単結合の炭素原子と水素原子からなる有機化合物は、アルカンとして知られています .それらは最も単純で反応性の低い炭化水素種です。 アルカン 飽和炭化水素です。 アルカン 化学式=CnH2n+2。 アルカン 3 つのグループに分けられます:
- 直鎖 アルカン
- シクロアルカン アルカン
- 枝分かれしたアルカン
アルカンの特徴 不飽和がないため、実験室の条件下では面白くありません。 アルカンの 2 つの主な商用ソース 石油(原油)と天然ガスです。 アルカンの分子 は、各原子がその記号 (C または H) として示され、化学結合が直線で示される、表示された式によって描くことができます。 アルカンの変動幅 、最も単純なものはメタン (CH4) であり、錯体はペンタコンタン (C50H102) またはテトラデカンの異性体 (C14H30) です。メタンは 1 つの炭素原子と 4 つの水素原子を持ち、残りは水素を炭素原子に置き換えることによって作ることができます。
アルカンの例
- CH4:メタン
- C2H6:エタン
- C3H8:プロパン
- C4H10:ブタン
- C5H12:ペンタン
- C6H14:ヘキサン
- C7H16:ヘプタン
- C8H18:オクタン
- C9H20:ノナン
- C10H22:デカン
アルカンの物理的性質
- アルカン 無色です。
- アルカン と:
最小分子量 (CH4 から C4H10)=気体
中間分子量 (C5H12 から C17H36)=液体
最も重い分子量 (C18H38 以上)=ワックス状の固体 - アルカンの沸点と融点 は重量によって決定され、分子量と直線関係にあります。
- アルカン 水に溶けないので、疎水性と呼ばれます。 C-H と C-C の単結合しかありません。
- アルカン 有機溶剤には溶けますが、水には溶けません。それらが水に溶ける場合、
- ロンドン分散力 - 物質内の分子間力の分解
- 水素結合 - 水中の主要な分子間引力
アルカンの種類
1.直鎖アルカン
ヘビのように炭素が連続した鎖のように結合しています。
これらは n-アルカンとして表されます。
例、
CH3-CH2-CH2-CH3:n-ブタン
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3:n-ペンタン
構造は 2 つの方法で描画できます:
a) すべての炭素原子と水素原子が表示されます。
b) 炭素原子がエッジで表される鎖として描画できます。
2.シクロアルカン
それらは単環式飽和炭化水素です。
環のない化学式=CnH2(n).
水素原子と炭素原子は、単一のループで結合しています。
その構造には単一のリングが含まれています。
環のある化学式=CnH2(n+1-r).
炭素-炭素結合は単結合です。
例、
シクロブタン、シクロヘキサンなど
3.分岐アルカン
直鎖アルカンから派生していますが、アルキル基で分岐しています。
アルキル基:アルカン分子に結合した炭素原子と水素原子のグループ。
例-
2-メチルプロパン。 2-メチルヘプタン、2,3-ジメチルヘキサンなどアルカンの化学的性質
- ほとんどの化合物 アルカン 反応が弱いだけです。
- アルカンの反応 酸素との燃焼反応は、燃焼反応として知られています。
- 酸素がないと、一酸化炭素またはすすが形成されます。
- アルカンの反応 ハロゲン はラジカル ハロゲン化 と呼ばれます 反応 .これは発熱反応です。
- ニッケル触媒の存在下で、アルカン 蒸気と反応して水素を生成します。
- アルキル基は、金属交換反応によって、ある化合物から別の化合物に移動できます。
- 化学反応では、アルカン
- アルカンは、火花の存在下で爆発して炎上し、CO2 と H2O を形成します
- CH4+2O2→CO2+2H2O
- ブタンとイソブタンの混合物はシガレット ライターに使用されています
- 2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
- チャコール ライター液では、C5 から C6 の炭化水素の混合物
- C5H12+8O2→5CO2+6H2O
- ガソリンでは、C6 から C8 の混合物
- 2C8H18+2502→16CO2+18H2O
- 臭素との化学反応により、臭化アルキルが得られます
- CH4+Br2→CH3Br+HBr
アルカンの分解
巨大なアルカンの分解 より小さく、より便利なビットに。つまり、アルカン 高熱を使用してアルケン。これらの反応はクラッキング反応として知られています。
