Предельные углеводороды (алканы)

Предельные углеводороды

Углеводороды — это органические вещества, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода. С них начинается изучение органической химии. Простейшие из углеводородов — предельные углеводороды, или алканы. В их молекулах атомы углерода соединены между собой только одинарными связями, и все остальные связи углерода заняты атомами водорода. Поэтому такие соединения называют насыщенными, или предельными. Самый простой представитель — метан CH4, главная составная часть природного газа.

Гомологический ряд

Алканы образуют гомологический ряд — ряд веществ, сходных по строению и химическим свойствам, в котором каждое следующее вещество отличается от предыдущего на одну группу CH2. Вещества такого ряда называют гомологами. Общая формула всех алканов — CnH2n+2, где n — число атомов углерода.

Первые четыре члена ряда — газы, поэтому пропан и бутан используют как бытовое топливо в баллонах. С ростом числа атомов углерода алканы становятся жидкими, а затем твёрдыми веществами. Жидкие алканы входят в состав бензина и керосина, а твёрдые — в состав парафина и смазочных масел.

Изомерия

Начиная с бутана у алканов появляется изомерия — существование веществ с одинаковой формулой, но разным порядком соединения атомов. Например, формуле C4H10 отвечают два разных вещества: с прямой цепью атомов углерода и с разветвлённой. Такие вещества называют изомерами; они различаются свойствами, например температурой кипения. Изомерия — одна из причин огромного многообразия органических веществ: число возможных изомеров быстро растёт с увеличением числа атомов углерода в молекуле.

Химические свойства

Алканы химически довольно устойчивы и при обычных условиях малоактивны. Однако они горят с выделением большого количества теплоты, поэтому их широко используют как топливо. При полном сгорании метана образуются углекислый газ и вода:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Для алканов характерны реакции замещения, в которых атомы водорода замещаются атомами других элементов. Например, на свету метан реагирует с хлором:

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

Правило. В молекулах алканов все связи одинарные, и присоединять что-либо им некуда. Поэтому для них типичны реакции замещения, а не присоединения.

Частая ошибка: записывать общую формулу алканов как CnH2n. Верная формула предельных углеводородов — CnH2n+2.

Кратко о главном

• Углеводороды состоят только из углерода и водорода.
• Алканы — предельные углеводороды с одинарными связями.
• Общая формула ряда — CnH2n+2.
• Алканы горят и широко используются как топливо.
• Для них характерны реакции замещения.