알칸과 라디칼 표. 알칸 - 정의, 구조, 물리적 및 화학적 특성
화학에서 알칸은 탄소 사슬이 열려 있고 단일 결합을 통해 서로 연결된 탄소로 구성된 포화 탄화수소라고 합니다. 또한 특징알칸은 이중 또는 삼중 결합을 전혀 포함하지 않습니다. 때때로 알칸은 파라핀이라고 불리며, 사실 파라핀은 실제로 포화 탄소의 혼합물, 즉 알칸입니다.
알칸의 공식
알칸의 공식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
이 경우 n은 1보다 크거나 같습니다.
알칸은 탄소 골격의 이성질체가 특징입니다. 이 경우 연결은 다른 기하학적 모양예를 들어 아래 그림과 같이.
알칸 탄소 골격의 이성질체
탄소 사슬의 성장이 증가함에 따라 이성질체의 수도 증가합니다. 예를 들어 부탄에는 두 가지 이성질체가 있습니다.
알칸 얻기
알칸은 일반적으로 다양한 합성 방법으로 얻습니다. 예를 들어, 알칸을 얻는 방법 중 하나는 촉매의 영향과 온도에서 불포화 탄수화물에서 알칸을 추출할 때 "수소화" 반응을 포함합니다.
알칸의 물리적 특성
알칸은 색이 전혀 없다는 점에서 다른 물질과 다르며 물에도 녹지 않습니다. 알칸의 융점은 분자량과 탄화수소 사슬의 길이가 증가함에 따라 상승합니다. 즉, 분지형 알칸이 많을수록 연소 및 용융 온도가 높아집니다. 기체 알칸은 옅은 파란색 또는 무색의 불꽃으로 타면서 많은 열을 방출합니다.
알칸의 화학적 성질
알칸은 강한 시그마 결합 C-C 및 C-H로 인해 화학적으로 비활성인 물질입니다. 이 경우 C-C 결합은 비극성이고 C-H는 약간 극성입니다. 그리고 이들은 모두 시그마 종에 속하는 저편극성 유형의 결합이기 때문에 동질화 메커니즘에 따라 끊어져 라디칼이 형성됩니다. 그리고 그 결과 화학적 특성알칸은 기본적으로 라디칼 치환 반응입니다.
이것이 알칸의 라디칼 치환(알칸의 할로겐화) 공식이 어떻게 생겼는지입니다.
또한 알칸의 질화(Konovalov 반응)와 같은 화학 반응을 구별하는 것도 가능합니다.
이 반응은 140C의 온도에서 진행되며 3차 탄소 원자가 가장 좋습니다.
알칸의 크래킹 - 이 반응은 고온 및 촉매의 작용하에 진행됩니다. 그런 다음 고급 알칸이 결합을 끊고 저차 알칸을 형성할 수 있는 조건이 생성됩니다.
알칸의 구조
알칸은 분자에서 원자가 단일 결합으로 연결되어 있고 일반 화학식에 해당하는 탄화수소입니다. CnH2n+2. 알칸 분자에서 모든 탄소 원자는 상태 sp 3 혼성화.
이것은 탄소 원자의 네 가지 하이브리드 궤도가 모두 모양, 에너지가 동일하고 정삼각형 피라미드의 모서리를 향하고 있음을 의미합니다. 사면체. 궤도 사이의 각도는 109° 28'입니다. 단일 탄소-탄소 결합 주위에서 실질적으로 자유 회전이 가능하며, 알칸 분자는 예를 들어 n-펜탄 분자에서와 같이 탄소 원자에서 사면체(109° 28')에 가까운 각도로 다양한 모양을 취할 수 있습니다.
특히 알칸 분자의 결합을 기억할 가치가 있습니다. 포화 탄화수소 분자의 모든 결합은 단일입니다. 겹침은 원자핵을 연결하는 축을 따라 발생합니다. σ-결합. 탄소-탄소 결합은 비극성이며 극성이 낮습니다. 알칸에서 C-C 결합의 길이는 0.154 nm(1.54×10×10 m)입니다. C-H 결합은 다소 짧습니다. 전자 밀도는 더 전기음성도가 높은 탄소 원자 쪽으로 약간 이동합니다. S-N 연결이다 약한 극성.
메탄의 동종 계열
동족체구조와 성질이 비슷하지만 성질이 다른 물질 하나 이상의 CH 그룹 2 .
탄화수소 제한메탄의 동종 계열을 구성합니다.
알칸의 이성질체 및 명명법
알칸은 소위 구조적 이성질체. 구조 이성질체는 탄소 골격의 구조가 서로 다릅니다. 구조 이성질체를 특징으로 하는 가장 단순한 알칸은 부탄입니다.
알칸에 대한 명명법의 기본을 더 자세히 살펴보겠습니다. IUPAC.
1. 주회로 선택. 탄화수소 이름의 형성은 주쇄의 정의로 시작됩니다. 즉, 분자에서 가장 긴 탄소 원자 사슬이 그 기초입니다.
2. 메인 체인의 원자 번호 매기기. 주쇄의 원자에는 번호가 할당됩니다. 주쇄의 원자 번호는 치환기에 가장 가까운 끝에서 시작합니다(구조 A, B). 치환기가 사슬의 끝에서 동일한 거리에 있는 경우 번호는 더 많은 치환기가 있는 끝에서 시작됩니다(구조 B). 다른 치환기가 사슬의 끝에서 동일한 거리에 있는 경우 번호는 더 오래된 것이 더 가까운 끝에서 시작됩니다(구조 G). 탄화수소 치환기의 우선 순위는 이름이 시작하는 문자가 알파벳에서 메틸(-CH 3), 프로필(-CH 2 -CH 2 -CH 3), 에틸(-CH 2) 순서에 따라 결정됩니다. -CH 3 ) 등
치환기의 이름은 해당 알칸의 이름에서 접미사 -an을 접미사 -yl로 대체하여 형성됩니다.
3. 이름 형성. 숫자는 이름의 시작 부분에 표시됩니다 - 치환기가 위치한 탄소 원자의 수. 주어진 원자에 여러 치환기가 있는 경우 이름의 해당 번호는 쉼표(2,2-)로 구분하여 두 번 반복됩니다. 숫자 뒤에 하이픈은 치환기의 수(디-2, 3-3, 테트라-4, 펜타-5)와 치환기 이름(메틸, 에틸, 프로필)을 나타냅니다. 그런 다음 공백과 하이픈 없이 - 메인 체인의 이름. 주쇄는 메탄 (메탄, 에탄, 프로판 등)의 동종 계열의 구성원 인 탄화수소라고합니다.
물질의 이름 구조식위에 주어진 것은 다음과 같습니다.
구조 A: 2-메틸프로판;
구조 B: 3-에틸헥산;
구조 B: 2,2,4-트리메틸펜탄;
구조 D: 2-메틸 4-에틸헥산.
분자에 포화 탄화수소가 없음 극성 결합그들에게 이끈다 물에 잘 녹지 않음, 하전 입자(이온)와 상호 작용하지 않음. 알칸에 대한 가장 일반적인 반응은 다음과 같은 반응입니다. 자유 라디칼.
알칸의 물리적 특성
메탄의 동종 계열의 처음 4개 대표자 - 가스. 가장 간단한 것은 메탄입니다. 무색, 무미, 무취의 가스입니다. (04라고 불러야 하는 느낌이 있는 "가스"의 냄새는 메르캅탄의 냄새에 의해 결정됩니다. - 가정에서 사용되는 메탄에 특별히 첨가된 황 함유 화합물 주변 사람들이 누출 냄새를 맡을 수 있도록 산업용 가스 기구).
구성 탄화수소 와 함께 5 시간 12 ~ 전에 와 함께 15 시간 32 - 액체; 더 무거운 탄화수소는 고체입니다. 알칸의 끓는점과 녹는점은 탄소 사슬 길이가 증가함에 따라 점차 증가합니다. 모든 탄화수소는 물에 잘 녹지 않으며 액체 탄화수소는 일반적인 유기 용매입니다.
알칸의 화학적 성질
대체 반응.
알칸의 가장 특징적인 반응은 다음과 같습니다. 자유 라디칼 치환, 그 동안 수소 원자는 할로겐 원자 또는 일부 그룹으로 대체됩니다.
특성의 방정식을 제시합시다. 할로겐화 반응:
과량의 할로겐의 경우 염소화가 더 진행될 수 있습니다. 모든 수소 원자가 염소로 완전히 대체될 때까지:
생성된 물질은 유기 합성의 용매 및 출발 물질로 널리 사용됩니다.
탈수소 반응(수소 분해).
고온(400~600℃)에서 촉매(Pt, Ni, Al 2 O 3, Cr 2 O 3) 위의 알칸이 통과하는 동안 수소 분자가 분리되어 형성 알켄:
탄소 사슬의 파괴를 동반하는 반응. 모든 포화 탄화수소 불타고 있다이산화탄소와 물의 형성과 함께. 특정 비율로 공기와 혼합된 기체 탄화수소는 폭발할 수 있습니다.
1. 포화 탄화수소의 연소는 매우 높은 자유 라디칼 발열 반응입니다. 큰 중요성알칸을 연료로 사용할 때:
에 일반보기알칸의 연소 반응은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
2. 탄화수소의 열분해.
