Предельные углеводороды — алканы

В этих соединениях валентности атомов углерода, не участвующие в образовании углеродной цепочки, заняты (насыщены) атомами водорода. Соединения имеют общую формулу C"H_2w+2 и представляют гомологический ряд — последовательность, где соседние углеводороды отличаются на группу —СН._;, которая называется шагом гомологического ряда.

Первым четырем предельным углеводородам решением ИЮПАК присвоены исторические названия метан, этан, пропан, бутан, а дальше название составляется из греческого или латинского названия соответствующего числительного: 5 — «пента», углеводород С₅Н₁₂— пентан. Если цепочка атомов углерода прямая, то это w-пентан, т. е. нормальный пентан, а изомер с разветвленной цепочкой атомов углерода называется шо-пентан, иначе говоря, изомерный пентан:

Далее идут гексан, гептан, октан, нонан, декан и т. д.

Физическое состояние алканов меняется, но мере возрастания углеродной цепочки. С увеличением молекулярной массы возрастают температуры плавления и кипения предельных углеводородов: С,—С₄ —газы, С₅—С₁₇ —жидкости, выше С₁₈ — твердые вещества — парафины. При одинаковом числе атомов углерода вещества, имеющие молекулы с разветвленным строением, кипят при более низкой температуре, чем н-алканы. Молекулы веществ малополярны, поэтому предельные углеводороды нерастворимы в воде и практически с ней не взаимодействуют. Жидкие алканы хорошо растворяются друг в друге (нефть — смесь предельных углеводородов), а также в малополярных растворителях (бензол, тетрахлорметан и т. п.).

Химические свойства предельных углеводородов, которые по-другому называются парафины (от латинского рагит affinis — малое сродство), объясняются высокой прочностью a-связей и неполярностью всей молекулы. Их свойства проявляются только при сильных взаимодействиях с участием свободных радикалов. В результате получаются соединения, где по механизму радикального замещения атомы водорода уступают свои места другим атомам или группам атомов. В молекулах алканов легче замещаются водородные атомы у третичных, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных атомов углерода.

Галогенирование. Реакция происходит иод действием ультрафиолетового излучения или температуры. Классифицируется по структуре участвующих в пей частиц как — реакция радикального замещения. Получается смесь продуктов:

Нитрование (реакция Коновалова) по именной реакции впервые осуществившего ее в 1888 г. российского химика М. И. Коновалова (1858—1906) идет при температуре 140 °C и небольшом давлении в среде разбавленной азотной кислоты:

Изомеризация. При определенных условиях н-алканы превращаются в свои разветвленные изомеры. Это используется при получении из нефти высококачественных бензинов:

Мягкое окисление. В присутствии катализаторов при повышенной температуре кислородом воздуха можно постепенно окислить предельный углеводород до представителей практически всех кислородсодержащих производных алканов:

Полное окисление, иначе говоря, горение происходит на воздухе со значительным выделением теплоты:

Смесь пропана и бутана используется в быту в обычных газовых приборах.