FIZIKALNA I KEMIJSKA FIZIKALNA I KEMIJSKA SVOJSTVA ALKANASVOJSTVA ALKANA

FIZIKALNA SVOJSTVA ALKANAFIZIKALNA SVOJSTVA ALKANA

POKUS: Topljivost heksanaPOKUS: Topljivost heksana

U dvije epruvete ulijemo 5 mL heksana.U dvije epruvete ulijemo 5 mL heksana.U prvu epruvetu se zatim dodaje 5 mLU prvu epruvetu se zatim dodaje 5 mLobojene vode i promućka. U drugu obojene vode i promućka. U drugu epruvetu dodamo 5 mL kloroformaepruvetu dodamo 5 mL kloroforma(ili parafinskog ulja) i promućkamo.(ili parafinskog ulja) i promućkamo.

Zabilježite opažanja i objasnite što seZabilježite opažanja i objasnite što sedogodilo.dogodilo.

• alkani su nepolarne građe i među njima postoje samo slabe van der Waalsove privlačne sile → otapanje samo u nepolarnim otapalima, međusobno i u otapalima male polarnosti (benzen, CCl4, kloroform...)

• Gustoća: najmanja od svih organskih spojeva, plivaju na vodi.

• Alkani imaju niska tališta i vrelišta u usporedbi sa drugim vrstama organskih spojeva.

• Vrelišta, tališta i gustoća nerazgranatih alkana rastu s povećanjem njihove relativne molekulske mase. (1-4 C atoma su plinovi, 5-17 tekućine, 18 - < krutine)

• tt/v (razgranati alkan) < tt/v (nerazgranati alkan) (Nerazgranati alkani se pravilnije slažu u kristalu.)

Vrelišta alkanaVrelišta alkana

• kod ravnolančastih alkana tv raste s porastom Mr;

• grananje alkanskog lanca smanjuje tv zbog slabljenja van der Waalsovovih privlačnih sila među molekulama.

tem

per

atu

ra v

reliš

ta (

oC

)

broj ugljikovih atoma

n-alkani

izoalkani

Tališta alkanaTališta alkana• raste s porastom Mr; ravnolančani alkani s parnim brojem C-atoma energijski se povoljnije slažu u čvrstom stanju pa su im tt više.

• razgranati alkani ne slažu se u energetski stabilne spojeve kao ravnolančaste molekule alkana pa zato, za isti broj atoma ugljika, imaju niža tališta.

tem

pera

tura

tal

išta

(o C

)

broj ugljikovih atoma

paran broj C atomaravnolačastihugljikovodika

neparan broj C atomaravnolačastih ugljikovodika

KEMIJSKA SVOJSTVA ALKANAKEMIJSKA SVOJSTVA ALKANA

• alkani nemaju izrazito reaktivne kemijske alkani nemaju izrazito reaktivne kemijske skupine, oni vrlo teško kemijski reagiraju.skupine, oni vrlo teško kemijski reagiraju.

• skloni su reakcijama gorenja, pirolize i skloni su reakcijama gorenja, pirolize i reakcijama supstitucije (zamjene) s reakcijama supstitucije (zamjene) s halogenim elementima.halogenim elementima.

Karakteristične reakcije alkanaKarakteristične reakcije alkana

• SagorijevanjeSagorijevanje

CH3CH2CH2CH3 + O2 CO2 + H2Oheat

8 10132

long-chain alkanes catalyst

shorter-chain alkanes

CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 CHCl3 CCl4+ +heat or light

• Piroliza: krekiranjePiroliza: krekiranje

• HalogeniranjeHalogeniranje

toplina

katalizatoralkani dugih lanaca alkani kratkih lanaca

toplina ili svjetlo

1.1. Reakcije gorenja - oksidacijaReakcije gorenja - oksidacija

• suviškom kisika alkani se oksidiraju (izgaraju) do COsuviškom kisika alkani se oksidiraju (izgaraju) do CO22 i H i H22O O

(kod nepotpunog izgaranja do CO) uz oslobađanje energije (kod nepotpunog izgaranja do CO) uz oslobađanje energije (gorivo): (gorivo):

CHCH44 (g) + 2O (g) + 2O22 (g) (g) → → COCO22 (g) + 2H (g) + 2H22O (l), ∆O (l), ∆rrHHoo = -890 kJ/mol = -890 kJ/mol

2.2. Piroliza: krekiranjePiroliza: krekiranje

• Piroliza Piroliza je zagrijavanje tvari pri visokoj temperaturi je zagrijavanje tvari pri visokoj temperaturi bez pristupa bez pristupa zraka:zraka:

CHCH4 4 → C + 2 H→ C + 2 H22

• • pirolizom metana dobiva se čađa i vodik.pirolizom metana dobiva se čađa i vodik.

