Właściwości alkanów

1. Ogólna charakterystyka

Zanim przejdziemy do omawiania właściwości alkanów , rozpoczniemy od wprowadzenia kilku (tfu) definicji.

Alkany jako połączenia węgla i wodoru są węglowodorami, a skoro nie mają żadnych wiązań podwójnych czy potrójnych, to przezywamy je także od : węglowodorów nasyconych.

Nasycenie oznacza, że do atomów węgla dołączyliśmy tyle wodorów, ile się maksymalnie dało. Tak samo jak był roztwór nasycony, który oznaczał, że tyle substancji ile się mogło rozpuścić, to się rozpuściło.

Na alkany jest nawet wzór ogólny[1], który zapewne jest ci znany : CnH2n + 2 . Dzięki niemu znając liczbę węgli w alkanie znamy liczbę atomów wodoru, ale tak naprawdę dostarcza nam to jeszcze jednej, powiedziałbym nawet, że ważniejszej informacji.

Znając wzór ogólny, wiemy ile maksymalnie w każdej cząsteczce organicznej może znaleźć się atomów wodoru. Czyli wszystkie cząsteczki, które zostały podane niżej są błędne, nie istnieją, bo mają za dużo wodorów[2]!

Mega ważna informacja, która płynie z oklepanego wzoru ,,na alkany”.

Czyli związki takie jak C2H7O3 , C5H16ClO2 , C8H24 czy C3H10NO2 po prostu nie mogą istnieć.  Alkany można podzielić pod kątem budowy na rozgałęzione oraz nierozgałęzione. Myślę, że te nazwy same się tłumaczą, więc rzucę tylko przykładem :

Przykład alkanu rozgałęzionego i nierozgałęzionego. W przypadku alkenów i alkinów obowiązuje taki sam podział.

2. Właściwości alkanów

Właściwie najważniejsza cecha alkanów do zapamiętania to ich mała (słaba) reaktywność[3]. To dla nas dobra wiadomość, bo będziemy mieć mało reakcji chemicznych związanych z alkanami, które musimy przyswoić.

➦ Temperatura topnienia i wrzenia rośnie w szeregu homologicznym alkanów. Oznacza to, że np. butan będzie miał większe wartości Twrz oraz Ttop niż np. metan czy etan. Omawialiśmy to już wcześniej, a przy okazji mówiliśmy także, że im bardziej rozgałęziony alkan tym mniejsza temperatura wrzenia.

➦ Powyższe zależności przekładają się na stany skupienia alkanów. W warunkach pokojowych, metan, etan, propan i butan są gazami, a pentan jest już cieczą. Oktadekan (18 atomów węgla) będzie już ciałem stałym.

3. Charakterystyka wybranych alkanów

Ach, ulubiona część zapewne każdej osoby, która się uczy chemii organicznej. Pamięciówka!

AlkanMetan (CH4)Inne
CharakterystykaBezwonny, bezbarwny,
nietoksyczny, ale bardzo łatwopalny.
Używany
jako paliwo, składnik gazu ziemnego.
Propan i butan są używane jako paliwo LPG (potoczne
tankowanie ,,gazem„).
Charakterystyka wybranych alkanów

4. Reakcje alkanów

Wszystkie ważne reakcje alkanów wraz z ich wytłumaczeniem znajdziesz w następnym poście.


[1] Zamiast uczyć się na pałę tych wzorów, o wiele fajniej jest je rozumieć. Co prawda z tymi wzorami akurat spotykamy się z perspektywy maturalnej tak często, że one same wchodzą do głowy, jednak zrozumienie genezy tego wzoru, może nas nauczyć myślenia w chemii organicznej, które zaprocentuje przy bardziej niestandardowych zadaniach maturalnych. Przypomnijmy sobie kilka wybranych alkanów wraz z ich wzorami sumarycznymi :

metanetanpropanheksandekan
CH4C2H6C3H8C6H14C10H22
Kilka przykładowych alkanów.

Przypomnij sobie w jaki sposób tworzyło się kolejne alkany (czyli szereg homologiczny) Trzeba dodać jednostkę ーCH2ー .

Tworzenie kolejnych węglowodorów (alkanów) polega na dodawaniu kolejnych fragmentów CH2

Czyli właściwie każdy alkan składa się z dwóch końców, na których jest grupa ーCH3 , a pośrodku jest ileś tam jednostek ーCH2 . Teraz pozostaje to tylko ułożyć w jakiś wzór ogólny. No tak, czyli troszkę się trzeba pobawić matematycznie i nie każdy to lubi, doskonale zdaję sobie z tego sprawę.

Wyprowadzenie wzoru ogólnego alkanów. Tutaj akurat na przykładzie pentanu, ale chodzi tutaj o to, że w środku, pomiędzy dwoma grupami CH3 znajduje się x jednostek CH2

Zobacz, że faktycznie jeśli podstawić za n = x + 2 , to otrzymamy pierwotny (brudnopisowy wzór na alkany), bo wtedy :

[2] Trzeba jednak uważać na taki azot, tam nie da się tego tak szybko ocenić. Spójrzmy na najprostszy organiczny związek z azotem, tak zwaną metyloaminę o wzorze CH3NH2 , co sumarycznie byśmy zapisali jako CH5N, a więc na szybko można by stwierdzić, że jest tam za dużo wodorów. Rozwiązanie zagadki widać w tym wzorze półstrukturalnym − atom azotu sam przyłącza dwa wodory i wszystko się zgadza.

[3] W takim uproszczeniu można by powiedzieć, że wynika to z tego, że w alkanach występują jedynie wiązania CーC oraz     CーH , które są mocne, przez co ciężko je rozerwać, a to jest nam potrzebne do reakcji chemicznych.

Leave a Reply

%d bloggers like this: