Алканы. Гомологич. ряд, номенклатура. Электронное строение, sp3-гибридизация. Физич-е св-ва алканов.

Алканы — ациклические углевод-ды линейного или разветвлённого строения, сод-е только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2. Алканы явл. насыщенными углевод-ми и содержат макс. возможное число атомов H. Каждый атом углерода в молекулах алканов наход-ся в состоянии sp3-гибридизации — все 4 гибридные орбитали атома С идентичны по форме и энергии, 4 связи направлены в вершины тетраэдра под углами 109°28'. Связи C—C представляют собой σ-связи, отлич-ся низкой полярностью и поляризуемостью.

Гомологический ряд: метан(CH4), этан(C2H6), пропан(C3H8), бутан(C4H10), пентан(C5H12), гексан(C6H14), гептан(C7H16), октан(C8H18), нонан(C9H20), декан(C10H22).

Физич-е св-ва:

· Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи.

· При стандартных условиях (давление 105 Па, температура 0 °C), неразветвлённые алканы с CH4 до C4H10 являются газами, с C5H12 до C13H28 — жидкостями, а начиная с C14H30 и далее — твёрдыми вещ-ми.

· Температуры плавления и кипения понижаются от менее разветвлённых к более разветвлённым. Так, например, при 20 °C н-пентан — жидкость, а неопентан — газ.

· Газообразные алканы горят бесцветным или бледно-голубым пламенем с выделением большого количества тепла.

14. Хим. св-ва алканов. Общие представления о механизме цепных радикальных реакций замещения в алканах (на примере реакции галогенирования).

В обычных услов-х: С1- С4 – газы, С5- С15 – жидкие, С16 – твёрдые. Для алканов, как насыщенных УВ, не хар-ны реакции присоединения, но хар-ны реакции замещения, разложения (разрыва С-С связей), элиминирования (отщепления), изомеризации (в том числе циклизации) и окисления в жестких усл-х.

1. Реакции радикального замещения.

В реакциях замещения алканов, легче всего идет замещение при третичном атоме углерода, затем при вторичном, труднее всего - при первичном.

а) галогенирование – условием протекания реакции является УФ-освещение и нагревание. Скорость реакции зависит от активности галогена. Так, F не только замещает атомы H, но и разрушает углеродные связи, а иодирование протекает настолько медленно, что обычно не используется на практике. Чаще всего проводится хлорирование или бромирование алканов, кот/ протекает по гомолитическому (радикальному) механизму. Галогенирование протекает в несколько стадий, в результате чего можно заместить все атомы водорода на атомы хлора.

б) сульфирование – проводится в жестких условиях и протекает с образование сульфокислот. Серная кислота при обыкновенной t не действует на парафины; при высокой t действует как окислитель. При слабом нагревании дымящая серная кислота также может действовать на парафиновые углеводороды, особенно на углеводороды изостроения, образуя сульфокислоту и воду: C6H14+H2SO4+SO3⟶C6H13−SO3H+H2OC6H14+H2SO4+SO3⟶C6H13−SO3H+H2O Прямое сульф-е алканов протекает с трудом и сопровождается окислением.

2. Реакции окисления – включают два вида - полное окисление (сгорание) и неполное окисление в присут-и катализаторов или неорганических окислителей.

а) горение (полное окисление)

2C2H6+7O2⟶4CO2+6H2O+Q2C2H6+7O2⟶4CO2+6H2O+Q

При недостатке кислорода образуется угарный газ или углерод:

2C2H6+5O2⟶4CO+6H2O+Q2C2H6+5O2⟶4CO+6H2O+Q

2C2H6+3O2⟶4C+6H2O+Q2C2H6+3O2⟶4C+6H2O+Q

б) неполное окисление – способность низших парафинов к окислению зависит от длины цепи: с удлинением цепи t окисления понижается. Окисление может протекать как с разрывом, так и без разрыва С-С связей. Условиями протекания реакции неполного каталитич-го окисления явл.температурный режим, повышенное давление и наличие катализатора. Чаще всего в качестве катализатора окисления алканов используют хлорид олова, соли кобальта. Продуктами, в зависимости от условий, могут быть спирты, альдегиды, кетоны или карбоновые кислоты.

Пути использования алканов

Алканы находят широкое применение во многих сферах деят-ти человека. Ни один из нас уже не может представить жизнь без природного газа, основой кот. является метан. Из него также производят технический углерод (сажу), кот. используется в производстве шин, типографской краски. Соединения алканов прим-ся в качестве хладагентов в домашних холодильниках. Ацетилен, кот. получают из метана, используется для сварки и резки металлов. Среди соединений алканов можно выделить галогенопроизводные, такие как хлороформ, четырёххлористый углерод, являющиеся одними из лучших растворителей. Алканы могут применяться в качестве моторного топлива (метан, пропан, бутан), кот. мало загрязняет окружающую среду. Вазелиновое масло (смесь жидких углеводоpодов с числом атомов углерода до 15) - пpозpачная жидкость без запаха и вкуса, используется в медицине, паpфюмеpии и косметике.Вазелин (смесь жидких и твеpдых пpедельных углеводоpодов с числом углеpодных атомов до 25) пpименяется для пpиготовления мазей, используемых в медицине.Паpафин (смесь твеpдых алканов С19-С35) - белая твеpдая масса без запаха и вкуса (tпл= 50-70°C) - пpименяется для изготовления свечей, пpопитки спичек и упаковочной бумаги, для тепловых пpоцедуp в медицине и т.д.