آلکان ها هیدروکربن های اشباع شده هستند. این بدان معناست که هر اتم کربن به یک اتم کربن دیگر متصل است. آلکان ها به صورت زنجیره ای مستقیم، شاخه ای (ایزومری) و حلقوی وجود دارند. برای تعیین فرمول های خاص بر اساس تعداد اتم های کربن می توانید از یک فرمول کلی استفاده کنید. همچنین می توانید به راحتی آلکان ها را با استفاده از استانداردهای IUPAC.

مطالعه مواد خاص در شیمی آلی، مانند آلکان ها، همیشه بر چهار جنبه اصلی متمرکز است:

• فرمول و ساختار
• نامگذاری
• خواص فیزیکی و شیمیایی
• واکنش ها

در این مقاله، سعی می کنیم تا حد ممکن در بحث آلکان ها جامع باشیم، اما اگر می خواهید از A خود حداکثر استفاده را ببرید، باید اطمینان حاصل کنید که درک بنیادی خوبی از مفاهیم اساسی در شیمی معدنی و آلی دارید. بازنگری سطح شیمی

آلکان ها چیست؟

آلکان ها هیدروکربن هستند، یعنی فقط کربن و هیدروژن دارند. فرمول کلی آنها را می توان به صورت سی_nاچ_2n+2.

همانطور که در فرمول مشاهده می کنید، اگر تعداد اتم های کربن را داشته باشید، می توانید به راحتی تعداد اتم های هیدروژن را در یک آلکان تعیین کنید.

آلکان ها اشباع هستند و تنها کووالانسی دارند، اوراق قرضه سیگما، که بسیار قوی هستند و شکستن آنها سخت است. آلکان ها نسبتاً غیر فعال هستند زیرا دارای واکنش هستند آنتالپی بالا:

H = E + PV

H = آنتالپی

E = انرژی

P = فشار

V = حجم

برای شکستن پیوندهای آلکان به انرژی بالاتری نیاز دارید. به عنوان مثال، برای شروع یک واکنش احتراق، به یک جرقه یا شعله برای شروع احتراق نیاز دارید. آلکان ها همچنین می توانند با هالوژن های بسیار واکنش پذیر واکنش دهند، اما آنها تقریباً با عناصر دیگر بی اثر هستند.

آلکان ها چگونه پیوند می خورند؟

آلکان ها دارای پیوندهای کووالانسی و سیگما هستند که به آنها امکان می دهد مولکول های بسیار پایداری داشته باشند. چهار الکترون ظرفیت کربن به اتم اجازه می دهد تا زنجیره های کربنی با هیدروژن های متصل به آنها تشکیل دهد.

الکترونگاتیوهای مشابه هیدروژن و کربن پیوندهای قوی ایجاد می کنند. آنها همچنین غیر قطبی هستند، و آنها را در آب نامحلول می کند. این پیوندها سه نوع ساختار مولکولی را تشکیل می دهند: زنجیره مستقیم، زنجیره شاخه ای و حلقوی.

1. آلکان های زنجیره مستقیم

کربن ها ستون فقرات زنجیره مستقیم (یا خطیآلکان ها، در حالی که هیدروژن ها به هر کربن متصل هستند. از ساده ترین مولکول متان (CH₄) می توان کربن های بیشتری را برای تشکیل یک زنجیره با پیروی از فرمول کلی اضافه کرد سی_nاچ_2n+2.

برای آلکان با سه یا بیشتر کربن، انتهای انتهایی دارای CH است₃ گروه ها در حالی که در بین آن ها CH هستند₂ گروه ها. دو الکترون ظرفیت با دو کربن در زنجیره پیوند دارند در حالی که دو الکترون باقیمانده با هیدروژن پیوند دارند. آنها را سری همولوگ می نامند زیرا کربن های بیشتری را می توان به طور نامحدود به زنجیره اضافه کرد.

ساده ترین مثال یک آلکان متان است (CH₄) ، اما از نظر فنی این نیست آلکان زنجیره مستقیم زیرا فقط یک کربن دارد. بنابراین، ساده ترین مثال از زنجیره آلکان است اتان (C₂اچ₆)، که دارای دو کربن است که یک زنجیره را تشکیل می دهند، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است:

2. آلکان های شاخه دار

آلکان های شاخه دار شکل ایزومری آلکان ها هستند. در حالی که فرمول شیمیایی یکسان است، موقعیت یک اتم یا گروهی از اتم ها متفاوت است. به جای اینکه فقط یک هیدروژن به اجزای جانبی زنجیره اصلی کربن ها متصل شود، یک یا چند جایگزین هیدروکربنی به یک یا چند کربن زنجیره اصلی متصل می شوند.

برای مثال، فرمول شیمیایی هم برای بوتان و هم ایزوبوتان C است₄اچ₁₀. هر دوی آنها چهار کربن و ده هیدروژن دارند. با این حال، ساختار مولکولی مربوطه آنها متفاوت است. تصویر زیر تفاوت ساختاری بین بوتان و ایزومر آن را نشان می دهد:

3. سیکلوآلکان ها

سیکلوآلکان هانفتن ها نیز هیدروکربن های اشباع هستند اما ساختار مولکولی حلقوی یا حلقه مانند دارند. به طور دقیق تر، سیکلوآلکان ها را می توان با فرمول های اسکلتی نشان داد. این فرمول ها تصاویر ساده شده روی یک سطح صاف هستند، در حالی که ساختارهای مولکولی سه بعدی واقعی بیشتر شبیه حلقه های کوبنده هستند.

به عنوان مثال، ساده ترین سیکلوآلکان سیکلوپروپان است (C₃اچ₆) که دارای سه اتم کربن است. فرمول اسکلتی آن با یک مثلث نشان داده شده است.

سیکلوآلکان ها فرمول کلی دارند سی_nاچ_2n. فرمول های اسکلتی آن ها نمایش های چندضلعی منظم تا نه اتم کربن دارند. فراتر از آن، آنها هنوز تک حلقه ای هستند، اما شکل آنها از چند ضلعی های منظم به شش ضلعی های منظم ناقص متصل تغییر می کند. به عنوان مثال، فرمول اسکلتی سیکلودکان (C₁₀اچ₂₀) را می توان با نقاشی زیر نشان داد. این الگو برای سیکلوآلکان های بزرگتر ادامه دارد:

هر گوشه یا رأس نشان دهنده یک اتم کربن است. اگر تعداد گوشه های این تصویر را بشمارید، تعداد کل آن ده می شود.

آلکان ها چگونه نام گذاری می شوند؟

نامگذاری آلکان ها بر اساس استانداردهای اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) است. ترکیب، به‌ویژه تعداد کربن‌ها، موقعیت‌ها و شکل مولکول‌ها، همه در هنگام نام‌گذاری یک آلکان در نظر گرفته می‌شوند.

1. نامگذاری آلکانهای زنجیره مستقیم

در آلکان های زنجیره مستقیم نامگذاری بر اساس استانداردهای IUPAC نسبتاً آسان است. نام ها تعداد اتم های کربن در زنجیره را توصیف می کنند. برای چهار آلکان زنجیره مستقیم اول، می‌توانید به جای نام‌های سیستماتیک از نام‌های ترجیحی IUPAC، که نام‌های رایج نیز هستند، استفاده کنید.

به عنوان مثال، نام سیستماتیک IUPAC بوتان تتراکاربان است که تقریباً هرگز استفاده نمی شود. در نام‌گذاری آلکان‌های زنجیره مستقیم، شما به سادگی از پیشوندهای یونانی که به تعداد کربن‌ها اشاره می‌کنند استفاده می‌کنید و همیشه پسوندهای -ane را در پایان اضافه می‌کنید. در زیر لیستی از ده آلکان اول و فرمول مولکولی آنها آمده است:

• متان: CH₄
• اتان: سی₂اچ₆
• پروپان: C₃اچ₈
• بوتان: C₄اچ₁₀
• پنتان: C₅اچ₁₂
• هگزان: C₆اچ₁₄
• هپتان: C₇اچ₁₆
• اکتان: C₈اچ₁₈
• نونان: سی₉اچ₂₀
• دکان: سی₁₀اچ₂₂