• • dobiveni vodik upotrebljava se dalje, na primjer za dobiveni vodik upotrebljava se dalje, na primjer za

sintezu amonijaka.sintezu amonijaka.

• Pri pirolizi metan i etan se razlažu na ugljik i vodik, a ostali alkani na Pri pirolizi metan i etan se razlažu na ugljik i vodik, a ostali alkani na alkane kraćih lanaca npr. Calkane kraćih lanaca npr. C1515HH3232 na C na C1010HH2222 i C i C55HH1010

3.3. HalogeniranjeHalogeniranje

• Iako alkani teško stupaju u kemijske reakcije, s fluorom Iako alkani teško stupaju u kemijske reakcije, s fluorom alkani reagiraju spontano, čak i eksplozivno.alkani reagiraju spontano, čak i eksplozivno.

• Alkani reagiraju samo s Alkani reagiraju samo s halogenim elementimahalogenim elementima, i to , i to samosamo uz uz prisustvo UV svjetlosti. prisustvo UV svjetlosti.

• U reakcijama alkana sa halogenima:U reakcijama alkana sa halogenima:Red reaktivnosti: fluor > klor > brom > jodRed reaktivnosti: fluor > klor > brom > jod

• Događa se reakcija Događa se reakcija supstitucijesupstitucije (zamjene), pri kojoj se atomi (zamjene), pri kojoj se atomi vodika zamjenjuju s atomima halogenih elemenata te nastaje vodika zamjenjuju s atomima halogenih elemenata te nastaje odgovarajući halogenalkan npr.:odgovarajući halogenalkan npr.:

U prvoj reakciji, osim klorovodika, nastaje klormetan, u drugoj diklormetan, u trećoj triklormetan, a u četvrtoj tetraklormetan.

• Svi atomi vodika reagiraju jednako tako da se dobije smjesa svih mogućih monosupstituranih i polisupstituiranih alkana.

Mehanizam kloriranja alkanaMehanizam kloriranja alkana

mehanizam kloriranja metana

Inicijacijski ili početni stupanj

Propagacijski ili napredni stupanj

Terminacijski ili završni stupanj

metilni radikal

1. molekula klora, u smjesi klora i metana, apsorbira 1. molekula klora, u smjesi klora i metana, apsorbira UV zračenjeUV zračenje te nastaju slobodni radikali klora (vrlo te nastaju slobodni radikali klora (vrlo reaktivni i bogati energijom).reaktivni i bogati energijom).

2.2. slobodni radikali klora reagiraju s molekulom slobodni radikali klora reagiraju s molekulom metana – nastaje klorovodik i metilni radikal = metana – nastaje klorovodik i metilni radikal = POČETAK ili INICIJACIJAPOČETAK ili INICIJACIJA..

3.3. metilni radikal reagira zatim s molekulom klora, metilni radikal reagira zatim s molekulom klora, nastaje novi radikal klora koji dalje reagira s nastaje novi radikal klora koji dalje reagira s molekulom alkana itd = molekulom alkana itd = ŠIRENJE ILI PROPAGACIJAŠIRENJE ILI PROPAGACIJA..

4.4. reakcija završava spajanjem dvaju slobodnih reakcija završava spajanjem dvaju slobodnih radikala pri čemu nastaje stabilan produkt = radikala pri čemu nastaje stabilan produkt = ZAVRŠETAK ILI TERMINACIJAZAVRŠETAK ILI TERMINACIJA..

HOMOLITIČKO CIJEPANJE (HOMOLIZA) HOMOLITIČKO CIJEPANJE (HOMOLIZA)

– proces u kojem se cijepa kovalentna veza i svaki atom dobiva 1e-, nastaju SLOBODNI RADIKALI, nestabilne (reaktivne) čestice.

A:B → A⋅+ B⋅ slobodni radikali

HETEROLITIČKO CIJEPANJE (HETEROLIZA)HETEROLITIČKO CIJEPANJE (HETEROLIZA)

– nastaju ioni.

A:B → A+ + B− kation i anion