Алканы - химические и физические свойства
В данной статье мы рассмотрим такие соединения органической химии, как алканы - наиболее простейшие вещества органического характера. Подробно изучим все основные аспекты строения, различных свойств и узнаем о способах получения данных веществ и областях их применения.
Содержание:
Алканы и их строение на примере метана
Алканами или предельными углеводородами являются такие углеводороды, в которых углеродные атомы соединены между собой одинарными связями, а все остальные их валентности затрачены на связывание с атомами водорода. Рассмотрим особенности строения алканов, взяв молекулу метана. Итак, метан является самым простым по строению алканом. Он имеет формулу CH4 и представляет собой легкий газ без цвета и запаха, малорастворимый в воде. Электронная плотность в молекуле этого вещества смещена к единственному углероду, из-за большей электроотрицательности данного элемента.
- Углерод находится в sp3-гибридизации - атом C обладает четырьмя гибридизованными орбиталями. Из-за перекрывания четырьмя гибридными орбиталями s-электронных облаков атомов водорода, появляются сигма-связи типа C-H. Вытянутая форма электронных облаков способствует более полному перекрыванию с электронными облаками других атомов. Выделяется больше энергии и образуются гораздо более прочные связи.
- Валентный угол = 109 градусов 28 минут.
- Форма молекулы (рис.1) - молекула метана представляет собой обыкновенный тетраэдр, в центре которого находится углерод, соединенный четырьмя простыми связями с атомами водорода. Водороды располагаются при вершинах фигуры.
- Длина простой углерод-углеродной сигма-связи = 0,154 нм.
Важно! 1874 год - химики Вант-Гофф и Жан-Лебель выдвинули теорию о подобном тетраэдрическом строении метана. Их теория была подтверждена после того, как американский ученый Лайнус Полинг выдвинул идею гибридизации.
Гомологический ряд и изомерия алканов
Здесь перечислим первые десять представителей класса алканов, которые необходимо выучить наизусть. Одним из них является метан, а все остальные - его гомологи:- метан - CH4
- этан - C2H6
- пропан - C3H8
- бутан - C4H10
- пентан - C5H12
- гексан - C6H14
- гептан - C7H16
- октан - C8H18
- нонан - C9H20
- декан - C10H22

Номенклатура или правила называния предельных углеводородов
Существует некий алгоритм того, как правильно называть алканы различного строения (разветвленные, неразветвленные):- Найти и отметить наиболее длинную цепь атомов углерода.
- Начать нумерацию с той стороны, к которой ближе разветвленность молекулы.
- Основой названия будет являться углеводород с тем же числом углеродных атомов, что и в самой длинной цепочке.
- Перед основой назвать все заместители с обязательным указанием атомов C, к которым они присоединены.
- При написании названия предельного соединения цифры отделить друг от друга запятыми, а цифры от слов - дефисами.
Физические свойства предельных соединений
При изучении каждого органического и неорганического вещества следует иметь представление о его агрегатном состоянии, различных способностях и ценных качествах. Итак:- Вещества, которые начинаются с метана и заканчиваются бутаном - это газы без цвета и запаха.
- Соединения с пентана до углеводорода, имеющего семнадцать углеродных атомов, являются жидкостями без всякого цвета с характерным бензиновым запахом. Могут с легкостью смешиваться друг с другом.
- Все остальные предельные соединения имеют твердое агрегатное состояние, белый цвет и жирную оболочку.
Важно! Помните, что с увеличением молекулярной массы алкана увеличиваются температуры кипения, плавления, а также плотность молекул.
Химические свойства алканов
При изучении любых органических веществ следует обратить особое внимание на их химические свойства. Они являются показателем химической активности и реакционной способности соединения. Алканы не реагируют с концентрированными серной и азотной кислотами. Они не обесцвечивают окраску растворов окислителей, таких как перманганата калия или бромной воды.Реакции замещения
Для алканов свойственны реакции такого типа. Разберем подробнее подвиды реакций замещения.Галогенирование
Алканы взаимодействуют главным образом с бромом и хлором. При взаимодействии метана и хлора на свету получим хлорметан (CH3Cl) и хлороводород. Галогенирование проходит в четыре стадии с поочередным замещением атомов водорода в молекуле метана. На второй, третьей и четвертой стадиях свет уже не является обязательным условием реакции. На второй стадии галогенирования выделяется дихлорметан (CH2Cl2), на третьей - хлороформ (CHCl3), на четвертой - четыреххлористый углерод (CCl4).
