ALKANY Są zbudowane z atomu węgla o hybradacji sp3 wodoru z pojedyńczych wiązań typu σ .4-atomy mają budowę czworościanu foremnego o kącie 109,5 wzór główny CnH2n+2 kolejne związki różnią się gr.CH2 .1-metanCH4 2-etanC2H6 3-propan 4-butan 5pentan 6heksan-7heptan-8oktan-9nonan-10dekan-12dodekan-16heksadekan-20ejkozan-30triakontan.istnienie 2 butanów dlatego ze istnieją rózne powiązania atomów węgla w cząst.
Izomery -zw. które mają ten sam wzór sumaryczny ale różną budowę cząst. Liczba izomerów wzrasta z C np. heksan ma5 izom.heptan-9 oktan-18 .RZĘDOWOSĆ -liczba atomów C związanych z rozpatrywanym atomem ist.zw. od 1-4 NAZEWNICTWO -di tri, tetra PODSTAWNIKI-CnH2n+1np.metyl-CH3 etylCH3-CH2-
Butyl CH3-CH2-CH2-CH2- izopropyl CH3-CH3-CH-
WŁAŚCIWOŚCI FIZ-od 1-4gazy następnie od heptanu do heksadekanu - ciecze zaś ciałami stałymi(temp. wrzenia, temp. topn.) n-pentan(36,-130) 2-metylobutan(28,-160) 2,2-dimetylopropan(9,5 -16) Wszystkie węglowodory są lżejsze od wody gęstość
n-alkanów wzrasta ze wzrostem dł. łańcucha o wartości 0,8g\cm3.Rozpuszczalnosc weglow .określona jest przez ich nie polarny char. Dlatego nie rozpuszczają się w wodzie i silnie polarnych rozpuszczalnikach .Węglow .dobrze rozp. subst. org. np. tłuszcze i lakiery .stałe wegl .rozp. się w węglo. cieklych.
OTRZYMYWANIE-
1 przez uwodornienie węglowodorów. nienasconych:CH2=CH2+H2→ kat CH3 -CH3
2.w wyniku redukcji halogenopochodnych R―X+H2→kat R―H+HX (X =Br,Cl,J) 3.halogenoalkanów sodem(reak. WURTZA)2R―X+2Na→R—R +2NaX
4.przez ogrzewanie soli kw. karboksylowych z wodorotlenkami metali CH3COONa+NaOH→tempCH4+Na2CO3
WŁ.CHEMICZNE-ALKANY są najmniej reakt. zw. dlatego że wiązania są nie spolaryzowane ,oraz wiązania C-C i C-H ze względu na małą różnicę elektro ujemności węgla(2,5)i wodór(2,1) są spolaryzowane w znikomym stopniu. wiązania są bardzo trwałe .rozerwanie tylko z aktywnymi odczynnikami w wys. temp. ,lub inne źródło energii węglo są odporne na działanie kw, zasad ,reduktorów .reakcje podstawienia rodnikowego , 30% energii wytwarzanej na świecie poch. ze spalania gazu ziemnego i produktów naftowych
SPALANIE ALKANÓW : na pdst oktanu:
C8H18 + 12,5 O2→8CO2 + 9H2O Q=500kJ/mol, węglowodory są odporne na działanie kwasów ,zasad , czynników redukujących
1.NITROWANIE -podst. gr.NO2 w miejsce atomu wodoru w temp 250-500 C CH4+HO―NO2→CH3―NO2+H2O
2.FLUOROWCOWANIE ( halogenowanie)zachodzi tylko z aktywnymi fluorowcami . CH4CL2,hvCH3CL CL2,HVCH2CL2----CHCL3---CCL4.
REAKCJA fluorowcowania jest reak. łań.
Cl2→hv 2Cl ; CH4+Cl•→HCL+CH3• ; CH3+Cl2→CH3Cl+Cl• ; CH3Cl+Cl•→HCl+CH2Cl ; CH2Cl•+Cl2→CH2Cl2+Cl• itd.
