Alkanların qeyri-aktiv olmasına baxmayaraq, onlar halogenlər və ya digər sərbəst radikallarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda böyük miqdarda enerji buraxmağa qadirdirlər. Alkanlar və onlarla reaksiyalar bir çox sənaye sahələrində daim istifadə olunur.
Alkan faktları
Alkanlar üzvi kimyada mühüm yer tutur. Kimyada alkanların formulu C H2n+2-dir. Benzol halqası olan aromatiklərdən fərqli olaraq, alkanlar alifatik (asiklik) sayılır.
İstənilən alkanın molekulunda bütün elementlər tək bir əlaqə ilə bağlıdır. Buna görə də, bu qrup maddələrin "-an" sonluğu var. Müvafiq olaraq, alkenlərin bir qoşa, alkinlərin isə bir üçlü bağı var. Məsələn, alkodienlərin iki qoşa bağı var.
Alkanlar doymuş karbohidrogenlərdir. Yəni, onların tərkibində maksimum H (hidrogen) atomu var. Alkandakı bütün karbon atomları sp3 - hibridləşmə mövqeyindədir. Bu o deməkdir ki, alkan molekulu tetraedral qaydaya uyğun qurulur. Metan molekulu (CH4) tetraedra bənzəyir,qalan alkanlar isə ziqzaq quruluşa malikdir.
Alkanlardakı bütün C atomları ơ - bağlarından (sigma - bağlar) istifadə etməklə birləşir. C–C istiqrazları qeyri-polyar, C–H istiqrazları zəif qütbdür.
Alkanların xassələri
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, alkan qrupunun aktivliyi azdır. İki C atomu və C və H atomları arasındakı bağlar güclüdür, ona görə də xarici təsirlərlə onları məhv etmək çətindir. Alkanlardakı bütün bağlar ơ bağlarıdır, ona görə də onlar qırıldıqda, adətən radikallarla nəticələnir.
Alkanların halogenləşməsi
Atomların bağlarının xüsusi xassələrinə görə alkanlar əvəzetmə və parçalanma reaksiyalarına xasdır. Alkanlarda baş verən əvəzetmə reaksiyalarında hidrogen atomları digər atomları və ya molekulları əvəz edir. Alkanlar halogenlərlə - Mendeleyevin dövri cədvəlinin 17-ci qrupunda olan maddələrlə yaxşı reaksiya verirlər. Halojenlər flüor (F), brom (Br), xlor (Cl), yod (I), astatin (At) və tennessindir (Ts). Halojenlər çox güclü oksidləşdirici maddələrdir. D. İ. Mendeleyev cədvəlindəki demək olar ki, bütün maddələrlə reaksiya verirlər.
Alkanların xlorlama reaksiyaları
Təcrübədə brom və xlor adətən alkanların halogenləşməsində iştirak edirlər. Flüor çox aktiv bir elementdir - onunla reaksiya partlayıcı olacaq. Yod zəifdir, ona görə də əvəzetmə reaksiyası onunla getməyəcək. Astatin təbiətdə çox nadirdir, ona görə də eksperimentlər üçün onu kifayət qədər toplamaq çətindir.
Halojenləşmə mərhələləri
Bütün alkanlar halogenləşmənin üç mərhələsindən keçir:
- Zəncirin və ya başlanğıcın mənşəyi. Təsir altındagünəş işığı, istilik və ya ultrabənövşəyi şüalanma zamanı xlor molekulu Cl2 iki sərbəst radikala parçalanır. Hər birinin xarici təbəqədə bir qoşalaşmamış elektronu var.
- Zəncirin inkişafı və ya böyüməsi. Radikallar metan molekulları ilə qarşılıqlı təsir göstərir.
- Zəncirin dayandırılması alkan halogenləşməsinin son hissəsidir. Bütün radikallar bir-biri ilə birləşməyə başlayır və nəticədə tamamilə yox olur.
Alkanların bromlanması
Yüksək alkanları etandan sonra halogenləşdirərkən çətinlik izomerlərin əmələ gəlməsidir. Günəş işığının təsiri altında bir maddədən müxtəlif izomerlər əmələ gələ bilər. Bu, əvəzetmə reaksiyası nəticəsində baş verir. Bu, alkandakı hər hansı H atomunun halogenləşmə zamanı sərbəst radikalla əvəz oluna biləcəyinin sübutudur. Mürəkkəb alkan iki maddəyə parçalanır, onların faizi reaksiya şəraitindən asılı olaraq çox dəyişə bilər.
Propan brominasiyası (2-bromopropan). Yüksək temperaturun və günəş işığının təsiri altında propanın Br2 molekulu ilə halogenləşməsi reaksiyasında 1-bromopropan - 3% və 2-bromopropan - 97% ayrılır.
Butanın bromlaşması. Bütan işıq və yüksək temperaturun təsiri altında bromlaşdırıldıqda 2% 1-bromobutan və 98% 2-bromobutan çıxır.
