Alcani – nomenclatură, proprietăţi fizice, aplicaţii practice

Hidrocarburile sunt compuşii organici care au cele mai simple structuri – ele conţin numai atomi de carbon şi atomi de hidrogen.

Formula moleculară generală a hidrocarburilor: C_xH_y

Când toţi atomii de C dintr-o hidrocarbură sunt legaţi de numărul maxim de atomi de H, adică fiecare atom de carbon este legat de alţi 4 atomi, astfel încât nu există legături duble sau triple, spunem că acea hidrocarbură este saturată. Aşadar, hidrocarburile saturate conţin în moleculă numai legături covalente simple σ C-C şi σ C-H, deci conţin un număr maxim de atomi de hidrogen.

Cele două mari categorii de hidrocarburi saturate sunt alcanii şi cicloalcanii.

Alcanii sau n-alcanii sunt hidrocarburi saturate cu catenă aciclică liniară (litera n vine de la normal şi indică o catenă liniară). Alcanii sunt compuşi cu importante aplicaţii practice – gazele naturale, petrolul şi combustibilii fosili sunt toate formate din alcani sau amestecuri de alcani.

Exemplu de catenă aciclică liniară:

Izoalcanii sunt hidrocarburi saturate cu catenă aciclică ramificată.

Exemplu de catenă aciclică ramificată:

Formula generală a alcanilor şi izoalcanilor: C_nH_2n+2

Seria de compuşi organici cu aceeaşi formă generală a catenei, în care fiecare termen diferă de vecinii săi printr-o grupă metilen ( – CH₂ – ), se numeşte serie omoloagă, iar doi compuşi consecutivi dintr-o serie omoloagă se numesc termeni omologi.

Substanţele organice sunt întotdeauna denumite pe baza anumitor reguli stabilite de Uniunea Internaţională pentru Chimie Pură şi Aplicată (IUPAC). Nomenclatura compuşilor organici prezintă un sistem de sufixe, prefixe şi numere care ne spun ce anume găsim în compusul denumit.

De exemplu, anumite prefixe indică numărul atomilor de C prezenţi într-o moleculă:

• met- indică întotdeauna o moleculă sau o ramificaţie a unei molecule care conţine 1 atom de carbon;
• et- indică prezenţa a doi atomi de carbon;
• prop- indică prezenţa a trei atomi de carbon;
• but- indică prezenţa a patru atomi de carbon.

Sufixul specific alcanilor este –an­. După butan, al patrulea compus din seria omoloagă a alcanilor, denumirea compuşilor se face astfel: la numele din limba greacă corespunzător numărului de atomi de carbon din moleculă, adăugăm sufixul –an­.

Tabelul de mai jos prezintă formulele şi denumirile primilor 10 termeni din seria omoloagă a n-alcanilor:

Pentru nomenclatura alcanilor există mai multe reguli care ţin cont de faptul că alcanii pot avea mai multe ramificaţii. Denumirea alcanilor este întotdeauna bazată pe lanţul de atomi de carbon cel mai lung posibil din structura lor. Când alcanul are ramificaţii în structură, acestea sunt denumite folosind aceleaşi prefixe menţionate mai sus, iar sufixul –an care desemnează un alcan este înlocuit cu sufixul –il care desemnează un radical alchil.

Exemple – Denumirea alcanilor:

Izomerii sunt compuşi chimici care au aceeaşi formulă moleculară, însă au structuri diferite.

În cazul compuşilor organici, numărul de izomeri se măreşte din ce în ce mai mult pe măsură ce creşte numărul de atomi de carbon din moleculă.

Starea de agregare a alcanilor, la temperatura camerei:

• stare gazoasă: alcanii care au în structura lor de la 1 până la 4 atomi de carbon;
• stare lichidă: alcanii cu catene de la 5 până la 18 atomi de carbon;
• stare solidă: alcanii care au catene mai mari de 18 atomi de carbon.

Pe măsură ce creşte masa molară a alcanilor, creşte şi densitatea lor. La fel, odată cu creşterea masei molare, creşte şi punctul de fierbere al alcanilor. Ramificaţiile scad punctele de fierbere. De exemplu, dintre izomerii de catenă ai unui alcan, cel cu catenă normală are punctul de fierbere cel mai ridicat, iar izoalcanul cel mai ramificat are punctul de fierbere cel mai scăzut.