프로세스는 다음에서 실행됩니다. 자유 라디칼 메커니즘. 온도가 상승하면 탄소-탄소 결합이 균일하게 파열되고 자유 라디칼이 형성됩니다.
이 라디칼은 서로 상호 작용하여 수소 원자를 교환하여 분자를 형성합니다. 알칸 및 알켄 분자:
열분해 반응은 산업 공정의 핵심입니다. 탄화수소 분해. 이 공정은 정유의 가장 중요한 단계이다.
3. 열분해. 메탄을 1000 °C의 온도로 가열하면, 메탄 열분해- 단순 물질로의 분해:
1500 ° C의 온도로 가열하면 형성 아세틸렌:
4. 이성질체화. 선형 탄화수소를 이성질화 촉매(염화알루미늄)로 가열하면 다음과 같은 물질이 형성됩니다. 분기 탄소 골격:
5. 방향족화. 촉매가 있는 상태에서 사슬에 6개 이상의 탄소 원자를 가진 알칸은 고리화되어 벤젠과 그 유도체를 형성합니다.
알칸 분자의 모든 탄소 원자는 sp 3 혼성화 상태에 있기 때문에 알칸은 자유 라디칼 메커니즘에 따라 진행되는 반응에 들어갑니다. 이러한 물질의 분자는 공유 비극성 C-C(탄소-탄소) 결합과 약한 극성 C-H(탄소-수소) 결합을 사용하여 만들어집니다. 그들은 높고 낮은 전자 밀도, 쉽게 분극 가능한 결합, 즉 이러한 결합, 전자 밀도가 다음의 작용하에 이동할 수 있는 영역이 없습니다. 외부 요인들(이온의 정전기장). 결과적으로, 알칸 분자의 결합은 이종 분해 메커니즘에 의해 끊어지지 않기 때문에 알칸은 하전 입자와 반응하지 않습니다.
알칸 개념의 정의로 시작하는 것이 유용할 것입니다. 이들은 포화되거나 제한적입니다.또한 이들은 C 원자의 연결이 단순 결합을 통해 수행되는 탄소라고 말할 수 있습니다. 일반식은 CnH₂n+ 2입니다.
다른 부류와 비교할 때 분자의 H와 C 원자 수의 비율이 최대인 것으로 알려져 있습니다. 모든 원자가가 C 또는 H에 의해 점유된다는 사실 때문에 알칸의 화학적 특성은 충분히 명확하게 표현되지 않으므로 포화 또는 포화 탄화수소라는 문구가 두 번째 이름입니다.
상대적인 화학적 불활성을 가장 잘 반영하는 오래된 이름도 있습니다. 파라핀은 "친화력이 없음"을 의미합니다.
그래서 오늘 대화의 주제는 "알칸: 상동 계열, 명명법, 구조, 이성질체"입니다. 물리적 특성에 관한 데이터도 제공됩니다.
알칸: 구조, 명명법
그들에서 C 원자는 sp3 혼성화와 같은 상태에 있습니다. 이와 관련하여 알칸 분자는 서로뿐만 아니라 H에도 연결된 사면체 구조 C의 집합으로 설명될 수 있습니다.
C와 H 원자 사이에는 강력하고 매우 낮은 극성의 s 결합이 있습니다. 반면에 원자는 항상 단순 결합을 중심으로 회전하므로 알칸 분자가 다양한 형태를 취하며 결합 길이와 각 사이의 각도가 일정합니다. σ-결합을 중심으로 한 분자의 회전으로 인해 서로 변형되는 형태를 일반적으로 형태라고 합니다.
고려중인 분자에서 H 원자가 분리되는 과정에서 탄화수소 라디칼이라고 불리는 1가 입자가 형성됩니다. 그들은 화합물뿐만 아니라 무기물의 결과로 나타납니다. 포화 탄화수소 분자에서 2개의 수소 원자를 빼면 2가 라디칼을 얻습니다.
따라서 알칸의 명명법은 다음과 같습니다.
- 방사형(이전 버전);
- 대체 (국제, 체계적인). IUPAC에서 제안했습니다.
방사형 명명법의 특징
첫 번째 경우 알칸의 명명법은 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 1개 이상의 H 원자가 라디칼로 대체된 메탄 유도체로서의 탄화수소 고려.
- 매우 복잡하지 않은 연결의 경우 높은 수준의 편의성.
대체 명명법의 특징
알칸의 치환 명명법에는 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 이름의 기본은 1개의 탄소 사슬이고 나머지 분자 단편은 치환기로 간주됩니다.
- 동일한 근수가 여러 개 있는 경우 이름 앞에 숫자가 표시되고(엄밀히 말하면 단어로), 근수는 쉼표로 구분됩니다.
화학: 알칸 명명법
편의를 위해 정보를 표 형식으로 제공합니다.
