Наиболее характерными реакциями предельных углеводородов являются реакции замещения. Так, например, при освещении метан реагирует с хлором (при сильном освещении может произойти взрыв):
H H
| t |
H – C – H + Cl –Cl ----H – C –Cl + HCl
| |
H H
хлорметан
7.Химические свойства.

2.Все предельные углеводороды горят с образованием оксида углерода (IV) и воды. Метан горит бесцветным пламенем, с выделением теплоты:
CH4+2O2=CO2+H2O+880 кДж
Смесь метана с кислородом (в объемном отношении 1:2) или с воздухом (1:10) при поджигании сгорает со взрывом. Взрыв может происходить и при др.соотношениях смеси с воздухом.
3.При сильном нагревании(выше 1000 градусов) без доступа воздуха предельные углеводороды разлагаются:
CH4 ----C+2H2
Если метан нагреть до более высокой температуры (1500 градусов), то реакция происходит так:
2CH4 ---- C2H2 +3H2
ацетилен
4.Углеводороды нормального строения под влиянием катализаторов и при нагревании подвергаются реакциям изомеризации и превращаются в углеводороды разветвленного строения:
CH3- CH2- CH2- CH2- CH3 ---- CH3 - CH- CH2- CH3
|
CH3