Хімічні властивості алканів
У звичайних умовах алкани досить малоактивні. Це пояснюється міцністю σ-зв’язків між атомами C-C і C-H. Тому необхідно забезпечити спеціальні умови (наприклад, досить високу температуру або світло), щоб проведення хімічної реакції стало можливим.
Реакції заміщення
До реакцій цього типу відносяться галогенування і нітрування. Галогенування (взаємодія з Cl2 або Br2) відбувається при нагріванні або ж під впливом світла. Під час реакції, що протікає послідовно, утворюються галогеналкани.
Для прикладу можна записати реакцію хлорування етану.
Бромування буде проходити аналогічним чином.
Нітрування – це реакція зі слабким (10%) розчином HNO3 або з оксидом азоту (IV) NO2. Умови для проведення реакцій – температура 140 ° C і тиск.
C3H8 + HNO3 = C3H7NO2 + H2O.
В результаті утворюються два продукти – вода і амінокислота.
Реакції розкладу
При проведенні реакцій розкладання завжди потрібно забезпечувати високу температуру. Це необхідно для розриву зв’язків між атомами вуглецю і водню.
Так, при проведенні крекінгу потрібно температура в інтервалі від 700 до 1000 ° C. Під час реакції руйнуються – С-С – зв’язку, утворюється новий алкан і алкен:
C8H18 = C4H10 + C4H8
Виняток – крекінг метану і етану. В результаті цих реакцій виділяється водень і утворюється Алкін ацетилен. Обов’язковою умовою є нагрівання до 1500 ° C.
C2H4 = C2H2 + H2
Якщо перевищити температуру в 1000 ° C, можна домогтися піролізу з повним розривом зв’язків в з’єднанні:
C3H8 = 3C + 4H2
Під час піролізу пропила був отриманий вуглець C, а також виділився водень H2.
Реакції дегідрування
Дегідрування (відщеплення водню) відбувається по-різному для різних алканів. Умови проведення реакції – температура в межах від 400 до 600 ° C, а також присутність каталізатора, в ролі якого можуть виступати нікель або платина.
З сполуки, в вуглецевому кістяку якого 2 або 3 атома C, утворюється алкен:
C2H6 = C2H4 + H2.
Якщо в ланцюзі молекули 4-5 атомів вуглецю, то після дегідрірованія вийде алкадіени і водень.
C5H12 = C4H8 + 2H2.
Починаючи з гексану, під час реакції утворюється бензол або похідні від нього речовини.
C6H14 = C6H6 + 4H2
Слід також згадати реакцію конверсії, яка проводиться для метану при температурі 800 ° C і в присутності нікелю:
CH4 + H2O = CO + 3H2
Для інших алканів конверсія нехарактерна.
Окислення і горіння
Якщо алкан, нагрітий до температури не більше 200 ° C, буде взаємодіяти з киснем в присутності каталізатора, то в залежності від інших умов проведення реакції будуть відрізнятися одержувані продукти: це можуть бути представники класів альдегідів, карбонових кислот, спиртів або кетонів.
У разі повного окислення алкан згорає до кінцевих продуктів – води і CO2:
C9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10H2O
Якщо під час окислення кількість кисню виявилося недостатнім, кінцевим продуктом замість вуглекислого газу стане вугілля або CO.
Проведення ізомеризації
Якщо забезпечити температуру близько 100-200 градусів, для нерозгалужених алканів стає можлива реакція перегрупування. Друга обов’язкова умова для проведення ізомеризації – присутність каталізатора AlCl3. В такому випадку відбувається зміна структури молекул речовини і утворюється його ізомер.