Definicja Budowa i właściwości fizyczne

Co znaczy BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE: stan hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomów węgla krotność wiązania pomiędzy atomami węgla długość wiązania pojedynczego węgiel–węgiel energia wiązania pojedynczego węgiel–węgiel sp3 wiązanie pojedyncze 154 pm 338 kJ/mol Cząsteczki alkanów zbudowane są z atomów węgla, których orbitale walencyjne są w stanie hybrydyzacji sp3. Atomy węgla połączone są ze sobą wyłącznie wiązaniami pojedynczymi σ. Długość wiązania pojedynczego węgiel-węgiel wynosi 154 pm,a energia wiązania 338 kJ/mol. Cząsteczki alkanów nie są płaskie, a możliwość obrotu atomów lub grup atomów połączonych z sąsiednimi atomami węgla wokół wiązania σ powoduje, że istnieją różnorodne orientacje w przestrzeni określane mianem konformacji cząsteczki (dotyczy to stanu gazowego i ciekłego węglowodoru). Rozważając cząsteczkę metanu, najprostszego alkanu i stosując teorię VSEPR do przewidywania rzeczywistego jej kształtu, stwierdzamy, że: Skoro LH = 4, to: orbitale walencyjne atomu węgla są w stanie hybrydyzacji sp3. cząsteczka ma kształt tetraedru (brak wolnych par elektronowych na atomie węgla), czyli zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd. Poniżej przedstawiono diagram poziomów energetycznych dla cząsteczki metanu oraz schemat nakładania orbitali atomowych w cząsteczce metanu. Schemat nakładania orbitali atomowych oraz model cząsteczki etanu przedstawiono poniżej. Alkany tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym: CnH2n+2 (gdzie n oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce). Poszczególne człony szeregu zwane homologami różnią się o taki sam element strukturalny (–CH2–) lub jego krotność. Wiązanie węgiel-wodór jest praktycznie niespolaryzowane (ΔE = 0,4), zatem cząsteczki alkanów są na ogół niepolarne. Niepolarne cząsteczki nie mogą utworzyć z cząsteczkami wody wiązań wodorowych, co jest warunkiem rozpuszczalności w wodzie. Alkany jako substancje hydrofobowe są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, a rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Właściwości fizyczne wybranych alkanów, w tym temperatury wrzenia (TW) i topnienia (TT), zestawiono w poniższej tabeli. węglowodór TT [°C] TW [°C] właściwości fizyczne metanCH4 –182,43 –161,48 bezbarwny, bezwonny gaz tworzący z powietrzem mieszaninę wybuchową, nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych (eter, benzyna) etanC2H6 –183,20 –88,60 bezbarwny, bezwonny, palny gaz słabo rozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych (etanol) n-butanC4H10 –138,30 –0,55 bezbarwny, palny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w alkoholu i eterze n-heksanC6H14 –95,30 68,7 bezbarwna, lotna, palna ciecz o zapachu benzyny, nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych Homologi wykazują podobne właściwości chemiczne (szereg alkanów), a właściwości fizyczne stopniowo w tym szeregu zmieniają się ze wzrostem długości łańcucha węglowego w następujący sposób: Rzędowość danego atomu węgla określona jest liczbą innych atomów węgla bezpośrednio z nim połączonych, np.: