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
- 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
Ознакомиться с материалом по теме можно здесь.
Тесты в данной категории
Школьная программа без скуки: смысл произведений за 3 минуты, тесты на знание классики и ловушки русского языка. Короткие статьи, которых нет на сайте.
Перемена: игры на пять минут
Все тесты
- Английский язык
- Биология
- Химия
- География
- Окружающий мир
- История
- Русский язык
- Литература
- Биографии
- Краткие содержания
- Анализ стихотворений
- Орфография
- Правоведение
- Пунктуация
- Математика
- Подготовка к ЕГЭ
- Помощь студенту
- Физкультура
- Экономика
- ОБЖ
- Сочинения
- Обществознание
- Стихи
- Физика
- Информатика
- Религия
- Фонетический разбор
- Тест на тему To be going to: значение, правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Конструкция go on: значения, правила употребления, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Be familiar with: значение и правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Британский vs американский английский: в чем разница? 5 вопросов
- Тест на тему Be mad about - как переводится и как использовать в речи 5 вопросов
- Тест на тему Be hooked on в английском языке: значение и примеры предложений 5 вопросов
- Тест на тему История сибирской язвы и как она стала оружием 5 вопросов
- Тест на тему Что такое “железное легкое” и как жилось узникам аппарата 5 вопросов
- Тест на тему Суть и методы клеточной инженерии 5 вопросов
- Тест на тему Злаковые растения - общая характеристика, признаки и список представителей 7 вопросов
- Тест на тему Семейство бобовые - общая характеристика, строение и представители 7 вопросов
- Тест на тему Суровый климат тайги: особенности, влияние на природу 10 вопросов
- Тест на тему Острова и полуострова Зарубежной Европы 10 вопросов
- Тест на тему Уровень урбанизации Африки: города растут, вызовы множатся 5 вопросов
- Тест на тему Уровень и особенности урбанизации Канады 5 вопросов
- Тест на тему Как найти полярную звезду и зачем ее искать? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно знать про контурные карты 5 вопросов
- Тест на тему Сколько в нашем мире языков? 10 вопросов
- Тест на тему Золото: сколько его осталось на планете и что это значит для нас? 10 вопросов
- Тест на тему Русские по всему земному шару: сколько нас на самом деле? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире фамилий? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире самолетов? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире денег? 10 вопросов
- Тест на тему Команда реформ: сподвижники Петра I 10 вопросов
- Тест на тему Экономика и управление: реформы Афанасия Ордина-Нащокина 10 вопросов
- Тест на тему Положение крестьян и указ Павла I о трехдневной барщине 10 вопросов
- Тест на тему Программа Южного общества и декабрист П. И. Пестель 10 вопросов
- Тест на тему Комитет общественного блага или Негласный комитет 10 вопросов
- Тест на тему Планы переустройства России: «Конституция» Муравьева 10 вопросов
- Тест на тему Как выполнить разбор наречия по составу 5 вопросов
- Тест на тему Правила правописания суффиксов наречий 5 вопросов
- Тест на тему Морфологический признак наречий: неизменяемость 5 вопросов
- Тест на тему Чем отличаются и как найти тему и рему в тексте? 5 вопросов
- Тест на тему Способы и примеры образования наречий 5 вопросов
- Тест на тему Особенности и применение составных предлогов 5 вопросов
- Тест на тему История создания рассказа «Матренин двор» А. Солженицына 5 вопросов
- Тест на тему История создания песни «Смуглянка» 5 вопросов
- Тест на тему История создания поэмы “Кому на Руси жить хорошо” Н. Некрасова 5 вопросов
- Тест на тему История создания романа “Как закалялась сталь” Н. Островского 5 вопросов
- Тест на тему История создания оперы М. Глинки «Иван Сусанин» 5 вопросов
- Тест на тему История создания знаменитой песни “Катюша” 5 вопросов
- Тест на тему Биография Владимира Вольфовича Жириновского 5 вопросов
- Тест на тему Биография поэта и писателя Льва Рубинштейна 5 вопросов
- Тест на тему Биография президента Белоруссии Александра Лукашенко 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Афанасия Фета 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Ивана Тургенева 5 вопросов
- Тест на тему Биография писателя и поэта Вячеслава Урюпина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание повести «А тем временем где-то» А. Алексина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии «Мнимый больной» Жана-Батиста Мольера 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии “Доходное место” А. Островского 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание новеллы “Падение дома Ашеров” Эдгара По 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание рассказа “Крепкий мужик” В. Шукшина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание пьесы «Золотая карета» Л. Леонова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Каким бы малым ни был...” К. Кулиева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Цицерон» Ф. Тютчева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Поэт” М. Лермонтова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Пора, мой друг, пора” А. Пушкина 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Шестое чувство» Н. Гумилева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Юбилейное” В. Маяковского 5 вопросов
- Тест на тему Особенности раздельного написания местоимений с предлогами 5 вопросов
- Тест на тему Правописание падежных окончаний прилагательных 5 вопросов
- Тест на тему Правописание слов с непроверяемой безударной гласной в корне 5 вопросов
- Тест на тему Нужно ли ставить запятую к фразе - "с уважением"? 5 вопросов
- Тест на тему «Во-вторых» или «во вторых» – как правильно пишется? 5 вопросов
- Тест на тему "Нету" или "нет" - как правильно писать и говорить? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно сдавать на бухгалтера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на пилота 5 вопросов
- Тест на тему Какие экзамены нужно сдавать на фотографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на хореографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на актера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на режиссера? 5 вопросов
- Тест на тему Реферат по физкультуре на тему: «Здоровое питание» 5 вопросов
- Тест на тему История развития лыжного спорта в разных странах - классификация и интересные факты 6 вопросов
- Тест на тему Важность самоконтроля при занятиях спортом 5 вопросов
- Тест на тему Как выполняются прыжки через козла? 5 вопросов
- Тест на тему Что такое здоровый образ жизни? 5 вопросов
- Тест на тему Как правильно выполнять кувырки? 5 вопросов
- Тест на тему Образ Шарикова в повести «Собачье сердце» М. Булгакова 5 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Невский проспект» Н. Гоголя 5 вопросов
- Тест на тему Московские главы в романе «Мастер и Маргарита» Булгакова 7 вопросов
- Тест на тему Описание образа бирюка из рассказа И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в романе «Отцы и дети» И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Котлован» А. Платонова 7 вопросов
- Тест на тему "Банты" - как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Конечно же» - выделяется ли слово запятыми? 5 вопросов
- Тест на тему «Подчеркивать» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Лифты» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Строку» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Апостроф» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
Последние результаты
С результатом 20 из 20
С результатом 12 из 20
С результатом 8 из 20
