Формула алканов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Алканы (парафины, предельные углеводороды, насыщенные алифатические углеводороды) – ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, в которых атомы углерода связаны между собой только простыми (одинарными) связями.
Общая формула алканов: \(\
\mathrm{C}_{\mathrm{n}} \mathrm{H}_{2 \mathrm{n}+2}
\)\(\
(n \geq 1)
\)
Молекулярные и структурные формулы алканов
Первые представители гомологического ряда алканов:
Молекулярные и структурные формулы алканов
Алканы называются насыщенными углеводородами, поскольку содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp {3} -гибридизации – 4 гибридные орбитали атома углерода равнозначны по форме и энергии и направлены к вершинам тетраэдра:
Тетраэдрическое расположение гибридных орбиталей одинаково для всех атомов углерода в алканах, поэтому молекулы алканов имеют зигзагообразное строение:
Тетраэдрическое расположение гибридных орбиталей одинаково для всех атомов углерода в алканах
При \(\
n > 3
\) у алканов возможна изомерия углеродного скелета:
а при \(\
n > 6
\) – оптическая изомерия.
Алканы химически малоактивны, поскольку одинарные связи \(\
\mathrm{C}-\mathrm{H}
\) и \(\
\mathrm{C}-\mathrm{C}
\) довольно прочные. Все связи в молекулах алканов являются \(\
\sigma
\) -связями, малополярны и слабо поляризуются, поэтому алканы, в основном, вступают в реакции по радикальному механизму (радикальное галогенирование, сульфохлорирование, нитрование, автоокисление).
Основным практически значимым химическим свойством алканов является реакция горения:
\(\
\mathrm{CH}_{4}+2 \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\Delta Q
\)
Из-за большого теплового эффекта таких реакций алканы используются в качестве топлива.
Примеры решения задач по теме «формула алканов»
ПРИМЕР 1
Массовая доля углерода в алкане составляет 83,72%. Определите его молекулярную формулу.
Общая формула алканов \(\
\mathrm{CnH} 2 \mathrm{n}+2
\)
Масса 1 моля алкана равна:
\(\
m\left(C_{n} H_{2 n+2}\right)=(12 n+2 n+2)=14 n+2
\)
Масса углерода в алкане равна:
\(\
m(C)=12 n
\)
Массовая доля углерода в алкане равна:
\(\
\omega(C)=\frac{12 n \cdot 100}{14 n+2}
\)
\(\
\frac{12 n \cdot 100}{14 n+2}=83,72
\)
\(\
27,92 n=167,44
\)
\(\
n=6
\)
Следовательно, молекулярная формула алкана \(\
\mathrm{C} 6 \mathrm{H} 14
\).
Молекулярная формула алкана \(\
\mathrm{C} 6 \mathrm{H} 14
\)
ПРИМЕР 2
Газ, который образовался при полном сгорании 0,1 моль неизвестного алкана, пропустили через избыток известковой воды, при этом выпал осадок массой 60 г. Определите молекулярную формулу и строение данного алкана, если известно, что в его составе есть один четвертичный атом углерода.
Запишем уравнение реакции горения алкана:
\(\
C_{n} H_{2 n+2}+(3 n+1) / 2 O_{2} \rightarrow n C O_{2}+(n+1) H_{2} O
\)
Из уравнения реакции следует, что при сгорании 1 моля алкана, образуется n моль \(\
\mathrm{CO} 2
\).
При пропускании углекислого газа через известковую воду выпадает осадок карбоната кальция:
\(\
C a(O H)_{2}+C O_{2}=C a C O_{3} \downarrow+H_{2} O
\)
Количество вещества карбоната кальция равно:
\(\
n\left(C a C O_{3}\right)=m / M=60 / 100=0,6
\)
По уравнению реакции
\(\
n\left(C O_{2}\right)=n\left(C a C O_{3}\right)=0,6
\) моль
Поскольку при сгорании 0,1 моль алкана выделилось 0,6 моль \(\
\mathrm{CO} 2
\), то n = 6.
Следовательно, молекулярная формула алкана – \(\
\mathrm{CGH} 14
\)
Среди алканов, имеющих формулу \(\
\mathrm{CGH} 14
\), четвертичный атом углерода имеет 2,2-диметилбутан:
\(\
\mathrm{C} 6 \mathrm{H} 14
\) — 2,2-диметилбутан.