通常、巨大なアルカンの源 ナプサまたは原油(石油)の分別蒸留からの軽油留分です。それらは液体として得られますが、クラッキングの前に気相に再蒸発します。 C15H32 に関する例
C15H32→2C2H4+C3H6+C8H18
アルカンの反応
ハロゲン化アルカン
ハロゲン化 アルカンは、ハロアルカンまたはハロゲノアルカンと呼ばれます。熱の存在下でハロゲンとアルカンが反応すると、ハロアルカンが形成されます。熱にさらされなければ反応は起こりませんが、反応が始まったら熱源を取り除けば反応は続きます。 1 つまたは複数の水素原子をハロゲン (フッ素、ヨウ素、臭素または塩素) に置き換えます。一般式=RX (R=アルキル、X=ハロゲン)
ハロゲン化反応 C-H 結合が切断され、C-X 結合に置き換えられる単純な置換反応です。
たとえば、メタンの塩素化:
CH4+Cl2 + エネルギー → CH3Cl+HCl
動態とレート
ほとんどの反応には追加のエネルギーが必要です。必要なエネルギーは、分子が反応生成物になるのを隔てるエネルギー障壁を通過するために必要です。これらのエネルギー フェンスは、反応の活性化エネルギー/活性化エンタルピーとして知られています。
酸化
フリーラジカル機構により、アルカン CO2 と H2O に酸化できます。アルカンの酸化後に放出されるエネルギーは、燃焼熱として知られています。たとえば、酸化プロパンの燃焼熱は 688 キロカロリー/モルです。
多くの場合、燃焼熱は、異性体炭化水素の相対的な安定性を評価するために使用されます。 2 つのアルカンの燃焼熱の差は、それらのポテンシャル エネルギーの差に変換されます。ポテンシャルエネルギーが低い=より安定した製品。 アルカンで 、分岐異性体はより安定しています。
同族系列では、解放された酸化エネルギーは、メチレン (CH2) 単位が追加されるごとに 157 キロカロリー (約) 増加します。
異性
- アルカン 3 つ以上の炭素原子がさまざまな形で配置されているものは、構造異性体です。
- 分岐のない単鎖に配置された炭素原子は、最も単純な異性体です。
- 異性体の数が増えると、炭素原子の数も増えます。
アルカンの用途
- 中古 暖房と調理用 =プロパン
- 中古 ライターとエアゾール缶で=ブタン
- 中古 靴、皮革製品などの接着剤を製造する=ヘキサン
- ガソリンの主成分=ヘプタン
- 中古 ノック=オクタンを減らすガソリン。
- ガソリンの成分=デカン
- 潤滑油などの主要成分
- CH3Cl:塩化メチル-クロロメタン、使用済み 冷媒として、またシリコーン、メチルセルロース、合成ゴムを製造する
- CH3Cl2:塩化メチル - ジクロロメタン、使用済み 実験室および工業用溶媒として。
- CH3Cl3:クロロホルム - トリクロロメタン、使用済み 工業用溶剤として。
アルカンの効果
- 疑わしい発がん性物質 (がんを引き起こす物質)
- 重度の肝障害
- ドライクリーニングの溶剤や消火器で使用された四塩化炭素 (CCl4) は、使用を推奨されていません。使用量が少なくても、深刻な病気を引き起こす可能性があります。
- 臭素含有化合物は環境に悪影響を及ぼします。
- クロロフルオロカーボンとメタンは温室効果を引き起こします。
- オゾン層破壊
- メタンとエタンは窒息を引き起こします。
- 短鎖アルカン 植物組織に含まれています。
- 自然界ではさまざまな方法で発生 - 非環式アルカン .
- メタン生成古細菌 - 大量のメタンを生成します。炭素循環の終わり
- CO2+4H2→CH4+2H20
- メタン生成菌 - 湿地ガスの生産者
- Candida Tropicale、Pichia などは、炭素またはエネルギー源としてアルカンを使用します。
- アルカン 植物のクチクラやエピクチクラ ワックスなどの植物を、水分の損失、バクテリア、菌類、害虫から保護します。
- 食用植物油には、少数の生物起源のアルカンが含まれています .
- アルカン サメ肝油などの動物性食品にも含まれています。
結論
アルカンの特徴 不飽和がないため、実験室の条件下では面白くありません。 アルカンの 2 つの主な商用ソース 石油(原油)と天然ガスです。ほとんどの反応には追加のエネルギーが必要です。必要なエネルギーは、分子が反応生成物になるのを隔てるエネルギー障壁を通過するために必要です。通常、巨大なアルカンの源 ナプサまたは原油(石油)の分別蒸留からの軽油留分です。それらは液体として得られますが、分解前に気相に再蒸発します。