Alcanos – Definición, Nomenclatura, Preparación, Propiedades

En ciencias naturales, un hidrocarburo es un átomo natural que comprende completamente hidrógeno y carbono. Los hidrocarburos son una ilustración de la reunión de 14 hidruros. Los hidrocarburos son lúgubres e hidrófobos, con un ligero olor. Como resultado de sus diversos diseños compuestos, ya es difícil resumirlos. La mayor parte de los vertidos de hidrocarburos antropogénicos proceden de la copia de derivados del petróleo, que incorpora tanto la creación como la ignición de combustibles. El etileno, el isopreno y los monoterpenos son en gran medida hidrocarburos normales que se encuentran en las emanaciones de las plantas.

¿Qué son los alcanos?

Los alcanos son compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno que tienen un enlace simple. Los alcanos tienen la fórmula C _n H _2n+2 y se clasifican en tres grupos: 

• alcanos de string, 
• cicloalcanos y 
• Alcanos ramificados.

Los alcanos son una clase de compuestos químicos que tienen un solo enlace covalente entre los átomos de carbono e hidrógeno. Los enlaces covalentes simples entre los átomos de carbono e hidrógeno constituyen esta clase de compuestos. Los gases de carbón, producidos por la destilación destructiva del carbón, el GLP (Gas Licuado de Petróleo) y el GNC (Gas Natural Comprimido) son ejemplos de combustibles. Además, el aceite de queroseno se utiliza como combustible doméstico. Todos estos combustibles están compuestos por una combinación de hidrocarburos, que son fuentes de energía.

Nomenclatura de Alcanos

C _n H _2n+2 es la fórmula general de los alcanos, con n=1, 2, 3, 4, etc. Los alcanos tienen un sufijo en el sistema IUPAC, y el prefijo está determinado por el número de átomos de carbono. Los siguientes son algunos de los nombres de hidrocarburos saturados:

Número de átomos de carbono	Fórmula	Nombre IUPAC
1	Canal 4	Metano
2	C 2 H 6	etano
3	C 3 H 8	Propano
4	C 4 H 10	Butano
5	C 5 H 12	pentano
6	C 6 H 14	hexano
7	C 7 H 16	heptano
8	C 8 H 18	Octano
9	C 9 H 20	nonano
10	C 10 H 22	decano

Isomería de alcanos

Debido a que solo hay un método para unir 1, 2 y 3 átomos de carbono, los primeros tres alcanos, metano, etano y propano, tienen una sola estructura. El butano, por otro lado, puede tener dos isómeros.

El pentano contiene tres isómeros porque cinco átomos de carbono pueden estar unidos de tres formas distintas.

El hexano tiene cinco isómeros, el heptano nueve, el octano dieciocho, el nonano treinta y cinco y el decano setenta y cinco.

Preparación de Alcanos

La hidrogenación o reducción de hidrocarburos insaturados es el proceso de agregar hidrógeno a un hidrocarburo insaturado en presencia de un catalizador.

do ₂ h ₄ + h ₂ → do ₂ h ₆

do ₃ h ₆ + h ₂ → do ₃ h ₈

De haluros de alquilo 

Cualquiera de las siguientes técnicas se puede utilizar para convertir haluros de alquilo en alcanos:

• Reactivo de Grignard: Los haluros de alquilmagnesio se forman cuando los haluros de alquilo, particularmente bromuros y yoduros, se combinan con magnesio metálico en presencia de etoxietano seco (éter dietílico). Los alcanos se forman cuando los haluros de alquil magnesio se combinan con agua.

• Por reacción de Wurtz: La síntesis de alcanos aumenta cuando un haluro de alquilo, particularmente bromuro y yoduro, se trata con sodio metálico en presencia de éter etílico seco.

Del ácido carboxílico

Cualquiera de los siguientes procedimientos se puede utilizar para producir alcanos.

• Descarboxilación: Es un proceso de preparación de alcanos realizado en el laboratorio. Se pierde una molécula de dirust de carbono cuando se calienta un ácido carboxílico con cal sodada (NaOH + CaO) a alrededor de 630 K, y se produce un alcano con un átomo de carbono menor que el ácido carboxílico.

• Método electrolítico de Kolbe: Cuando se utiliza una solución acuosa concentrada de potasio o sodio.

Propiedades físicas de los alcanos

La fuerza de atracción intermolecular determina las características físicas de los alcanos. Veamos algunas de las propiedades:

• Punto de ebullición : los alcanos de string lineal tienen puntos de ebullición más altos a medida que aumenta su masa molecular. Esto se debe a un aumento en el tamaño molecular y el área superficial de la molécula, lo que aumenta la magnitud de las fuerzas de atracción de van der Waals y, por lo tanto, el punto de ebullición. Los primeros cuatro miembros de los alcanos de string lineal son gases, los trece siguientes son líquidos y los miembros superiores son sólidos cerosos incoloros.