Нитрование (реакция Коновалова)
В данном типе реакций возьмем пропан, который взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, находящейся в парах. При температуре в 140 градусов образуется соединение под названием 2-нитропропан и вода соответственно.Сульфирование
Пропан реагирует с концентрированной, дымящейся серной кислотой при термовоздействии. Принцип действия аналогичен реакции нитрования. В данном случае один атом водорода при вторичном углероде замещается на сульфо-группу. Выделится вода и пропан-2-сульфокислота.Дегидрирование
От алканов отщепляется два атома водорода. Процесс идет при катализаторе или платины при температуре. На выходе получаем алкен и водород.Реакции окисления
- Полное сгорание - алканы горят с образованием CO2 и H2O. При этом идет выделение энергии до 900 кДж.
- Неполное сгорание - так сгорает, например, гексан. Он взаимодействует с кислородом и образует CO2, H2O и чистый углерод.
- Окисление в мягких условиях - метан взаимодействует с кислородом в присутствии катализатора и при температуре 200 градусов. В ходе данного взаимодействия могут получиться следующие вещества: метанол (CH3OH), метаналь (CH2O), муравьиная кислота (CH2O2).
Важно! В некоторых случаях окисления идет разрушение углеродной цепочки на два равных осколка.
Реакции изомеризации
Довольно простой тип реакций алканов. В ходе изомеризации из алканов можно получать их изомеры в присутствии катализатора хлорида алюминия и температуры. Например, из нормального бутана с легкостью получаем метилпропан.Реакции пиролиза
Разложение алканов при термическом воздействии (более 1000 градусов):- Этан распадается на углерод и водород;
- Метан разлагается на водород и ацетилен, который впоследствии образует углерод и водород.
Крекинг
Данные реакции идут при термическом воздействии и без доступа воздуха. Алкан буквально делится на две части. Из одной в другую переходит один водород. В итоге мы получаем нормальный алкен и нормальный алкан.Дегидроциклизация
Реакции, в которых от алканов отщепляется водород, и появляется ароматическая связь. Взаимодействие идет при действии катализаторов платиновой группы и температуры. Из гексана мы получаем данным способом бензол, а из гептана - толуол. Данное взаимодействие, кстати, является промышленным способом получения бензола. Теперь вы знаете обо всех химических способностях алканов. Осталось их тщательно проработать и выучить.
Способы получения алканов
В данном пункте изучим различные способы получения предельных углеводородов.Лабораторные способы
- Реакция Вюрца. В ходе нее происходит образование алканов с более длинной углеродной цепочкой. Натрий реагирует с галогеналканами, образуется средняя соль и более крупный алкан.
- Пиролиз солей карбоновых кислот со щелочами. В качестве примера возьмем ацетат натрия в твердом виде и добавим к нему тоже твердый гидроксид натрия. При термическом воздействии образуется карбонат натрия и метан, который требовалось получить.
- Гидролиз карбида алюминия. В данной ситуации карбид алюминия реагирует с водой, и образуются гидроксид алюминия и метан. Особых условий для этой реакции не требуется.
Промышленные способы
- Получение из продуктов перегонки нефти и других ее производных. Продукты перегонки нефти разделяют на отдельные фракции и производят реакции по получению различных веществ, в том числе и алканов.
- Крекинг алканов - из более крупных алканов получают алканы с относительной молекулярной массой. Например, из октадекана (C18H38) получают нонан и нонен.
- Гидрирование - происходит присоединение водорода к алкенам при наличии никелевого катализатора и термовоздействия.
- Получение предельных углеводородов из чистого углерода - углерод присоединяет водород и образует метан. Взаимодействие проходит при термическом воздействии и высоком давлении.
- Получение алканов путем присоединения водорода к углекислому газу. Идет на основе водяного пара и при катализаторе, чаще никелевом.
Применение алканов
Выше были основные методы получения предельных углеводородов. Перейдем к областям применения алканов:- Предельные углеводороды применяют главным образом в промышленности для получения галоген и нитропроизводных водорода, алкенов, различных кислородсодержащих соединений;
- Получили они широкое распространение в парфюмерии (входят в состав духов и красок), технике, медицине;
- Также алканы используются для синтеза полимеров, резины и типографских красок;
- Применяются в качестве средств тушения пожаров.