Alkanların xlorlanması və bromlaşması arasındakı fərq
Xlorlama sənayedə daha çox istifadə olunur. Məsələn, izomerlərin qarışığı olan həlledicilərin istehsalı üçün. Haloalkan alındıqdan sonrabir-birindən çətin ayrılır, lakin bazarda qarışıq təmiz məhsuldan daha ucuzdur. Laboratoriyalarda bromlaşmaya daha çox rast gəlinir. Brom xlordan daha zəifdir. Aşağı reaktivliyə malikdir, buna görə də brom atomları yüksək seçiciliyə malikdir. Bu o deməkdir ki, reaksiya zamanı atomlar hansı hidrogen atomunu əvəz edəcəklərini "seçirlər".
Xlorlama reaksiyasının təbiəti
Alkanları xlorlayan zaman onların kütlə payına görə təxminən bərabər miqdarda izomerlər əmələ gəlir. Məsələn, propanın katalizatorla temperaturun 454 dərəcəyə yüksəldilməsi şəklində xlorlanması bizə müvafiq olaraq 25% və 75% nisbətində 2-xloropropan və 1-xloropropan verir. Əgər halogenləşmə reaksiyası yalnız ultrabənövşəyi şüaların köməyi ilə baş verirsə, 43% 1-xloropropan, 57% isə 2-xlorpropan əldə edilir. Reaksiya şəraitindən asılı olaraq, alınan izomerlərin nisbəti dəyişə bilər.
Bromlaşma reaksiyasının təbiəti
Alkanların bromlaşma reaksiyaları nəticəsində demək olar ki, təmiz maddə asanlıqla ayrılır. Məsələn, n-propan molekulunun 1-bromopropan - 3%, 2-bromopropan - 97%. Buna görə də, laboratoriyalarda müəyyən bir maddəni sintez etmək üçün brominasiya tez-tez istifadə olunur.
Alkanların sulfasiyası
Alkanlar da radikal əvəzləmə mexanizmi ilə sulfonlanır. Reaksiyanın baş verməsi üçün oksigen və kükürd oksidi SO2 (kükürdlü anhidrid) alkan üzərində eyni vaxtda təsir göstərir. Reaksiya nəticəsində alkan alkil sulfon turşusuna çevrilir. Butan sulfonasiyasına nümunə:
CH3CH2CH2CH3+ O2 +SO2 → CH3CH2CH2CH 2SO2OH
Alkanların sulfoksidləşməsi üçün ümumi formula:
R―H + O2 + SO2 → R―SO2OH
Alkanların sulfoklorlanması
Sulfoxlorlama zamanı oksidləşdirici maddə kimi oksigen əvəzinə xlor istifadə olunur. Bu üsulla alkansulfonik xloridlər alınır. Sulfoxlorlama reaksiyası bütün karbohidrogenlər üçün ümumidir. Otaq temperaturunda və günəş işığında baş verir. Katalizator kimi üzvi peroksidlər də istifadə olunur. Belə bir reaksiya yalnız karbon və hidrogen atomları ilə əlaqəli ikincili və birincili bağlara təsir göstərir. Reaksiya zənciri qırıldığı üçün maddə üçüncü atomlara çatmır.
Konovalovun reaksiyası
Nitrasiya reaksiyası, alkanların halogenləşmə reaksiyası kimi, sərbəst radikal mexanizmə uyğun olaraq gedir. Reaksiya yüksək dərəcədə seyreltilmiş (10 - 20%) azot turşusu (HNO3) istifadə edərək həyata keçirilir. Reaksiya mexanizmi: reaksiya nəticəsində alkanlar birləşmələrin qarışığı əmələ gətirir. Reaksiyanı kataliz etmək üçün temperaturun 140⁰-ə qədər artması və normal və ya yüksək mühit təzyiqi istifadə olunur. Nitrasiya zamanı əvvəlki əvəzetmə reaksiyalarından fərqli olaraq, yalnız C-H deyil, C-C bağları məhv edilir. Bu o deməkdir ki, krekinq baş verir. Bu, parçalanma reaksiyasıdır.
Oksidləşmə və yanma reaksiyaları
Alkanlar da sərbəst radikal növünə görə oksidləşirlər. Parafinlər üçün oksidləşdirici reaksiyadan istifadə etməklə üç növ emal var.
- Qaz fazasında. Belə kialdehidlər və aşağı spirtlər alın.
- Maye fazada. Bor turşusunun əlavə edilməsi ilə termal oksidləşmədən istifadə edin. Bu üsulla S10-dən С20-ə qədər yüksək spirtlər əldə edilir.
- Maye fazada. Alkanlar karboksilik turşuları sintez etmək üçün oksidləşir.
Oksidləşmə prosesində sərbəst radikal O2 hidrogen komponentini tamamilə və ya qismən əvəz edir. Tam oksidləşmə yanmadır.
Yaxşı yanan alkanlar istilik elektrik stansiyaları və daxili yanma mühərrikləri üçün yanacaq kimi istifadə olunur. Yanan alkanlar çoxlu istilik enerjisi istehsal edir. Mürəkkəb alkanlar daxili yanma mühərriklərində yerləşdirilir. Sadə alkanlarda oksigenlə qarşılıqlı təsir partlayışa səbəb ola bilər. Asf alt, parafin və sənaye üçün müxtəlif sürtkü yağları alkanlarla reaksiyalar nəticəsində yaranan tullantı məhsullarından hazırlanır.