ROZKŁAD powyżej 1000C węglo ulegają rozkładowi na C i H .ich temp rozkł. zależy od masy cząsteczkowej im większa tym łatwiejszy rozkład
KRAKING-temp 300-700C alkany ulegają odwodornienia i degradacji tworzą mieszaninę węglow. nasyconych ,nienasycone, aromatyczne
CYKLOALKANY są zbudowane z 1-go lub wielu pierścieni atomu C połączonych ze sobą pojed. wiązaniami WZÓR(CH2)n cykloal. Wchodzą w skł. ropy naft ,pochodne cykloalk zawierają skondensowane pierścienie ,są w organizmach rośl. i zwierz są jako witaminy ,hormony , właściwości fiz. Podobne do alkanów oraz reakcje chem wyjątek: cyklopropan, cyklobutan które są nietrwałe i ulegają reakcją rozszczepienia pierścienia.
ALKENY-nienasycone węglowodory łańcuchowe zawierające jedno lub więcej wiązań podwójnych - stan hybrydyzacji sp2 kąt między wiązaniami 120 deg , między atomami węgla występuje wiązanie σ oraz π .podwójne wiązanie jest powodem wyst izomeri położeniowej : dwa izomery butenu :1-buten, 2-buten , oraz możliwość wyst izomeri geometrycznej /cis,trans/ RODZAJE UKŁ WIĄZAŃ : skumulowany:CH2=CH2, sprzężony CH2=CH─CH=CH2, izolowany CH2=CH─CH2─CH2─CH=CH2
WŁ FIZYCZNE ALKENÓW: nieznacznie różnią się od alkanów .Alkeny zawierające od 2 do 4 atomów węgla w cząsteczce są gazami , od 5 do 15 -cieczami , a pozostałe - ciałami stałymi w temperaturze pokojowej. Spalają się świecącym ,kopcącym płomieniem . Alkeny są związkami nie polarnymi i dlatego rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach nie polarnych.
OTRZYMYWANIE wytw wiązania podwójne H H H H
-ELIMINACJA eliminacja wodoru z węglowodorów H-C-C-H- 800 C→ C =C +H2
H H H Hw
Elim wodoru i fluorowca z fluorowcopochodnych :
CH3 H CH3
CH3-C―C―H+ KOH→CH3―C= CH2+H2O +KBr
Br H
Na skalę przemysłową otrzymuje się alkeny w procesie krakingu węglowodorów zawartych w ropie naftowej lub poprzez kataliczne odwodornienie alkanów w podwyższonej temp, w obecności tlenku chromu (VI) - CrO3 jako katalizatora
-ELIMINACJA: halogenowodoru z halogenoalkanu pod wpływem alkoholowego roztworu zasad 1,2-dihalogenowe pochodne pod wpływem cynku również przechodzą w alkeny np.: Br-CH2-CH2-Br+Zn→CH2=CH2+ZnBr2
-NA SKALĘ PRZEM: w procesie krakingu węglowodorów zawartych w ropie naft lub poprzez katalityczne odwodornienie alkanów w podwyższonej temp w obecności tlenku chromu (VI)- CrO3 jako katalizatora: 2CH3-CH2-CH2-CH3→CrO3 temp.1-buten+2-buten.