Тест для закрепления материала
-
1 Назовите характеристики метана:Вопрос 1 из 10
-
2 Какой вид изомерии характерен для алканов?Вопрос 2 из 10
-
3 Какие химические реакции с участием алканов используют для получения их галоген и нитропроизводных?Вопрос 3 из 10
-
4 Найдите из представленных веществ соответственно изомер и гомолог бутана:Вопрос 4 из 10
-
5 Что происходит с увеличением молекулярной массы алканов?Вопрос 5 из 10
-
6 Назовите вещество, с которым алканы не могут реагировать:Вопрос 6 из 10
-
7 Назовите реакцию, в ходе которой происходит образование алканов с более длинной углеродной цепью:Вопрос 7 из 10
-
8 Найдите пример крекинга алканов:Вопрос 8 из 10
-
9 Назовите лабораторный способ получения алканов:Вопрос 9 из 10
-
10 Назовите последний этап механизма реакций замещения у алканов:Вопрос 10 из 10
Еще тесты
- Анатомия
- Английский язык
- Астрономия
- Биология
- Литература
- История
- Педсовет
- Естествознание
- Финансы и кредит
- Правоведение
- Товароведение
- Экономика
- Социология
- Маркетинг
- Обществознание
- Культурология
- Математика
- Философия
- Русский язык
- Психология
- Политология
- Делопроизводство
- Бухгалтерия
- ОБЖ
- Орфография
- География
- Биографии
- Физика
- Пунктуация
- Краткие содержания
- Химия
- Менеджмент
- Тест на тему Тест по теме Дыхательная система человека 7 вопросов
- Тест на тему Строение человека - анатомия внутренних органов 7 вопросов
- Тест на тему Гормоны - определение, виды, функции, роль в организме человека 5 вопросов
- Тест на тему Лейкоциты в крови - строение, где образуются и разрушаются, норма содержания 5 вопросов
- Тест на тему Одноклеточные организмы - строение , формы и признаки представителей 8 вопросов
- Тест на тему Бесполое размножение - виды, формы и биологическое значение процесса 9 вопросов
- Тест на тему Синтез АТФ - структура, функции и пути образования аденозинтрифосфорной кислоты 7 вопросов
- Тест на тему Биогеоценоз - определение, структура и свойства 5 вопросов
- Тест на тему Символизм в литературе - основные черты и представители направления 6 вопросов
- Тест на тему "У Лукоморья дуб зеленый" - анализ стихотворения Александра Сергеевича Пушкина 8 вопросов
- Тест на тему Родион Раскольников и Соня Мармеладова - история взаимоотношений в романе Ф. М. Достоевского "Преступление и наказание" 6 вопросов
- Тест на тему Семья Мелеховых в романе М. Шолохова "Тихий дон" 7 вопросов
- Тест на тему Отечественная война 1812 года - причины, основные сражения, итоги 7 вопросов
- Тест на тему Правление Ивана Грозного - внутренняя и внешняя политика 7 вопросов
- Тест на тему Образование СССР - причины, этапы становления, состав, итоги 6 вопросов
- Тест на тему Крещение руси князем Владимиром - причины, история, значение принятия христианства 6 вопросов
- Тест на тему Пищевая цепочка в природе - звенья, схемы и примеры цепей 5 вопросов
- Тест на тему Экологические факторы - классификация, примеры, общие закономерности воздействия 5 вопросов
- Тест на тему Биосфера - определение, состав, свойства, границы 5 вопросов
- Тест на тему Возникновение жизни на земле 6 вопросов
- Тест на тему Права и свободы человека и гражданина 5 вопросов
- Тест на тему Унитарное предприятие - виды, признаки, участники, особенности 7 вопросов
- Тест на тему Формы собственности - типы и виды и их характеристика 7 вопросов
- Тест на тему Предпринимательское право - понятие, принципы, предмет и объект, функции 5 вопросов
- Тест на тему Ликвидность предприятия - определение, виды, формула расчета 7 вопросов
- Тест на тему Процентная ставка - понятие, виды, методы расчета и начисления 5 вопросов
- Тест на тему Финансы - определние, сущность, основные функции, виды 7 вопросов
- Тест на тему Коммерческая деятельность - сущность и содержание 7 вопросов
- Тест на тему Статистическое наблюдение - виды, способы, последовательность этапов 6 вопросов
- Тест на тему Социальный контроль - понятие и функции, формы и методы, значение 5 вопросов
- Тест на тему Анкетирование - правила составления и виды вопросов, оформление результатов 5 вопросов
- Тест на тему Социальная группа — понятие, типы, критерии выделения 8 вопросов
- Тест на тему Деятельность человека - основные виды и характеристики 7 вопросов
- Тест на тему Воздушно-десантные войска (ВДВ) - история создания, подразделения, оснащение 7 вопросов
- Тест на тему Субъекты РФ - количество, виды, правовой статус 7 вопросов
- Тест на тему Социальные нормы - понятие, виды и характеристка, функции, примеры 6 вопросов
- Тест на тему Что такое угол 5 вопросов
- Тест на тему Деление в столбик — подробное описание алгоритма решения задач, примеры 10 вопросов
- Тест на тему Вычитание дробей - правила и примеры с решениями 5 вопросов
- Тест на тему Модуль числа - свойства, действия, как решать уравнения и неравенства с модулем 10 вопросов
- Тест на тему Ислам - история возникновения религии, основные положения 7 вопросов
- Тест на тему Мышление - определение, виды, функции, свойства 5 вопросов
- Тест на тему Что такое мораль, ее категории и функции 6 вопросов
- Тест на тему Буддизм - кратко о религии (история возникновения, основные положения, священные книги) 6 вопросов
- Тест на тему Безличные предложения в русском языке 8 вопросов
- Тест на тему Ударение в словах в русском языке - правила и проверка постановки 5 вопросов
- Тест на тему Морфемный разбор слова - правила выполнения с примерами 5 вопросов
- Тест на тему Сложноподчиненные предложения в русском языке 6 вопросов
- Тест на тему Мотивация - определение, виды и типы в психологии, менеджменте 5 вопросов
- Тест на тему Интеллект - понятие, признаки, как развивать, оценка 5 вопросов
- Тест на тему Социализация личности - понятие и сущность, агенты, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Типы темперамента и их психологическая характеристика 5 вопросов
- Тест на тему Органы исполнительной власти РФ - понятие и правовой статус, структура и фунции 7 вопросов
- Тест на тему Европейский союз - история создания, цели, состав 5 вопросов
- Тест на тему Тоталитаризм - определение, характерные черты, плюсы и минусы идеологии 5 вопросов
- Тест на тему Политическая идеология - определение понятия, функции, классификация, особенности 5 вопросов
- Тест на тему Оборотные средства предприятия, их структура, учет и анализ 7 вопросов
- Тест на тему Бюджетная классификация - определение, структура 7 вопросов
- Тест на тему Калькуляция - основные понятия, примеры расчетов себестоимости 7 вопросов
- Тест на тему Бухгалтерский учет материально-производственных запасов на предприятии 8 вопросов
- Тест на тему Пистолет Макарова - шпаргалка по тактико-техническим характеристикам 9 вопросов
- Тест на тему Чрезвычайная ситуация - понятие, типы ЧС, причины возникновения, стадии развития 7 вопросов
- Тест на тему Вооруженные силы Российской Федерации — организационная структура и предназначение 7 вопросов
- Тест на тему ВМФ (Военно-Морской флот) России - структура, история, состав 7 вопросов
- Тест на тему Перу - географическое положение, климат и достопримечательности 9 вопросов
- Тест на тему Климатические пояса Земли - характеристика и особенности 8 вопросов
- Тест на тему Тайга - географическое положение, животный и растительный мир, особенности и характеристика природной зоны 7 вопросов
- Тест на тему Озеро - определение, классификация, признаки 6 вопросов
- Тест на тему Братья Гримм - биография, жизнь и творчество немецких писателей 10 вопросов
- Тест на тему Тамерлан (1336-1405) - биография, жизнь и завоевания великого полководца 10 вопросов
- Тест на тему Максим Горький (1868-1936) - биография, кратко самое важное, интересные факты из жизни писателя 9 вопросов
- Тест на тему Блок Александр Александрович (1880-1921) - биография, жизненный и творческий путь 11 вопросов
- Тест на тему "Ночь перед Рождеством" - краткое содержание повести Н. В. Гоголя 10 вопросов
- Тест на тему "Маленький Мук" - краткое содержание сказки Вильгельма Гауфа 10 вопросов
- Тест на тему "Дворянское гнездо" - краткое содержание романа И.С. Тургенева 8 вопросов
- Тест на тему "Бирюк" - краткое содержание рассказа И.С. Тургенева 10 вопросов
- Тест на тему Серная кислота - химические и физические свойства и реакции 8 вопросов
- Тест на тему Муравьиная кислота - формула, свойства, получение и применение 7 вопросов
- Тест на тему Сложные эфиры - характеристика, классификация и примеры соединений 8 вопросов
- Тест на тему Толуол - формула, свойства и применение химического вещества 8 вопросов
- Тест на тему Оценка персонала - виды, критерии и методы 7 вопросов
- Тест на тему Управление персоналом - задачи, функции, современные подходы 5 вопросов
- Тест на тему Менеджмент предприятий — сущность, виды, задачи и цели 7 вопросов
- Тест на тему Организационная структура предприятия — типы и предназначение 7 вопросов