Алканы

Как уже известно, четыре электронные пары отталкиваются друг от друга по направлению к вершинам тетраэдра. Поэтому молекула метана имеет форму тетраэдра.  Электронную и структурную формулу метана изображают следующими способами:

                 H

                 . .                                                                                H

H       :      C      :      H                                                                   C          

                 . .                                                                 H             H            H

                 H

В молекуле этана, как и в молекуле метана, каждый атом углерода образует четыре ковалентные связи, которые направлены к вершинам тетраэдра. Каждый атом углерода остаётся четырёхвалентным. Порядок соединения углеродных атомов можно изобразить сокращённой структурной формулой:

CH3–CH3

· Углеводороды, имеющие только сигма-связи, выделяют в отдельный ряд насыщенных углеводородов, или акланов.

Углеводороды ряда алканов подобны друг друга по составу, строению и свойствам. Состав каждого углеводорода отличается от состава соседнего на группу CH2. Они образуют ряд, называемый гомологическим. Каждый член этого ряда называют гомологом.

Число атомов углерода в углеводородах можно продолжать наращивать. В молекулах полимеров, например полиэтилена, число атомов углерода в цепи может достигать сотен тысяч. Но при этом сохраняется четырёхвалентность углерода и тетраэдрическая ориентация связей в пространстве.

Атомы углерода не всегда соединяются в линейную цепь. Например, могут образовываться разветвлённые цепи. Вещество, молекулы которого линейны, отличается по свойствам от вещества с разветвлённым скелетом молекулы, несмотря на одинаковый состав.

· Явление существования двух или нескольких веществ с различной структурой, но с одинаковым составом называют изомерией.

Химические свойства

Энергия связи C-H в молекулах алканов высока. Следовательно, связи в молекулах очень прочны. Это значит, что для из разрушения необходимо затратить значительное количество энергии.

Прочность связей делает алканы весьма инертными. Они вступают в реакции при высоких температурах или при поглощении света.

Если смешать метан с галогеном (хлором, бромом), то при этом не будет наблюдаться никаких изменений. Значит, такая реакция не идёт при обычных условиях.

Не всякое столкновение частиц исходных веществ приводит к реакции. Реакция метана с хлором осуществляется при освещении ультрафиолетовым излучением (солнечный свет, магниевая вспышка). Поглощение внешней энергии молекулами приводит к разрыву связи между атомами. В результате атомы водорода в углеводороде замещаются атомами галогена:

CH4 + Cl– Cl=> CH3Cl + HCl

Образующиеся молекулы хлорметана  включаются в дальнейшую цепь превращений. В результате этого ещё один атом водорода замещается на атом хлора. На этом цепь реакций не прекращается. Третий атом водорода замещается на атом хлора и образуется трихлорметан. Наконец, трихлорметан также вступает в реакцию с образованием тетрахлорметана.

Постепенное замещение атомов водорода в молекуле углеводорода приводит к образованию смеси продуктов.

Реакции органических соединений, в которых атомы или группы атомов, связанных со скелетом молекулы, замещаются на другие атомы или группы атомов, относят к реакциям замещения.

Нужна помощь в учебе?