물질명 | 이름 기반(루트) | 분자식 | 탄소 치환기의 이름 | 탄소 치환기의 화학식 |
위의 알칸 명명법에는 역사적으로 발전된 이름이 포함됩니다(포화 탄화수소 계열의 처음 4개 구성원).
5개 이상의 C 원자를 가진 펼쳐진 알칸의 이름은 주어진 C 원자 수를 반영하는 그리스 숫자에서 파생되므로 접미사 -an은 물질이 일련의 포화 화합물에서 유래되었음을 나타냅니다.
Unfolded alkane을 명명할 때 C 원자의 최대 개수를 포함하는 것을 주쇄로 선택하고 치환기가 가장 작은 수로 번호를 붙입니다. 같은 길이의 사슬이 2개 이상일 경우, 주사슬은 다음을 포함하는 것이 됩니다. 가장 큰 숫자의원들.
알칸의 이성질체
메탄 CH₄은 계열의 탄화수소 조상 역할을 합니다. 메탄 시리즈의 각 후속 대표자는 메틸렌 그룹인 CH₂에서 이전과 차이가 있습니다. 이 규칙성은 전체 알칸 계열에서 추적할 수 있습니다.
독일 과학자 Schiel은 이 시리즈를 상동성이라고 부르는 제안을 했습니다. 그리스어에서 번역 된 것은 "유사한, 유사한"을 의미합니다.
따라서 상동 계열은 유사한 화학적 특성을 가진 동일한 유형의 구조를 갖는 관련 유기 화합물의 집합입니다. 상동체는 주어진 시리즈의 구성원입니다. 상동 차이는 2개의 인접한 상동체가 다른 메틸렌 기입니다.
앞에서 언급했듯이 포화 탄화수소의 조성은 일반식 CnH₂n + 2를 사용하여 표현할 수 있습니다. 따라서 메탄 다음 동족 계열의 다음 구성원은 에탄 - C₂H₆입니다. 메탄에서 구조를 유도하려면 1개의 H 원자를 CH₃로 대체해야 합니다(아래 그림).
각 후속 상동체의 구조는 동일한 방식으로 이전 상동체에서 파생될 수 있습니다. 결과적으로 프로판은 에탄(C₃H₈)에서 형성됩니다.
이성질체란 무엇입니까?
이들은 동일한 정성적 및 정량적 분자 조성(같은 분자식)을 갖지만 다른 물질입니다. 화학 구조, 다른 화학적 성질을 가질 뿐만 아니라.
위의 탄화수소는 끓는점과 같은 매개 변수가 다릅니다. -0.5 ° - 부탄, -10 ° - 이소부탄. 이 유형이성질체는 탄소 골격 이성질체라고하며 구조 유형을 나타냅니다.
구조 이성질체의 수는 탄소 원자 수가 증가함에 따라 급격히 증가합니다. 따라서 C₁₀H₂₂는 75개의 이성질체(공간적인 것은 포함하지 않음)에 해당하고 C₁₅H₃₂의 경우 4347개의 이성질체가 이미 알려져 있으며 C₂₀H₄₂ - 366,319입니다.
따라서 알칸이 무엇인지, 상동 계열, 이성질체, 명명법이 이미 명확해졌습니다. 이제 IUPAC 명명 규칙으로 넘어갈 차례입니다.
IUPAC 명명법: 이름 형성 규칙
첫째, 탄화수소 구조에서 가장 길고 최대 수의 치환기를 포함하는 탄소 사슬을 찾는 것이 필요합니다. 그런 다음 치환기가 가장 가까운 끝에서 시작하여 사슬의 C 원자 번호를 매겨야 합니다.
둘째, 염기는 직쇄 포화 탄화수소의 이름으로, C 원자 수로 볼 때 가장 주쇄에 해당합니다.
셋째, 염기 앞에 치환기가 위치한 위치의 수를 표시해야합니다. 그 뒤에 하이픈이 있는 대체 이름이 옵니다.
넷째, 동일한 치환기가 존재하는 경우 다른 원자 C 위치가 결합되고 다중 접두사가 이름 앞에 나타납니다. di - 2개의 동일한 치환기, three - 3, tetra - 4, penta - 5 등입니다. 숫자는 쉼표로 서로 구분해야 합니다. , 그리고 단어에서 - 하이픈.
동일한 C 원자가 한 번에 두 개의 치환기를 포함하는 경우 위치도 두 번 기록됩니다.
이 규칙에 따라 알칸의 국제 명명법이 형성됩니다.
뉴먼 예측
이 미국 과학자는 형태의 그래픽 데모를 위한 특별한 투영 공식인 Newman 투영을 제안했습니다. A 및 B 형식에 해당하며 아래 그림에 나와 있습니다.
