Предельные углеводороды (алканы). Химические и физические свойства: реакции радикального замещения. Галогенирования, нитрирование, сульфохлорирование, сульфоокисление. Понятие о цепных реакциях.

Физические свойства

В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, а начиная с C₁₈ – твердые вещества. Температуры плавления и кипения алканов их плотности увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями.

Химические свойства

Тривиальное (историческое) название алканов - "парафины" - означает "не имеющие сродства". Алканы химически малоактивны. Низкая реакционная способность алканов обусловлена очень малой полярностью связей С-С и С-Н в их молекулах вследствие почти одинаковой электроотрицательности атомов углерода и водорода. Предельные углеводороды в обычных условиях не взаимодействуют ни с концентрированными кислотами, ни со щелочами, ни даже с таким активным реагентом как перманганат калия.

Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления.

Реакции радикального замещения

Галогенирование алканов протекает по радикальному механизму. Для инициирования реакции необходимо смесь алкана и галогена облучить УФ-излучением или нагреть.

Галогенирование — это одна из реакций замещения. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl (хлорметан) + HCl

Нитрование: RH + HNO₃ → RNO₂ + H₂O.

Сульфохлорирование (реакция Рида):
При облучении УФ-излучениемалканы реагируют со смесью SO₂ и Cl₂

 

11. Предельные углеводороды ряда метана. Химические свойства: крекинг, дегидрирование, изомеризация, дегидроциклизация. Реакция окисления, частичное окисление, образование и распад гидропероксидов (автоокисление). Применение алканов.

Формула	Название
CH4	метан
C2H6	этан
C3H8	пропан
C4H10	бутан
C4H10	изобутан
C5H12	пентан
C5H12	изопентан
C5H12	неопентан
C6H14	гексан
C7H16	гептан
C10H22	декан

 

Из таблицы видно, что эти углеводороды отличаются друг от друга количеством групп - СН2-.Такой ряд сходных по строению, обладающих близкими химическими свойствами и отличающихся друг от друга числом данных групп называется гомологическим рядом. А вещества, составляющие его называются гомологами.

Крекинг. При высокой температуре в присутствии катализаторов предельные углеводороды подвергаются расщеплению, которое называется крекингом. При крекинге происходит гомолитический разрыв углерод-углеродных связей с образованием насыщенных и ненасыщенных углеводородов с более короткими цепями.

CH₃–CH₂–CH₂–CH₃(бутан) ––^400°C> CH₃–CH₃(этан) + CH₂=CH₂(этилен)

Окисление. В обычных условиях алканыустойчивы к действию кислорода и окислителей. При поджигании на воздухе алканы горят, превращаясь в двуокись углерода и воду и выделяя большое количество тепла.

 

В общем виде реакцию горения алканов можно записать следующим образом:

С _n Н_{2 n +2} +(1,5 n +0,5)O₂ → n CO₂ + (n +1)H₂O.

Повышение температуры процесса ведет к более глубоким распадам углеводородов и, в частности, к дегидрированию, т.е. к отщеплению водорода. Так, метан при 1500ºС приводит к ацетилену.
2CH₄ ––^1500°C> H–C = C–H(ацетилен) + 3H₂

Изомеризация.

Алканы нормального строения под влиянием катализаторов и нагревании способны превращаться в разветвленные без изменения состава молекул – изомеризация.

 

 

Применение

Первый в ряду алканов – метан – является основным компонентом природных и попутных газов и широко используется в качестве промышленного и бытового газа.

Средние члены гомологического ряда применяются как растворители и моторные топлива.

Жидкие углеводороды используются как горючее (они входят в состав бензина и керосина). Алканы широко используются в органическом синтезе.