Підготовка до ЗНО з хімії

Визначення. Алкани – це насичені вуглеводні з відкритим ланцюгом. Вони утворюють гомологічний ряд із загальною формулою С_nН_2n+2.

Гомологічним рядом називається послідовність подібних за своєю будовою та хімічними властивостями речовин, що відрізняються одна від одної за складом молекул на одну або кілька гомологічних різниць. Гомологічна різниця СН₂ відповідає одному атому вуглецю та двом атомам водню, які не завжди входять до складу однієї СН₂-групи. Приклад гомологічного ряду: СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀.

Номенклатура. Вживають такі загальні назви насичених ациклічних вуглеводнів: алкани, парафіни, насичені аліфатичні вуглеводні. Наведемо назви окремих сполук:

Ізомерія. В гомологічному ряду алканів спостерігається структурна ізомерія – ізомерія вуглецевого ланцюга, зумовлена різним порядком сполучення атомів вуглецю. Метан, етан і пропан ізомерів не мають. Бутан існує у вигляді двох ізомерів, пентан – трьох (табл. 52). Зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі число можливих ізомерів зростає. Гексан існує у вигляді п’яти ізомерів, декан – сімдесяти п’яти.

Електронна будова. В молекулах алканів усі атоми зв’язані сигма-зв’язками, в утворенні яких беруть участь гібридні sp³-орбіталі (рис. 19).

Витягнута грушоподібна форма цих орбіталей забезпечує більше перекривання їх з орбіталями атомів, що приєднуються до вуглецю і цим стабілізують молекулу. Гібридні sp³-орбіталі, перекриваючись з s-орбіталями атомів водню або sp³-орбіталями сусідніх атомів вуглецю, утворюють міцну тетраедричну структуру з чотирма сигма-зв’язками, напрямленими під кутом 109°28’ один до одного (рис. 20).

Молекула метану має форму тетраедра (рис. 21, а). Молекула етану С₂Н₆ містить сім сигма-зв’язків: один зв’язок sp³–sp³ (С–С) і шість sp³–s (С–Н). Вона утворена двома вуглецевими тетраедрами (рис. 21, б).

В інших алканів вуглецевий ланцюг має зигзагоподібну просторову конфігурацію (рис. 22, 23). Молекули алканів неполярні.

Поширення в природі. Алкани є досить поширеними природними сполуками. Вони містяться в нафті, природних і супутних газах.

Фізичні властивості. Температури плавлення та кипіння вуглеводнів підвищуються зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі (табл. 53). Це явище можна пояснити так. Сили міжмолекулярного притягання неполярних молекул вуглеводнів слабкі. З подовженням вуглецевого ланцюга вони збільшуються. Поряд з цим, ізомери з більш розгалуженим ланцюгом мають менші температури плавлення та кипіння.

Усі алкани легші за воду і як неполярні сполуки не розчиняються в ній.

Хімічні властивості. Алкани хімічно інертні, оскільки всі валентності в їх молекулах насичені. Докладно їх хімічні властивості буде розглянуто на прикладі метану СН₄.