Фізичні властивості алканів

Метан – бутан (СН₄ – С₄Н₁₀) - гази

Пентан - С₁₄Н₃₀ - рідини

С₁₅Н₃₂ і вищі алкани - тверді речовини(парафін).

Хімічні властивості алканів

За хімічними властивостями алкани малоактивні сполуки завдяки

міцним σ - зв’язкам. Вони стійкі до дії кислот, лугів і окисників. Для алканів найбільш характерними будуть реакції заміщення атомів Н на одновалентні атоми або групи атомів, наприклад, галогени.

І. Реакції заміщення

1. реакція галогенування

Це взаємодія алканів з галогенами Cl₂, Br₂, I₂ (тільки не з «хлорною» чи «бромною водою») і при цьому один або всі почергово атоми Н заміщуються на Галоген. Каталізатор – світло, опромінення.

СН₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

хлорметан

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

дихлорметан

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

трихлорметан

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

тетрахлорметан

C₃H₈ + Cl₂ → C₃H₇Cl + HCl

або

C₃H₈ + 8Сl₂ → C₃Сl₈ + 8HCl

На заміщення одного атома Н в алканах необхідно одна молекула галогену.

(Алкани не знебарвлюють «бромну воду»)

2. реакція нітрування або реакція Коновалова

Це реакція алканів з нітратною кислотою в присутності конц. сульфатної кислоти (як каталізатора) і при цьому тільки один атом Н в алканах заміщується на нітро-групу.

HNO₃ - HO-NO₂ – структурна формула нітратної кислоти

-NO₂ - нітро-група

k. H₂SO₄

СН₄ + HO-NO₂ → CH₃NO₂ + H₂O

ІІ. Реакція розкладу

1. реакція крекінгу

Це реакція розкладу алканів на менші алкани і алкени, починаючи з пропану

СН₄ ≠ ; С₂Н₆ ≠

С₃Н₈ → СН₄ + С₂Н₄

Пропан метан етен

2.реакція термічного розкладу

При температурі 1000⁰С алкани розкладаються на вуглець і водень.

СН₄ → С + 2Н₂↑

С₃Н₈ → 3С + 4Н₂↑

Виняток: тільки метан при температурі 1500⁰С розкладається:

2СН₄ → С₂Н₂ + 3Н₂

Етин(ацетилен)

3. Реакція дегідрування(дегідрогенізації)

Це реакція відщеплення молекули водню від алканів (починаючи з етану) і при цьому утворюється алкен і водень. Каталізатор – платина.

С₂Н₆ → Н₂ + С₂Н₄

етен

ІІІ. реакція ізомеризації

Починаючи з бутану нормальні (лінійні) алкани перетворюються в розгалужені алкани і навпаки. Каталізатор – сполуки Алюмінію.

С₄Н₁₀ С₄Н₁₀

_{1 2 3 4 1 2 3}

СН₃─СН₂─СН₂─СН₃ → СН₃─СН─СН₃

Н.-бутан |

⁴СН₃ ізобутан

н. – бутан ізобутан (2-метилпропан)

IV. реакція окиснення

1. реакція горіння (повне і неповне):

Внаслідок реакції повного горіння вуглеводнів утворюється завжди СО₂ і Н₂О.

C₃H₈ + 5О₂ → 3CО₂ + 4H₂О повне окиснення

(2C₃H₈ + 7О₂ → 6CО + 8H₂О) неповне окиснення

(C₃H₈ + 2О₂ → 3C + 4H₂О) неповне окиснення

2C₆H₁₄ + 19О₂ → 12CО₂ + 14H₂О

2. реакція окиснення розчином KMnO₄

Алкани не окислюються розчином KMnO₄ і не знебарвлюють його

Добування алканів

І. СН₄

1. У промисловості одержують метан із природніх родовищ і реакцією:

С + 2Н₂ → СН₄

2. У лабораторії:

А) реакцією алюміній карбіду з водою або кислотами

Al₄C₃ +12H-OH → 3CH₄ ↑ + 4Al(OH)₃↓

або HCl

Б) реакцією натрій етаноату(ацетату) з NaOH:

CH₃COONa +NaOH → CH₄↑ + Na₂CO₃

ІІ. Загальні методи добування

1. Реакція В’юрца

Це реакція двох ! однакових або різних моногалогеналканів з лужними металами при цьому утворюється алкан із більшою кількістю атомів Карбону і сіль.

2СН₃Cl + 2Na → C₂H₆ + 2NaCl

C₂H₅Cl + 2Na + ClCH₃ → C₃H₈ + 2NаСl