• Punto de fusión: los puntos de fusión de los alcanos siguen el mismo patrón que sus puntos de ebullición. Con el aumento de la masa molecular, aumenta el punto de fusión de los alcanos. El punto de fusión de los alcanos está determinado por su forma y tamaño, así como por la densidad de sus moléculas. Como resultado, se ha descubierto que los alcanos de números pares tienen una mayor tendencia de punto de fusión que los alcanos de números impares.

• Solubilidad: debido a la pequeña electronegatividad entre el carbono y el hidrógeno y la propiedad covalente del enlace C-C y el enlace C-H, los alcanos son un tipo de partículas no polares. Los alcanos son insolubles en solventes polares como agua, licor, etc., sin embargo, son profundamente solubles en solventes no polares como gasolina, éter, benceno, tetracloruro de carbono, etc.
• Densidad : las densidades de los alcanos aumentan con el incremento de las masas subatómicas hasta alcanzar el valor posible de 0,8 g cm ^–3 , lo que implica que todos los alcanos son más ligeros que el agua.

reacciones de alcanos

• Reacciones de sustitución: una reacción de sustitución ocurre cuando un átomo de hidrógeno en un hidrocarburo es reemplazado por un átomo o un grupo de átomos. Debido a que C-C y C-H tienen un enlace sigma, los alcanos solo experimentan reacciones de sustitución. Los siguientes son algunos ejemplos de reacciones de sustitución:
  • Halogenación : la halogenación es el proceso de intercambio de un átomo de hidrógeno con un halógeno como F, Cl, Br, l. Se puede hacer calentando la mezcla entre 520 y 670 grados centígrados, o usando radiación ultravioleta.
  • Nitración : la nitración es el proceso de reemplazar un átomo de hidrógeno con un grupo nitro. Los alcanos no reaccionan con el ácido nítrico a las temperaturas normales, pero cuando una combinación de un alcano y vapores humeantes de HNO ₃ se calienta a 423 – 673 K bajo presión, los alcanos se nitran.

CH ₄ HNO ₃ → CH ₃ –NO ₂ + H ₂ O

• Oxidación : los alcanos se queman en el aire cuando se calientan, generando dirust de carbono y agua. Este es el proceso de combustión, que da como resultado la liberación de una gran cantidad de energía térmica.

CH4 + _2O2 → _2CO2 + _H2O ; _{_} ΔcH∘ = –80KJmol ^–1

Cuando los alcanos se calientan con oxígeno inadecuado, se produce una combustión incompleta que da como resultado monrust de carbono y carbono sin quemar.

2CH4 + 3O2 _→ 2CO _{+ 4H2O} ; 

CH ₄ +O ₂ →C+2H ₂ O

Usos de los alcanos

1. El gas natural está compuesto de metano. Tanto en los hogares como en las empresas, se utiliza GLP (una combinación de butano e isobutano) como combustible.
2. El negro de carbón, que se utiliza en tintas de impresión, pintura y neumáticos para automóviles, está hecho de alcanos.
3. Los alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos se producen mediante oxidación catalítica de alcanos.
4. La gasolina, el aceite de queroseno, el diésel, los aceites lubricantes y la cera de parafina son ejemplos de alcanos superiores.
5. Ciertos derivados del halógeno, como el cloroformo y el tetracloruro de carbono, están hechos de alcanos y se utilizan como solventes en la industria y los laboratorios.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuáles son las propiedades de los alcanos?

Responder:

Los alcanos tienen tres propiedades físicas: tienen un alto punto de fusión, una alta temperatura de ebullición y son solubles en solventes no polares pero insolubles en solventes polares.

Pregunta 2: ¿Cuáles son los primeros cuatro alcanos?

Responder:

Los primeros cuatro alcanos son metano (CH ₄ ), etano (C ₂ H ₆ ), propano (C ₃ H ₈ ) y butano (C ₄ H ₁₀ ). El alcano más simple es el gas metano, que tiene la fórmula química CH ₄ .

Pregunta 3: ¿Qué es la halogenación?

Responder:

 La halogenación es el proceso de intercambio de un átomo de hidrógeno con un halógeno como F, Cl, Br, l. Se puede hacer calentando la mezcla entre 520 y 670 grados centígrados, o usando radiación ultravioleta.

Pregunta 4: ¿Qué es la nitración?

Responder:

La nitración es el proceso de reemplazar un átomo de hidrógeno con un grupo nitro. Los alcanos no reaccionan con el ácido nítrico a las temperaturas habituales, pero cuando se calienta una combinación de un alcano y vapores de HNO ₃ humeante a 423–673 K bajo presión, los alcanos se nitran.

 CH ₄ HNO ₃ → CH ₃ –NO ₂ + H ₂ O

Pregunta 5: ¿Por qué los alcanos son insolubles en agua?

Responder:

Debido a la pequeña electronegatividad entre el carbono y el hidrógeno y la propiedad covalente del enlace C-C y el enlace C-H, los alcanos son un tipo de partículas no polares. Los alcanos son insolubles en solventes polares como agua, licor, etc., sin embargo, son profundamente solubles en solventes no polares como gasolina, éter, benceno, tetracloruro de carbono, etc.