Сделай Сам Свою Работу на 5

Главный источник сравнительно тяжелых предельных углеводородов – нефть, легких – природный газ. Химические (синтетические) методы получения алканов преимущественно следующие.





1. Гидрирование (взаимодействие с водородом) непредельных углеводородов, например, пропилена

Н3С-СН=СН2 + Н2 Н3С-СН2-СН3

Внимательный читатель, конечно, понял, что реакция гидрирования представляет собой присоединение водорода к субстрату.

2. Восстановление галогенпроизводных на примере 1-хлорпропана.

Н3С-СН2-СН2Cl + H2 Н3С-СН2-СН3 + HCl

3. Гидролиз металлорганических соединений

Н3С-СН2-СН2MgI + HOH ® Н3С-СН2-СН3 + MgOHI

Zn(CH3)2 + 2HOH ® 2CH4 + Zn(OH)2

4. Взаимодействие щелочных металлов с галогенпроизводными

2H3C-CH2Cl + 2Na ® H3C-CH2-СН2-СН3 + 2NaCl

5. Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами. В этом случае образуются алканы, содержащие в молекуле на один атом углерода меньше, чем в исходной соли.

CH3COONa + NaOH ® CH4 + Na2CO3

CH3CH2COONa + NaOH ® C2H6 + Na2CO3

6. Электролиз солей карбоновых кислот. В частном процессе электролиза ацетата натрия суммарная реакция имеет вид

2CH3COONa + 2НOH C2H6 + 2CO2­ + Н2 + 2NaOH

Окисление ацетат-иона происходит на аноде, восстановление воды – на катоде. При этом реализуются частные электродные реакции.

Приведем несколько частных реакций получения определенных алканов.

7. Реакция Фишера – Тропша

СО + 3Н2 СН4 + Н2О(г)



СО + 4Н2 СН4 + 2Н2О(г)

8. Гидролиз карбида алюминия

Al4C3 + 12HOH ® 4Al(OH)3 + 3CH4

Физические свойства алканов

Исходя из самых общих закономерностей, можно отметить следующее. При нормальных условиях (н. у.) алканы с числом углеродных атомов в молекуле С1…С4 – газы, С5…С15 – жидкости, С16 и Сi с i > 16 при н. у. – твердые вещества. В таблице 1 приведены некоторые физические характеристики алканов.

Таблица 1

Физические характеристики некоторых нормальных углеводородов

Формула Название Тпл, °С Ткип, °С Плотность, d a*
СН4 метан -184,0 -161,5 0,4150 (-164 °С) 2,6
С2Н6 этан -172,0 -88,3 0,5610 (-100 °С) 2,6
С3Н8 пропан -189,9 -42,17 0,5853 (-44,5 °С) 6,3
С4Н10 бутан -135,0 -0,6…-0,3 0,60 (0 °С) 8,2
С5Н12 пентан -131,6 36,2 0,6260 1,9
С6Н14 гексан -94,3 69,0 0,6603 13,7
С7Н16 гептан -90,5 98,4 0,6838 15,6
С8Н18 октан -56,5 125,8 0,7036
С9Н20 нонан -53,7 150,8 0,7176
С10Н22 декан -30…-32 174,0 0,7301
С15Н32 пентадекан 270,5 0,7689

a* - поляризуемость молекул

 



Легко видеть, что наблюдается тенденция возрастания Тпл и Ткип алканов с ростом их молекулярной массы или увеличение числа атомов углерода в молекуле. Это объясняется существенной зависимостью дисперсионного типа межмолекулярного взаимодействия (взаимодействия Ван-дер-Ваальса) от массы молекул. Ранее (Ч I настоящего пособия) приведена известная зависимость, характеризующая энергию дисперсионного взаимодействия, которая имеет вид (Ф. Лондон, 1930 г):

,

где h – постоянная М. Планка, n - частота колебаний, соответствующая энергии частиц (атомов) при абсолютном нуле (Т = 0 К), a - поляризуемость частиц, r – расстояние между молекулами. Ориентационным и индукционным взаимодействиями применительно к молекулам алканов можно пренебречь, так как их дипольный момент равен нулю. Таким образом, опосредованно молярная масса алканов учтена в величине их поляризуемости. Более подробно зависимость температуры плавления нормальных парафиновых углеводородов показана на рис. 10 (данные А.Н. Несмеянова и Н.А. Несмеянова).

Рис. 10. Зависимость температуры плавления нормальных парафиновых углеводородов от числа атомов углерода в молекуле.

 

Интересно было выяснить, как влияет разветвление алканов на физические характеристики соединений. Соответствующие данные представлены в таблице 2.

Таким образом, разветвленные алканы кипят и плавятся при более низких температурах, чем вещества нормального строения. В ряде случаев это связывается с большим размером расстояний между отдельными взаимодействующими молекулами в конденсированном (твердом и жидком) состоянии, что выражается в снижении константы дисперсионного взаимодействия. На научном языке это связывается со стерическим (упаковочным) фактором. Чем меньше степень разветвления, тем плотнее упаковка молекул, например, в твёрдом состоянии, тем сильнее силы взаимного притяжения между ними и тем больше энергии (в том числе тепловой) требуется для перевода вещества в жидкое состояние.



Таблица 2

Влияние разветвления молекул алканов на их физические характеристики

Формула Название Тпл, °С Ткип, °С Плотность, d
Н3С-СН2-СН2-СН3 н-бутан -135,0 -0,6…-0,3 0,60 (0 °С)
(СН3)2СН-СН3 изобутан -145,0 -10,2 0,6030 (19 °С)
Н3С-СН2-СН2-СН2-СН3 н-пентан -131,6 36,2 0,6260
(СН3)2СН-СН2-СН3 изопентан -160,5 28,0 0,6197
Н3С-(СН2)4-СН3 н-гексан -94,3 69,0 0,6603
    2-метилпентан - 60,0 0,6540
    3-метилпентан - 64,0 0,6760 (15 °С)
    2,2-диметил-бутан -98,2 49,7 0,6487
    2,3-диметил-бутан -135,1 58,1 0,6680 (17 °С)

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.