ПОЛУЧЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЛАБОРАНТОРИИ

Nbsp; Алканы Часть 2

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

· В молекулах алканах присутствуют либо неполярные ковалентные (С-С) связи, либо слабополярные (С-Н) связи.

· В целом молекула алкана всегда неполярна, поскольку полярные связи в них симметричны и дипольные моменты компенсируют друг друга.

Еще алхимики вывели принцип «подобное растворяется в подобном». Раз молекулы алкановнеполярны, они должны растворяться в неполярных растворителях и НЕ растворяться в воде (полярном растворителе). Так оно и есть.

Основные неполярные (органические) растворители: бензол (C₆H₆), тетрахлорметан (=тетрахлористый метилен CCl₄), хлороформ (СHCl₃), гексан (C₆H₁₄), диэтиловый эфир (C₂H₅-O-C₂H₅) и др.

Название	Т_пл, °C	Т_кип, °C	Плотность, г/см³
Метан	−182,48	−161,5	0,416 при T_кип
Этан	−183,3	−88,63	0,546 при T_кип
Пропан	−187,7	−42,1	0,585 при T_кип
Бутан	−138,35	−0,5	0,6 при T_кип
Изобутан	−159,60	−11,73	0,5510 при T_кип
Пентан	−129,7	36,07	0,6262
Гексан	−95,3	68,7	0,6594
Гептан	−90,6	98,4	0,638
Октан	−55,8	125,7	0,7025
Нонан	−54	150,8	0,718
Декан	−29,7	174,1	0,730

· Силы, удерживающие неполярные молекулы вместе называются

Ван-дер-ваальсовымисилами (см. файл «Химические связи»).

Это очень слабые силы, возникающие при сближении молекул и действующие на очень небольшом расстоянии. Cледует ожидать, что, чем больше молекула и, следовательно, чем больше ее поверхность, тем сильнее эти межмолекулярные силы.

Что это дает? Посмотрим таблицу.

Из данных таблицы очевидно, что температура плавления и кипения повышается с увеличением числа атомов С.

Процесс кипения и плавления требует преодоления межмолекулярных сил в жидкости и твердом теле.

Температуры плавления и кипения повышаются, потому что межмолекулярные силы возрастают с увеличением размеров молекул.

Итого:

С₁-С₄ – газы

С₅-С₁₆ – жидкости

≥С₁₇ – твердые вещества

Также из данных таблицы видно, что плотности всех алканов меньше 1, значит, они легче водыи будут плавать на ее поверхности. Именно поэтому бензин плавает на поверхности луж:

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ

· Нефть

(petroleum, от греч. πέτρα — камень и лат.

oleum — масло, то есть буквально «каменное масло»):гниение и миллионы лет геологических преобразований превратили сложные органические соединения, из которых состояли растения и животные, в смесь алканов, из которых в основном состоит нефть. Одновременно с алканами образовались и циклоалканы, их много в составе калифорнийской нефти. В нефтяной промышленности циклоалканыизвесты под названием нафтенов.

В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35% по объёму) и нафтеновые (25—75 %) соединения. В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20%) и смешанного, или гибридного строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).

· Природный газ

смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Основную часть природного газа составляет метан (CH₄) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана:

этан, пропан, бутан.

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан.

Например, образец, взятый из трубопровода, снабжающего большое число фабрик Пенсильвании, содержит метан, этан и пропан в соотношении 12:2:1, содержание высших алканов составляет примерно 3%.

ПОЛУЧЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЛАБОРАНТОРИИ

· В промышленности важно:

1) получение большого количества продукта;

2) дешевизна;

3) доступность исходных веществ.

· В лаборатории важно:

1) синтез небольшого количества (1-100 г) супер-чистого вещества;

2) цена имеет меньшее значение, чем время, затраченное на синтез;

3) главное – максимальный выход нужного продукта без примесей.

Каждый из низших алканов от метана до н-пентана и изопентана может быть получен в чистом виде фракционнной перегонкой нефти или природного газа. Неопентан в природе не встречается.

После пентана число изомеров для каждого гомолога становится настолько большим и различия в температурах кипения настолько малы, что уже трудно выделить индивидуальные чистые соединения; эти алканы можно синтезировать одним из приведенных ниже методов.

1. Крекинг (температурное разложение) природного сырья:

При крекинге из высшего алкана получается низший алкан и алкен:

2. Получение метанапрямым синтезом из простых веществ:

3. При пропускании смеси COи Н₂ при температуре 200-400^оС и атмосферном давлении над катализаторами на основе железа, никеля или кобальта образуется смесь алканов (синтез Фишера-Тропша):

4. Гидрирование непредельных углеводородов (алкенов, алкинов):

Катализаторы: Ni/Pt/Pd/Cr₂O₃, t^o

Для восстановления кратных связей можно использовать и другие реагенты:

· Na в этаноле:

· Zn в кислойсреде:

5. Восстановление алкилгалогенидов (галогеналканов):

[H] – алюмогидрид лития LiAlH₄/борогидрид натрия NaBH₄ / Naили Liв трет-бутиловом спирте / каталитическое восстановление водродом - H₂.

6. Реакция Вюрца (сочетание галогеноуглеводородов):

Этот метод заключается в обработке алкилгалогенидов (обычно бромидов или иодидов) избытком натрия. Его можно применять для получения высших симметричных алканов.

Реакция протекает через две основные стадии: на первой стадии образуется промежуточное натрийорганическое соединение RNa, которое во многих случаях может быть выделено. На следующей стадии происходит взаимодействие натрийорганического соединения со второй молекулой галогеналкана.

!!! Из-за наличия побочных реакций этот метод практически не используется в реальности !!!

Несколько большее значение имеет модификация этой реакции – реакция Вюрца-Фиттига (ЕГЭ!), которая заключается в сочетании алифатического и ароматического галогенидов:

Выход алкилароматических углеводородов достигает 40-65%.

7. Декарбоксилирование (реакция Дюма):

сплавление солей карбоновых кислот со щелочью

8. Гидролиз карбида алюминия (лабораторный способ получения метана):

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 340; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!