2. نام گذاری آلکان های با زنجیره شاخه ای

نامگذاری آلکان های زنجیره ای شاخه ای می تواند کمی مشکل باشد شما باید چند قانون را دنبال کنید که عبارتند از:

• قانون 1: با شمارش تعداد کربن هر زنجیره مستقیم، زنجیره اصلی را تعیین کنید. طولانی ترین زنجیره بدون انشعاب، یا زنجیره ای که بیشترین اتم کربن را دارد، زنجیره اصلی است. این گاهی اوقات با خم ها به جای یک خط مستقیم نشان داده می شود. با مراجعه به CH می توانید آن را پیدا کنید₃– گروه در غایات افراطی خود.

• قانون 2: محل شاخه را بر اساس عدد ترتیبی کربن زنجیره مادری که به آن متصل است مشخص کنید. شماره گذاری باید از انتهای نزدیکترین شاخه یا گروه عملکردی باشد.

• قانون 3: شاخه یا شاخه های متصل به زنجیره والد را نام ببرید. سپس، مشخص کنید که چند شاخه متصل شده است. اگر بیش از یک شاخه وجود دارد، می توانید از پیشوندهایی مانند di-، tri-، tetra-، penta- و hexa- استفاده کنید.

• قانون 4: هنگام نامگذاری گروه های آلکیل باید به ترتیب حروف الفبا نوشته شوند.

3. نامگذاری سیکلوآلکان ها

سیکلوآلکان ها بدون شاخه‌ها یا پیوست‌های گروه عملکردی نام‌گذاری بسیار آسان است. تنها دو قانون وجود دارد: اول، همیشه از پیشوند “cyclo-” استفاده کنید، و دوم، از همان نام آلکان های زنجیره مستقیم بر اساس تعداد کربن استفاده کنید. ساده ترین سیکلوآلکان سیکلوپروپان است که دارای سه اتم کربن است. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

• سیکلوپروپان: C₃اچ₆
• سیکلوبوتان: C₄اچ₈
• سیکلوپنتان: C₅اچ₁₀
• سیکلوهگزان: C₆اچ₁₂
• سیکلوکتان: C₈اچ₁₆

آلکان ها چگونه با مواد دیگر واکنش نشان می دهند؟

آلکان ها ترکیبات بسیار پایدار و نسبتاً غیر واکنشی هستند. برای شروع یک واکنش، مانند جرقه الکتریکی یا شعله، مقدار زیادی انرژی لازم است.

آلکان ها دارای سه نوع واکنش شیمیایی مستقیم هستند: احتراق، جایگزینی هالوژن و پیرولیز (ترک خوردن). در همین حال، اکسیژن و هالوژن ها مانند کلر با عناصر و مواد دیگر واکنش پذیری بالایی دارند.

1. احتراق آلکان ها

احتراق یک آلکان اساساً یک است واکنش اکسیداسیون که در آن اکسیژن برخی از الکترون ها را از یک آلکان جدا می کند. این یک واکنش گرمازا سریع است. محصول نهایی احتراق کامل یک آلکان آب و دی اکسید کربن است.

2. جایگزینی هالوژن

جایگزینی هالوژن، در غیر این صورت به عنوان هالوژناسیون آلکان ها، به سادگی جایگزینی یک یا چند هیدروژن با یک هالوژن است. یکی از ساده ترین نمونه ها کلرزنی متان است.

3. پیرولیز آلکان ها

پیرولیز آلکان ها، که در صنعت نفت به عنوان “ترک” نیز شناخته می شود، شامل اعمال دماهای بالا (400-450) است.^oج) و کاتالیزورهایی برای تقسیم یک آلکان به محصولات مختلف.

برای اطلاعات بیشتر در مورد منابع شیمی سطح A برای کمک به شما در بازنگری و برای اطلاعات در مورد مطالعه سطح A، ما را بررسی کنید مرکز منابع سطح شیمی.