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE: podwójne wiązanie powoduje że są bardziej aktywne niż alkany , char reakcje: ADDYCJII : przyłączanie podstawników do wiązań wielokrotnych .Wiązanie π wiązania wielokrotnego ulega pęknięciu i tworzą się dwa nowe wiązania σ. 1 przyłączanie fluorowców. Cl i Br przyłączają się do wiązania podwójnego w ciemności i temp pokojowej.-nie ma produktów ubocznych , reakcje przebiegają w dwóch etapach I-powstaje aktywny kation haloniowy który w drugim etapie natychmiast reaguje z anionem fluorowca dając produkt reakcji :===========
2.przyłączanie halogenowodoru alkeny przyłączają chlorowodór , bromowodór jodowodór tworząc fluorowcoalkany ============ 3.przyłączenie wody (uwodnienie) 2-metylopropen + HOH →+H 2-metylo-2-propanol(alkohol izobutylowy)
4.uwodornienie. propen +H2→Pt propan 5.utlenianie manganianem(VII) potasu
propen + 2MnO4- +4H2O→1,2-propanodiol +2MnO2 +2OH- 6.rozszczepianie za pomocą azotu(ozonolioza)- O3 łatwo reaguje z alkenami następuje rozerwanie wiązania podwójnego i powstanie nadtlenku, ozonku. 2-buten + O3 → ozonek
7. Polimeryzacja alkenów - alkeny ulegają polimeryzacji która polega na łączeniu ze sobą mniejszych cząsteczek w większe , bez wydzielania produktów ubocznych. Substrat polimeryzacji to monomer, natomiast produkt tej reakcji to polimer
ALKINY :nienasycone węglowodory zaw jedno lub więcej wiązań potrójnych wiązań ,kąt 180 stopni , 1 wiązanie σ i 2 π wzór: CnH2n-2 (yn,in)
WŁ FIZYCZNE: podobne do alkenów i alkanów ,temp wrzenia i topnienia jest nieco wyższa niż u alkanów i alkenów alkiny są lepiej rozpuszczalne w wodzie niż pozostałe węglowodory spalają się świecącym kopcącym płomieniem, Acetylen(etyn) -stanowi bezbarwny gaz o char zapachu . Nieprzyjemna woń technicznego acetylenu spowodowana jest obecnością zanieczyszczeń w karbidzie . Rozpuszczalność w acetonie : pod norm ciśnieniem 1 objętość acetonu rozpuszcza 25 objętości acetylenu, pod 1,2-2,0 Mpa- 300 obj.
Skroplony eksploduje przy ogrzaniu lub wstrząsie . Mieszaniny z pow (5-80%)
Mają wł wybuchowe. Przechowuje się go i transportuje w butlach stalowych pod ciśnieniem 1,2 Mpa w postaci roztworu w acetonie . Butle są wypełnione porowatą masą , która absorbuje aceton i acetylen
OTRZYMYWANIE ACETYLENU: 1.- w reakcji karbidu z wodą :
CaO+3C→2000CCaC2+CO (karbid) ; CaC2+2H2O→HC≡CH+Ca(OH)2 (etyn-acetylen)
2.termiczny rozkład metanu w temp>1500C : 2CH4→>1500HC≡CH+3H2(acetylen)
3.homologi acetylenu przez przyłączenie fluorowca a następnie odszczepienie dwóch cząstek fluorowcowodoru od powstającego w pierwszym etapie 1,2-difluorowcowodoru
propen→Br21,2dibromopropan→-2HBrCH3─C≡CH(propyn)
WŁ.CHEMICZNE:
I - Reakcje przyłączania
1.przyłączania wodoru-przyłączania wodoru wobec katalizatorów (Pt, Ni) HC≡CH→H2,PtH2→H2,PtH3C-CH3
2.przyłączanie fluorowca i fluorowcowodoru
Etyn + Br v Cl → cis-1,2-dibromoeten(30%) oraz
trans-1.2-dibromoeten(70%)→1,1,2,2-tetrabromoetan ; etyn→HBrH2C=CHBr
3.przyłączanie wody - cząsteczka wody przyłącza się do alkinu dając enol
II-Reakcje polimeryzacji
2.Trimeryzacja acetylenu: podczas przepuszczania acetylenu przez rozgrzaną rurę żelazną lub ogrzewania go w obecności węgla aktywowa powst benzen
1.Dimeryzacja acetylenu:etyn→(winyloacetylen)1-buten-3-yn
III-Reakcje podstawienia
1.Reakcja z sodem HC≡CH + Na→temp HC≡CNa + 0,5H2
2.Reakcje z solami metali ciężkich HC≡CH + 2Cu+→H2O,NH3 CuC≡CCU + 2H+
WYSTĘPOWANIE W PRZYRODZIE węglowodorów nienasyconych które nie są rozpowszechnione w przyrodzie z wyjątkiem alkenów, dienów, polienów należących do rodziny terpenów W jabłku wydzielają się min ilości etylenu 0,1 do 1,0 mg/kg w ciągu doby, w atmosferze zawierającej etylen owoce dojrzewają szybciej.