첫 번째 경우에 이것은 A 차폐 구조이고 두 번째 경우에는 B 억제 구조입니다. 위치 A에서 H 원자는 최소 거리서로에게서. 이 형태는 그들 사이의 반발력이 가장 크기 때문에 에너지의 가장 큰 값에 해당합니다. 이것은 에너지적으로 불리한 상태이며, 그 결과 분자가 그것을 떠나 더 안정적인 위치 B로 이동하는 경향이 있습니다. 여기서 H 원자는 가능한 한 멀리 떨어져 있습니다. 따라서 이러한 위치 간의 에너지 차이는 12kJ/mol이므로 메틸기를 연결하는 에탄 분자의 축을 중심으로 한 자유 회전이 고르지 않습니다. 에너지적으로 유리한 위치에 들어간 후, 분자는 거기에 머문다. 즉, "속도가 느려진다". 그래서 억제라고 합니다. 결과 - 10,000개의 에탄 분자가 이 조건에서 입체 구조의 장애 형태에 있습니다. 실온. 하나는 다른 모양을 가지고 있습니다 - 가려져 있습니다.
포화 탄화수소 얻기
이것이 알칸이라는 것은 기사에서 이미 알려졌습니다(구조, 명명법은 앞에서 자세히 설명했습니다). 그것들을 얻는 방법을 고려하는 것이 유용할 것입니다. 그들은 석유, 천연, 석탄과 같은 천연 자원에서 분리되어 있습니다. 그들은 또한 적용 합성 방법. 예를 들어, H₂ 2H₂:
- 수소화과정 CnH₂n(alkenes)→ CnH₂n+2(alkanes)← CnH₂n-2(alkynes).
- 일산화탄소 C와 H의 혼합물에서 - 합성 가스: nCO+(2n+1)H₂→ CnH₂n+2+nH₂O.
- 카르복실산(그 염)으로부터: 양극에서, 음극에서 전기분해:
- 콜베 전기분해: 2RCOONa+2H₂O→R-R+2CO₂+H₂+2NaOH;
- Dumas 반응(알칼리 합금): CH₃COONa+NaOH(t)→CH₄+Na₂CO₃.
- 오일 크래킹: CnH₂n+2 (450-700°)→ CmH₂m+2+ Cn-mH₂(n-m).
- 연료 가스화(고체): C+2H₂→CH₄.
- C 원자 수가 적은 복합 알칸(할로겐 유도체) 합성: 2CH₃Cl(클로로메탄) +2Na →CH₃-CH₃(에탄) +2NaCl.
- 메탄화물(금속 탄화물)의 물 분해: Al₄C₃+12H₂O→4Al(OH₃)↓+3CH₄.
포화 탄화수소의 물리적 특성
편의상 데이터는 테이블로 그룹화됩니다.
공식 | 알칸 | °C의 녹는점 | 끓는점(°C) | 밀도, g/ml |
t = -165°C에서 0.415 |
||||
t= -100°C에서 0.561 |
||||
t = -45°C에서 0.583 |
||||
t = 0°C에서 0.579 |
||||
2-메틸 프로판 | t = -25°C에서 0.557 |
|||
2,2-디메틸프로판 | ||||
2-메틸부탄 | ||||
2-메틸펜탄 | ||||
2,2,3,3-테트라메틸부탄 | ||||
2,2,4-트리메틸-펜탄 | ||||
n-C₁₀H₂₂ | ||||
n-C₁₁H₂₄ | n-운데칸 | |||
n-C₁₂H₂₆ | n-도데칸 | |||
n-C₁₃H₂₈ | n-트라이데칸 | |||
n-C₁₄H₃₀ | n-테트라데칸 | |||
n-C₁₅H₃₂ | n-펜타데칸 | |||
n-C₁₆H₃₄ | n-헥사데칸 | |||
n-C₂₀H₄₂ | 엔에이코산 | |||
n-C₃₀H₆₂ | n-트라이콘탄 | 1mmHg 성 | ||
n-C₄₀H₈₂ | n-테트라콘탄 | 3mmHg 미술. | ||
n-C₅₀H₁₀₂ | n-펜타콘탄 | 15mmHg 미술. | ||
n-C₆₀H₁₂₂ | n-헥사콘탄 | |||
n-C₇₀H₁₄₂ | n-헵타콘탄 | |||
n-C₁₀₀H₂₀₂ |
결론
이 기사는 알칸 (구조, 명명법, 이성질체, 상동 계열 등)과 같은 개념을 고려했습니다. 방사형 및 대체 명명법의 기능에 대해 조금 설명합니다. 알칸을 얻는 방법이 설명되어 있습니다.
또한 알칸의 전체 명명법이 기사에 자세히 나열되어 있습니다(테스트는 받은 정보를 동화하는 데 도움이 될 수 있음).
첫 번째 유형 중 하나 화합물에서 공부 학교 커리큘럼~에 유기화학, 알칸이다. 그들은 포화 (그렇지 않으면 지방족) 탄화수소 그룹에 속합니다. 그들의 분자는 단일 결합만을 포함합니다. 탄소 원자는 sp³ 혼성화를 특징으로 합니다.
동족체라고 한다 화학 물질누가 가지고 일반 속성및 화학 구조, 그러나 하나 이상의 CH2 그룹에 의해 다릅니다.
메탄 CH4의 경우, 알칸의 일반식은 CnH(2n+2)로 나타낼 수 있습니다. 여기서 n은 화합물의 탄소 원자 수입니다.
다음은 n이 1에서 10 사이인 알칸 표입니다.
알칸의 이성질체
이성질체는 그 물질이다 분자식동일하지만 구조 또는 구조가 다릅니다.
알칸 부류는 탄소 골격 및 광학 이성질체의 2가지 유형의 이성질체가 특징입니다.
부탄 C4H10에 대한 구조 이성질체(탄소 골격의 구조만 다른 물질)의 예를 들어보겠습니다.
광학 이성질체는 분자 구조가 유사하지만 공간에서 결합할 수 없는 2가지 물질이라고 합니다. 광학 또는 거울 이성질체 현상은 헵탄 C7H16으로 시작하는 알칸에서 발생합니다.
알칸을 주기 위해 정확한 이름, IUPAC 명명법 사용. 이렇게 하려면 다음 작업 순서를 사용하십시오.
위의 계획에 따라 다음 알칸에 이름을 지어보도록 합시다.
정상적인 조건에서 CH4에서 C4H10까지의 비분지형 알칸은 기체 물질, C5H12에서 시작하여 C13H28까지 - 액체이며 특정 냄새가 있으며 이후의 모든 것은 고체입니다. 그것은 밝혀 탄소 사슬의 길이가 증가함에 따라 끓는점과 녹는점이 증가합니다.. 알칸의 구조가 더 분지할수록 끓고 녹는 온도가 낮아집니다.
기체 알칸은 무색입니다. 또한이 클래스의 모든 대표자는 물에 녹을 수 없습니다.
기체의 응집 상태를 갖는 알칸은 연소될 수 있다, 불꽃은 무색이거나 옅은 파란색 색조를 띱니다.
화학적 특성
정상적인 조건에서 알칸은 다소 비활성입니다. 이것은 사이의 σ-결합의 강도로 설명됩니다. 원자 C-C및 C-H. 따라서 수행하기 위해서는 특별한 조건(예: 상당히 높은 온도 또는 빛)을 제공해야 합니다. 화학 반응가능해졌습니다.
대체 반응
이러한 유형의 반응에는 할로겐화 및 질화 반응이 포함됩니다. 할로겐화(Cl2 또는 Br2와의 반응)는 가열되거나 빛의 영향을 받을 때 발생합니다. 반응이 순차적으로 진행되는 동안 할로알칸이 형성된다.
예를 들어, 에탄의 염소화 반응을 쓸 수 있습니다.
브롬화도 비슷한 방식으로 진행됩니다.
질화는 HNO3의 약한(10%) 용액 또는 산화질소(IV) NO2와의 반응입니다. 반응 수행 조건 - 온도 140 °C 및 압력.
C3H8 + HNO3 = C3H7NO2 + H2O.
결과적으로 물과 아미노산의 두 가지 제품이 형성됩니다.
분해 반응
분해 반응에는 항상 높은 온도가 필요합니다. 이것은 탄소와 수소 원자 사이의 결합을 끊는 데 필요합니다.
그래서 크랙할 때 700 ~ 1000 °C 사이에 필요한 온도. 반응하는 동안 파괴됩니다. -C-C- 통신, 새로운 알칸과 알켄이 형성됩니다.
C8H18 = C4H10 + C4H8
예외는 메탄과 에탄의 분해입니다. 이러한 반응의 결과, 수소가 방출되고 알킨 아세틸렌이 형성됩니다. 전제 조건은 1500 °C까지 가열하는 것입니다.
C2H4 = C2H2 + H2
1000 ° C의 온도를 초과하면 화합물의 결합이 완전히 파열되어 열분해를 얻을 수 있습니다.
프로필의 열분해 동안 탄소 C가 얻어지고 수소 H2도 방출되었습니다.
탈수소 반응
탈수소화(수소 제거)는 알칸에 따라 다르게 발생합니다. 반응 조건은 400 ~ 600 ° C 범위의 온도와 니켈 또는 백금이 될 수있는 촉매의 존재입니다.
탄소 골격에 2개 또는 3개의 C 원자를 가진 화합물에서 알켄이 형성됩니다.
