ალკანი

უმარტივესი ალკანის მეთანის ქიმიური აღნაგობა

ალკანები — ნაჯერი ნახშირწყალბადები. მეორენაირად უწოდებენ პარაფინებს, რადგან არიან პასიური ნივთიერებები. შედგებიან მხოლოდ ნახშირბადისა (C) და წყალბადის (H) ატომებისგან. ალკანების უჯერი ნახშირწყალბადებისაგან ძირითადი განსხვავებაა ისაა, რომ ალკანებში ატომები ერთმანეთთან დაკავშირებულია მხოლოდ მარტივი ბმებით ანუ ნახშირბადის თითოეული ატომი დაკავშირებულია წყალბადის ატომების მაქსიმალურ რაოდენობასთან (ანუ ნახშირბადი გაჯერებულია წყალბადით).

განასხვავებენ ციკლურ და წრფივ (არაციკლურ) ალკანებს.

წრფივი ალკანების ჯგუფური ზოგადი ფორმულაა: C_nH_2n+2 სადაც n არის მთელი რიცხვი.

ნომენკლატურა

ალკანების კლასის პირველი წარმომადგენლებია :

მეთანი	ეთანი	პროპანი	ბუტანი	პენტანი	ჰექსანი	ჰეპტანი	ოქტანი	ნონანი	დეკანი	უნდეკანი	დოდეკანი
CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	C6H14	C7H16	C8H18	C9H20	C10H22	C11H24	C12H26

ალკანთა ზოგიერთი სხვა წარმომადგენელია :

პენტადეკანი	ცეტანი	ეიკოზანი	ტრიკოზანი	ტრიაკონტანი	ჰექტანი
C15H32	C16H34	C20H42	C23H48	C30H62	C100H202

ჰომოლოგიური რიგი და იზომერია

ბუტანიდან (n=4) მოყოლებული შესაძლებელია ერთი და იმავე შედგენილობის ალკანის ატომთა ერთმანეთთან დაკავშირების ერთზე მეტი სქემის წარმოდგენა, ანუ ორ ან მეტ ნივთიერებას შეიძლება ჰქონდეს ერთი და იგივე ქიმიური შედგენილობა. ამ მოვლენას იზომერია ეწოდება, ხოლო ერთი და იმავე შედგენილობის მაგრამ განსხვავებული აღნაგობის ნივთიერებებს იზომერები ეწოდებათ. იზომერთა რაოდენობა ძალიან სწრაფად იზრდება მოლეკულაში ნახშირბადის ატომთა რაოდენობის ზრდის კვალად. ალკანებისათვის რომელთა n = 1...12 იზომერთა რაოდენობა უდრის 1-ს, 1-ს, 1-ს, 2-ს, 3-ს, 5-ს, 9-ს, 18-ს, 35-ს, 75-ს, 159-ს და 355-ს.

ალკანთა ჰომოლოგიური რიგი სახელწოდება გაშლილი ფორმულა ფორმულა მეთანი CH4 CH4 ეთანი CH3—CH3 C2H6 პროპანი CH3—CH2—CH3 C3H8 ნ-ბუტანი CH3—CH2—CH2—CH3 C4H10 ნ-პენტანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 C5H12 ნ-ჰექსანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C6H14 ნ-ჰეპტანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C7H16 ნ-ოქტანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C8H18 ნ-ნონანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C9H20 ნ-დეკანი CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C10H22

ეს განაპირობებს ორგანულ ნაერთთა მრავალფეროვნებას და იწვევს ალკანების (უფრო ზოგადად კი ორგანული ნაერთების) სახელდების მოწესრიგების საჭიროებას; აქედან გამომდინარე ალკანების ნომენკლატურა უკიდურესად თანმიმდევრული და ლოგიკურია.

ბუნებაში გავრცელება და ფიზიკური თვისებები

ბუნებაში ნახშირყალბადები ფართოდაა გავრცელებული ბუნებრივი აირისა და ნავთობის სახით. მათი წარმოშობა პრეისტორიული მცენარეების უჯრედისის (ცელულოზის) ფერმენტაციით აიხსნება.

ბუნებრივი აირი ძირითადად მეთანისაგან შედგება, ხოლო ნავთობი ნახშირწყალბადთა ნარევია (მათ შორის ალკანების CH₄-დან C₄₀H₈₂-მდე). ნახშირწყალბადთა დნობისა და დუღილის ტემპრეტაურა იზრდება მოლეკულური მასისა და მთავარი ნახშირბადოვანი ჯაჭვის სიგრძის ზრდასთან ერთად. ნორმალურ პირობებში ალკანები CH₄-იდან C₄H₁₀-ამდე — აირებია; C₅H₁₂-იდან C₁₅H₃₂-ამდე — სითხეები, ხოლო C₁₈H₃₈-ს მერე — მყარი სხეულები.

თხევადი და მყარი ალკანების სიმკვრივე მცირეა (დაახლოებით 0,7), სხვა ნახშირწყალბადების მსგავსად არც ისინი იხსნებიან წყალში, სამაგიეროდ კარგად ერევიან ორგანულ სითხეთა და უმრავლესობას და თავადაც კარგად ხსნიან მრავალ ორგანულ ნაერთს.

ალკანთა ქიმიური რეაქციები

ალკანები ქიმიურად საკმაოდ პასიური ნაერთებია, მათი პასიურობა გამოწვეულია ნახშირბადის ვალენტობის გაჯერებულობითა და C-C და C-H ბმათა შედარებითი სიმტკიცით:

ბმათა სიმტკიცე ბმა ენერგია C-C 82,6 კკალ/მოლ C-H 100 კკალ/მოლ

ალკანები შედიან სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციაში:

• წვა : C-C ბმის (მოლეკულის ჩონჩხის) გაწყვეტა. განარჩევენ წვის ორ სახეობას :
  • სრულ წვას, რომლის შედეგადაც ვიღებთ წყალსა და ნახშირორჟანგს:
    • CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
    • C_nH_2n+2 +((3n+1)/2)O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O
  • არასრულ წვას, რომლის შედეგადაც ვიღებთ წყალსა და მყარ ნახშირბადს (მაგ. ჭვარტლი)
    • CH₄ + O₂ → C + 2H₂O
    • C_nH_2n+2 +((n+1)/2)O₂ → nC + (n+1)2H₂O
• ჩანაცვლების რეაქცია : C-H ბმის გაწყვეტა და წყალბადის ჩანცვლება სხვა ელემენტის ატომით . მაგალითი: მეთანის ქლორირება - ჰალოგენირება
  • CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (ქლორწყალბადისა და მონოქლორმეთანის წარმოქმნა)
  • CH₃Cl + Cl₂ →CH₂Cl₂ + HCl (ქლორწყალბადისა და დიქლორმეთანის წარმოქმნა)
  • CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl (ქლორწყალბადისა და ტრიქლორმეთანის ანუ ქლოროფორმის წარმოქმნა)
  • CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl (ქლორწყალბადისა და ტეტრაქლორმეთანის წარმოქმნა)
• დეჰიდროგენიზაციის რეაქცია: ორი C-H ბმის გაწყვეტის ხარჯზე ნახშირბადის ორ ატომს შორის ორმაგი ბმის წარმოქმნა ( C=C ), შედეგად მიიღება ალკენი.

წვის რეაქციას ქიმიურად დიდი მნიშვნელობა არ აქვს, მაგრამ ალკანების წვას აქვს ძალიან დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა, რამეთუ ეს რეაქცია ძალიან ეგზოთერმულია (სითბოს გამოყოფა), რაც ალკანების სათბობად და საწვავად გამოყენებას განაპირობებს.

ლიტერატურა

• საყმაწვილო ენციკლოპედია:ქიმია; თბილისი, 2006