ARENY: BENZEN: 6 at C tworzących pierścień karbocykliczny i 6 at H- C6H6-pierścień benzenu jest trwałe
WŁ FIZYCZNE BENZENU: toluen, etylobenzen, ksylen są bezbarwnymi cieczami, lżejszymi od wody, nie rozpuszczającymi się w niej, o char zapachu. Benzen, toluen i inne ciekłe węglowodory aromatyczne są dobrymi rozpuszczalnikami węglow stałych a także tłuszczów farb i lakierów. Weglow o pierścieniach skondensowanych jak naftalen, antracen , fenatntren są ciałami stałymi . Benzopiren i inne węglow aromat wyższe o pierścieniach skondensowanych wykazują właściwości rakotwórcze występują one w produktach niecałkowitego spalania i są składnikami zanieczyszczeń atmosferycznych.
OTRZYMYWANIE BENZENU:1. W procesie destylacj smoły węglowej otzrymywanej w wyniku pirolizy węgla kam . 2.z ropy naft- reforming-cyklizacja alkanów i aromatyzacja cykloalkanów . W wyniku działania odp katalizatorów w wys temp =cyklizacja węglowodo oraz odwodornienie prowadzące do powst weglow aromatycznych. W wyniku izomeryzacji z n-alkanów powstają ich rozgałęzione izomery o wys liczbie oktanowej .3. trimeryzacja acetylenu w temp 500C. 4. Za pomocą reakcji WURTZA-FITTIGA *-Br + Br-CH2-CH3 +2Na→*-CH2CH3 + 2NaBr 5. Za pomocą reakcji FRIEDLA-CRAFTSA polegającej na alkilowaniu pierścienia benzenowego w obecności chlporku glonu jako katalizatora.
WŁ CHEMICZNE: Reakcje podstawienia elektrofilowego : czynnikiem atakującym jest kation (E+) lub dodatni biegun spolaryzowanej cząsteczki .Podstawieniu ulega at wodoru związany z atomem węgla . 1.reakcja halogenowania- podstawianie atomu fluorowca w miejsce atomu wodoru związanego z at węgla . Bezpośrednie chlorowanie lub bromowanie zachodzi tylko w obecności katalizatora , którym w procesie chlorowania jest FeCl3 lub AlCl3 natomiast w czasie bromowania FeBr3 lub AlBr3
2.reakcja nitrowania - podstawianie grupy nitrowej -NO2 w miejsce at wodoru. Proces nitrowania wykonuje się mieszaniną stężonych kw azotowego(V) i siarkowego(VI)
2H2SO4 + HNO3 ↔NO2+ +H3O++2HSO4- ; * + NO2+ → *-NO2 + H+
3.reakcja sulfonowania polega na podstawianiu gr sulfonowej -SO3H w miejsce at wodoru * + SO3↔H2SO4 *-SO3H 4.reakcje alkilowania i acylowania działanie halogenków alkilu (R-X) lub acylowych (RCO-X) w obecności bezwodnego halogenku glinu lub innych halogenków metali np.:FeX3 , ZnX2.
REAKCJE PRZYŁĄCZENIA
1.katalityczne uwodornienie benzenu * +3H2 →Ni cykloheksan
2.Jeżeli mieszanina benzenu i chloru zostanie naświetlona światłem ultra fioletowym to następuje przyłączenie chloru do benzenu .Produktem reakcji jest heksachlorocykloheksan właściwościach owadobójczych
UTLENIANIE WEGLOW AROMAT: trudniej ulegaja utlenieniu niż alkeny , dlatego takie utleniacze jak CrO3 , KMnO4 nie atakują benzenu. Dopiero w wyższej temp
Wobec tlenku wanadu (V) - V2O5 jako katalizatora , benzen utlenia się tlenem atmosferycznym do bezwodnika kw maleinowego.
WĘŁOWODORY W TRANSPORCIE MORSKIM: Węglowodory, podstawowy skadnik ropy naftowej i produktow jej przerobu, maja najwiekszy udzial wśród ladunkow transportowanych droga morska .Fakt ten sprawia ,ze do oceanow przedostaje się 5-11mln.t. weglowodorow rocznie .Taka znaczna ilosc zanieczyszczen srodowiska morskiego weglowodorami jest skutkiem zeglugi morskiej i eksploatacji