Формула алканов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Алканы (парафины, предельные углеводороды, насыщенные алифатические углеводороды) – ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, в которых атомы углерода связаны между собой только простыми (одинарными) связями.

Общая формула алканов: C_nH_2n+2 (n $\ge$ 1)

Молекулярные и структурные формулы алканов

Первые представители гомологического ряда алканов:

Алканы называются насыщенными углеводородами, поскольку содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp $^{3}$ -гибридизации – 4 гибридные орбитали атома углерода равнозначны по форме и энергии и направлены к вершинам тетраэдра:

Орбитали атома углерода равнозначны по форме и энергии и направлены к вершинам тетраэдра

Тетраэдрическое расположение гибридных орбиталей одинаково для всех атомов углерода в алканах, поэтому молекулы алканов имеют зигзагообразное строение:

При n > 3 у алканов возможна изомерия углеродного скелета:

а при n > 6 – оптическая изомерия.

Алканы химически малоактивны, поскольку одинарные связи C–H и C–C довольно прочные. Все связи в молекулах алканов являются $\sigma$ -связями, малополярны и слабо поляризуются, поэтому алканы, в основном, вступают в реакции по радикальному механизму (радикальное галогенирование, сульфохлорирование, нитрование, автоокисление).

Основным практически значимым химическим свойством алканов является реакция горения:

$CH_4+2O_2 \to CO_2+2H_2O+\Delta Q$

Из-за большого теплового эффекта таких реакций алканы используются в качестве топлива.

Примеры решения задач по теме «формула алканов»

ПРИМЕР 1

Задание

Массовая доля углерода в алкане составляет 83,72%. Определите его молекулярную формулу.

Решение

Общая формула алканов C_nH_2n+2

Масса 1 моля алкана равна:

$m(C_{n}H_{2n+2}) = (12n + 2n + 2) = 14n + 2$

Масса углерода в алкане равна:

$m(C) = 12n$

Массовая доля углерода в алкане равна:

$\omega (C)=\frac{12n \cdot 100}{14n+2}$

$\frac{12n \cdot 100}{14n+2}=83,72$

$27,92n=167,44$

$n=6$

Следовательно, молекулярная формула алкана C₆H₁₄.

Ответ

Молекулярная формула алкана C₆H₁₄

ПРИМЕР 2

Задание

Газ, который образовался при полном сгорании 0,1 моль неизвестного алкана, пропустили через избыток известковой воды, при этом выпал осадок массой 60 г. Определите молекулярную формулу и строение данного алкана, если известно, что в его составе есть один четвертичный атом углерода.

Решение

Запишем уравнение реакции горения алкана:

$C_{n}H_{2n+2} + (3n+1)/2O_{2} \to nCO_{2} + (n+1)H_{2}O$