Эта статья представляет читателю исчерпывающий ответ на вопрос, каковы свойства алканов. Он дает описание химических и физических свойств алканов. Алканы различаются в зависимости от молекулярной массы и молекулярной структуры. В алканах есть два основных молекулярных устройства; а именно, ациклические алканы (C ЧАС_{2n + 2}) а также циклические алканы (C ЧАС_2n). В этой статье основное внимание уделяется ациклическим алканам и их свойствам, а также объясняются различия в свойствах разветвленных и неразветвленных алканов. Разветвленные алканы и неразветвленные алканы обладают разными химическими и физическими свойствами, которые описывают их химическую реакционную способность, характер связывания, плотность и растворимость, причины различий в температуре кипения и температуре плавления. В общем, в этой статье дается ответ «как» и «почему» физические свойства алканов изменяются вдоль ряда алканов.

Что такое алканы

Алканы содержат только атомы углерода и водорода. У них есть только одинарные связи между атомами углерода (связи C-C). Их называют «предельными углеводородами». Органические молекулы, состоящие только из атомов углерода и водорода, называются «углеводородами». Согласно модели орбитальной гибридизации, все атомы углерода в алканах имеют гибридизацию SP3. Они образуют сигма-связи с атомами водорода, в результате чего геометрия молекулы напоминает тетраэдр.

Общая молекулярная формула алканов

Алканы имеют общую молекулярную формулу CnH2n + 2. Самый мелкий алкан - метан (CH4).

Молекулярная структура алканов

Ациклические алканы: В структуре нет кольца. Однако он может иметь разветвленную или неразветвленную молекулярную структуру. Неразветвленные алканы иногда называют н-алканы.

Циклоалканы: В структуре имеется круговое расположение молекул. Циклоалканы имеют общую формулу C ЧАС_2n.

Химические свойства алканов

Реактивность

Алканы инертны по отношению ко многим химическим реагентам. «Парафин» - старое название углеводородов. Оно образовано от латинского слова «parumaffinis», что означает «с малым родством». Причина в том, что связи углерод-углерод (C-C) и углерод-водород (C-H) довольно прочные. Их связи очень трудно разорвать, если алканы не нагреваются до достаточно высоких температур. Связи C-H также прочные, потому что атомы углерода и водорода имеют примерно одинаковые значения электроотрицательности.

Горение

Алканы легко горят на воздухе. Взаимодействие алканов с избытком кислорода называется «горением». В этой реакции алканы превращаются в диоксид углерода (CO₂) и вода.

Реакции горения экзотермичны, что означает выделение тепла. Следовательно, алканы можно использовать в качестве источника энергии.

Физические свойства алканов

Алканы существуют во всех трех формах: в виде газов, жидкостей и твердых тел. Метан, этан, пропан и бутан являются газами при комнатной температуре. Неразветвленные структуры пентана, гексана и гептана являются жидкостями. Алканы с более высокой молекулярной массой являются твердыми веществами.

CH₄ C₄ЧАС₁₀ Газы

C₅ЧАС₁₂ C₁₇ЧАС₃₆ Жидкости

Алканы с более высокой молекулярной массой Мягкие твердые вещества

Растворимость

Алканы - неполярное органическое соединение. Вода - полярный растворитель, поэтому алканы не растворяются в воде. Их называют «гидрофобными» (что означает «ненавидящие воду») соединениями. Они растворены в неполярных или слабополярных органических растворителях. Алканы используются в качестве хороших смазок и консервантов для металлов, потому что они защищают поверхность металла от попадания воды; предотвращает коррозию.

Плотность

Плотность алканов ниже плотности воды. Их плотность составляет около 0,7 г / мл.^-1, считая плотность воды 1,0 г · мл^-1. Например, если мы смешиваем алкан с водой, слой алкана отделяется на поверхности воды, поскольку алканы менее плотны по сравнению с водой и нерастворимы в воде.

Точки кипения

Для неразветвленных алканов точка кипения плавно увеличивается с увеличением количества атомов углерода и молекулярной массы. Более крупные молекулы имеют большую площадь поверхности, что обеспечивает большую способность образовывать ван-дер-ваальсовы взаимодействия (силовые взаимодействия Лондона). Хотя это слабые межмолекулярные силы, они повышают температуру кипения и, таким образом, предотвращают испарение.

Как правило, разветвленные алканы имеют более низкие температуры кипения по сравнению с такими же неразветвленными алканами, имеющими такое же количество атомов углерода. Различия в точках кипения возникают из-за того, что разветвленные алканы более компактны и имеют небольшую площадь поверхности, что способствует уменьшению площади поверхности для лондонских силовых взаимодействий. Это снижает температуру кипения разветвленных алканов.

Точки плавления

Для н-алканов это соответствует тому же изменению, что и температуры плавления; точка плавления увеличивается с увеличением молекулярной массы. Однако существует небольшая разница в температурах плавления между алканами с четным числом атомов углерода и нечетным числом атомов углерода. Алканы с четным числом атомов углерода имеют более высокие температуры плавления, потому что они хорошо упакованы в твердую структуру. Следовательно, для их плавления требуется более высокая температура вдоль ряда алканов. Следовательно, изменение температур плавления не имеет плавной кривой вдоль алкановой серии.

Обычно разветвленные алканы имеют более высокие температуры плавления, чем н-алканы с тем же числом атомов углерода. Разветвленная структура дает более компактную 3D-структуру. Он легко упаковывается в прочную структуру с высокой температурой плавления.

Свойства алканов - Резюме

Алканы - это углеводороды с химической формулой C ЧАС_{2n + 2}. Все атомы углерода гибридизированы SP3 и образуют сигма-связи, направленные к углам тетраэдра. И точка кипения, и точка плавления увеличиваются с увеличением молекулярной массы. Разветвление цепи оказывает большое влияние как на температуру плавления, так и на температуру кипения, но в противоположных направлениях. Разветвление алканов снижает температуру кипения, и наоборот, разветвление алканов повышает температуру плавления. Для ряда н-алканов изменение температуры кипения и плавления показывает восходящий график. Тем не менее, график температур плавления не имеет плавной формы.

Алканы химически стабильны и обычно не участвуют в химических реакциях. Они нерастворимы в полярных растворителях и растворимы в неполярных или слабополярных органических растворителях. Алканы менее плотные, чем вода.

Алканы проявляют изомерию; есть несколько молекулярных структур для одной молекулярной формулы. Их физико-химические свойства меняются со структурой.

КАКОВЫ СВОЙСТВА АЛКЕНОВ