C2H6 = C2H4 + H2.
분자 사슬에 4-5개의 탄소 원자가 있으면 탈수소화 후 알카디엔과 수소가 얻어집니다.
C5H12 = C4H8 + 2H2.
헥산으로 시작하여 반응 중에 벤젠 또는 그 유도체가 형성됩니다.
C6H14 = C6H6 + 4H2
또한 800 °C의 온도와 니켈이 있는 상태에서 메탄에 대해 수행된 전환 반응에 대해서도 언급해야 합니다.
CH4 + H2O = CO + 3H2
다른 알칸의 경우 전환이 특징적이지 않습니다.
산화 및 연소
200 ° C 이하의 온도로 가열 된 알칸이 촉매의 존재하에 산소와 상호 작용하면 얻은 생성물은 다른 반응 조건에 따라 다를 것입니다. 이들은 알데히드, 카르 복실 산, 알코올의 부류를 대표 할 수 있습니다 또는 케톤.
완전한 산화의 경우 알칸은 최종 생성물인 물과 CO2로 연소됩니다.
C9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10H2O
산화하는 동안 산소의 양이 충분하지 않은 경우, 최종 제품이산화탄소는 석탄이나 CO로 대체됩니다.
이성화 수행
100~200도 정도의 온도가 제공되면 비분지형 알칸의 재배열 반응이 가능해진다. 이성질화를 위한 두 번째 필수 조건은 AlCl3 촉매의 존재입니다. 이 경우 물질의 분자 구조가 변경되고 이성질체가 형성됩니다.
중요한 알칸의 몫은 천연 원료에서 분리하여 얻습니다.. 가장 자주 재활용됨 천연 가스, 메탄 또는 오일을 주성분으로 하는 크래킹 및 정류 공정을 거친다.
또한 알켄의 화학적 특성에 대해서도 기억해야 합니다. 10학년에서 화학 수업에서 공부한 첫 번째 실험실 방법 중 하나는 불포화 탄화수소의 수소화입니다.
C3H6 + H2 = C3H8
예를 들어, 프로필렌에 수소를 첨가하면 단일 생성물인 프로판이 얻어진다.
Wurtz 반응을 사용하여 탄소 원자 수가 2배인 구조 사슬에서 모노할로알칸으로부터 알칸을 얻습니다.
2CH4H9Br + 2Na = C8H18 + 2NaBr.
얻는 또 다른 방법은 소금의 상호 작용입니다. 카르 복실 산가열될 때 알칼리로:
C2H5COONa + NaOH = Na2CO3 + C2H6.
또한 메탄은 때때로 다음에서 얻습니다. 전기 아크(C + 2H2 = CH4) 또는 알루미늄 카바이드가 물과 상호 작용할 때:
Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3.
알칸은 산업에서 저렴한 연료로 널리 사용됩니다. 그리고 그들은 또한 다른 유기 물질의 합성을 위한 원료로 사용됩니다. 이를 위해 합성 가스에 필요한 메탄이 일반적으로 사용됩니다. 일부 다른 포화 탄화수소는 합성 지방을 얻는 데 사용되며 윤활유의 기초로도 사용됩니다.
"알칸" 주제를 가장 잘 이해하기 위해 물질의 구조, 이성질체 및 명명법과 같은 주제와 화학 반응의 메커니즘을 자세히 설명하는 하나 이상의 비디오 강의가 만들어졌습니다.
알칸 :
알칸은 모든 원자가 단일 결합으로 연결된 분자의 포화 탄화수소입니다. 공식 -
물리적 특성 :
- 분자량과 주요 탄소 사슬 길이에 따라 녹는점과 끓는점이 증가합니다.
- 정상적인 조건에서 CH 4 에서 C 4 H 10 까지의 비분지형 알칸은 기체입니다. C 5 H 12 에서 C 13 H 28 - 액체; C 14 H 30 이후 - 솔리드 바디.
- 녹는점과 끓는점은 덜 분지된 것에서 더 많은 분지로 감소합니다. 예를 들어, 20°C에서 n-펜탄은 액체이고 네오펜탄은 기체입니다.
화학적 특성:
· 할로겐화
이것은 대체 반응 중 하나입니다. 가장 적게 수소화된 탄소 원자가 먼저 할로겐화됩니다(3차 원자, 그 다음 2차 원자, 1차 원자가 마지막에 할로겐화됨). 알칸의 할로겐화는 단계적으로 발생합니다. 한 단계에서 하나 이상의 수소 원자가 대체되지 않습니다.
- CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl(클로로메탄)
- CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl(디클로로메탄)
- CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 3 + HCl(트리클로로메탄)
- CHCl 3 + Cl 2 → CCl 4 + HCl(테트라클로로메탄).
빛의 작용에 따라 염소 분자는 라디칼로 분해 된 다음 알칸 분자를 공격하여 수소 원자를 취하여 그 결과 메틸 라디칼 CH 3이 형성되어 염소 분자와 충돌하여 파괴하고 새로운 급진파.
· 연소
연료로서의 사용을 결정하는 포화 탄화수소의 주요 화학적 특성은 연소 반응입니다. 예시:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 큐
산소가 없으면 이산화탄소가 다음으로 대체됩니다. 일산화탄소또는 석탄(산소 농도에 따라 다름).
일반적으로 알칸의 연소 반응은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
와 함께 N H2 N +2 +(1,5N+0.5)O 2 \u003d N이산화탄소 + ( N+1) H2O
· 분해
분해 반응은 고온의 영향에서만 발생합니다. 온도가 상승하면 탄소 결합이 끊어지고 자유 라디칼이 형성됩니다.
예:
채널 4 → C + 2H 2 (t > 1000°C)
C 2 H 6 → 2C + 3H 2
알켄 :
알켄은 분자 내에 단일 결합 외에 하나의 이중 탄소-탄소 결합을 포함하는 불포화 탄화수소입니다. 공식은 C n H 2n
탄화수소가 알켄 부류에 속하는 것은 그 이름의 일반 접미사 -ene에 의해 반영됩니다.
물리적 특성 :
- 알켄(단순화)의 녹는점과 끓는점은 주 탄소 사슬의 분자량과 길이에 따라 증가합니다.
- 정상적인 조건에서 C 2 H 4 에서 C 4 H 8 까지의 알켄은 기체입니다. C 5 H 10 에서 C 17 H 34 - 액체, C 18 H 36 - 고체. 알켄은 물에 녹지 않으나 유기용매에는 잘 녹는다.
화학적 특성 :
· 탈수유기 화합물 분자에서 물 분자를 분리하는 과정입니다.
· 중합- 이것은 저분자량 물질의 많은 초기 분자를 큰 고분자 분자로 결합하는 화학 과정입니다.
고분자분자는 많은 동일한 구조 단위로 구성된 고분자량 화합물입니다.
알카디엔 :
알카디엔은 분자 내에 단일 결합 외에 두 개의 이중 탄소-탄소 결합을 포함하는 불포화 탄화수소입니다.
. 디엔은 알킨의 구조적 이성질체입니다.물리적 특성 :
부타디엔은 기체(끓는점 -4.5°C), 이소프렌은 34°C에서 끓는 액체, 디메틸부타디엔은 70°C에서 끓는 액체입니다. 이소프렌 및 기타 디엔 탄화수소는 고무로 중합될 수 있습니다. 정제된 상태의 천연고무는 일반식(С5Н8) n 일부 열대 식물의 유백색 주스에서 얻습니다.
고무는 벤젠, 가솔린, 이황화탄소에 잘 녹습니다. 저온에서는 부서지기 쉽고 가열하면 끈적 거리게됩니다. 고무의 기계적, 화학적 특성을 향상시키기 위해 가황에 의해 고무로 변환합니다. 고무 제품을 얻으려면 먼저 고무와 황, 충전제(그을음, 백악, 점토 및 일부 유기 화합물, 가황을 가속화하는 역할을 합니다. 그런 다음 제품이 가열됩니다 - 뜨거운 가황. 가황하는 동안 황은 고무와 화학적으로 결합합니다. 또한, 가황고무에는 황이 미세한 입자 형태로 자유상태로 함유되어 있다.
디엔 탄화수소는 쉽게 중합됩니다. 디엔 탄화수소의 중합 반응은 고무 합성의 기초가 됩니다. 추가 반응(수소화, 할로겐화, 할로겐화수소화)에 들어갑니다.
H 2 C \u003d CH-CH \u003d CH 2 + H 2 -> H 3 C-CH \u003d CH-CH 3
알킨 :
알킨은 분자가 단일 결합 외에 하나의 삼중 탄소-탄소 결합을 포함하는 불포화 탄화수소입니다.
물리적 특성 :
각자의 방식으로 알킨 물리적 특성상응하는 알켄과 유사하다. 더 낮음(최대 C 4) - 색과 냄새가 없는 가스로 알켄의 비등점보다 비등점이 높습니다.
알킨은 물에 잘 녹지 않으며 유기 용매에 더 잘 녹습니다.
화학적 특성 :
할로겐화 반응
알킨은 1개 또는 2개의 할로겐 분자를 추가하여 해당 할로겐 유도체를 형성할 수 있습니다.
수분 공급
수은염이 있는 경우 알킨은 물을 추가하여 아세트알데히드(아세틸렌의 경우) 또는 케톤(다른 알킨의 경우)을 형성합니다.
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