‐ zákrytová/nezákrytová (nezákrytová je stabilnější – čím větší je vzdálenost mezi atomy, tím méně se vzájemně ovlivňují à což je energeticky výhodnější)

‐ vaničková/židličková (židličková je stabilnější) – u cykloalkanů

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI:

› C₁ – C₄ jsou za normálních podmínek plyny

› C₅ – C₁₇ jsou kapaliny

› C₁₈a více jsou pevné látky

› mají relativně nízké teploty varu a tání (s rostoucím počtem atomů uhlíku v řetězci roste teplota tání a teplota varu, alkany s rozvětvenými řetězci mají nižší teplotu tání a varu než jejich nerozvětvené izomery, což je způsobeno slabšími nevazebnými interakcemi mezi molekulami rozvětvených izomerů)

› alkany jsou nepolární látky (obsahují kovalentní nepolární vazby C-C a C-H, takže nejsou rozpustné ve vodě, jsou však dobře rozpustné v organických rozpouštědlech – např.: benzenu, acetonu)

› nižší alkany nemají zápach, vyšší alkany zapáchají

› mají nižší hustotu než voda

CHEMICKÉ VLASTNOSTI:

› alkany jsou sloučeniny stálé, při normální teplotě a tlaku jsou málo reaktivní (díky této vlastnosti se dříve označovali jako parafiny, význam: „málo slučivý“)

› chem. reakce mohou probíhat na vazbách C-C a C-H, tyto vazby jsou nepolární à při reakcích se štěpí homolyticky (symetricky)

SUBSTITUCE RADIKÁLOVÁ:

› je charakteristickou reakcí pro nasycené uhlovodíky

› podmínkou reakce je dodání energie (teplem, světlem, UV zářením)

› k nejvýznamnějším reakcím patří halogenace a nitrace

HALOGENACE – je příkladem radikálové řetězové reakce

= reakce alkanů s halogeny, jejíž průběh má 3 fáze a vzniká pestrá směs produktů

1. INICIACE (vznikají radikály)

‐ dochází k homolytickému štěpení vazby v molekule chloru

‐ k reakci dochází účinkem zvýšené teploty, nebo vlivem UV záření

2. PROPAGACE (radikály reagují s neutrálními částicemi za vzniku dalšího radikálu a neutrální částice)

‐ je to soustava reakcí – mají řetězový charakter

‐ atom chloru (radikál) napadne molekulu methanu, odtrhne z ní jeden vodíkový atom a sloučí se s ním za vzniku chlorovodíku

‐ zároveň vzniká methylový radikál, který napadne dosud nedisociovanou molekulu chloru a odtrhne z ní jeden atom chloru za vzniku chlormethanu a chlorového radikálu

‐ tento radikál může atakovat další molekulu methanu a celý děj se opakuje

‐ reakce probíhá tak dlouho, dokud z reakční soustavy nevymizí radikály

3. TERMINACE (zánik radikálů, ukončení halogenace)

‐ reakce je inhibována kyslíkem

‐ inhibitor přidaný do reakční směsi je látka, která reaguje s volnými radikály za vzniku částic, které zabraňují další propagaci

ELIMINACE:

A) TERMOLÝZA (krakování)

‐ uplatnění při zpracování vyšších alkanů

‐ alkany s dlouhými řetězci se štěpí a vzniká směs nasycených a nenasycených uhlovodíků s kratšími řetězci

‐ využití při zpracování ropy (= krakování) = homolytické štěpení vazeb C-C, prováděné za vysoké teploty (termické krakování) nebo za přítomnosti katalyzátoru (katalytické krakování) a za nepřítomnosti kyslíku

R-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ à R-CH=CH₂+ CH₃-CH₂-CH₃

B) DEHYDROGENACE (eliminace H₂)

‐ probíhá za přítomnosti katalyzátorů (Ni, Pt), při teplotách 200 až 400 °C, vznikají nenasycené uhlovodíky

‐ ztužování tuků

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃à CH₂=CH-CH=CH₂ + 2 H₂(buta-1,3-dien – surovina pro výrobu syntetického kaučuku)

HOŘENÍ ALKANŮ:

› alkany s menším počtem atomů uhlíku v molekule jsou hořlavé a jejich směs se vzduchem je výbušná

› exotermická reakce

› dokonalé spalování: vzniká oxid uhličitý a vody (+ uvolní se energie)

› nedokonalé spalování: vzniká oxid uhelnatý nebo uhlík (saze) a voda (+ teplo)

IZOMERACE:

› dochází k přeměně nerozvětvených uhlovodíků na rozvětvené prostřednictvím přesmyků

› probíhá při teplotách vyšších než 100 °C, v přítomnosti katalyzátorů (AlCl₃)

› využití: v ropném průmyslu (zvyšování oktanového čísla benzínu, což zvyšuje jeho odolnost proti samozápalu)

VÝROBA ALKANŮ:

› katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků (adujeme vodík)

› hydrogenace cykloalkanů s malým počtem uhlíkových atomů v řetězci (tří až pětičlenné cykly se otevírají v důsledku napětí, jehož příčinou jsou deformace vazebných úhlů)

VÝZNAMNÉ ALKANY:

› METHAN (CH₄) – bahenní plyn

‐ bezbarvý plyn bez zápachu, který se vzduchem vytváří výbušnou směs

‐ tvoří podstatnou součást zemního plynu (obsažen je i v ropě)

‐ je součástí důlního a bahenního plynu, plynů sopečných, střevních plynů přežvýkavců (vzniká v průběhu trávení)

‐ je skleníkovým plynem (schopnost pohlcovat infračervené záření)

‐ je produktem lidské činnosti: chemického zpracování černého uhlí a ropy, spalování organických materiálů a jejich skladování, chov hospodářských zvířat

‐ do prostředí se uvolňuje biologickým rozkladem organické hmoty za nepřístupu vzduchu (hnitím) – vzniká bioplyn (methan a oxid uhličitý)

‐ využití: palivo (CNG – stlačený zemní plyn), výroba vodíku, acetylenu a sazí

› ETHAN (C₂H₆)

‐ v zemním plynu a ropě

‐ výchozí látka pro výrobu halogenderivátů a org. rozpouštědel

‐ průmyslově se vyrábí katalytickou hydrogenací ethenu

› PROPAN (C₃H₈), BUTAN (C₄H₁₀)

‐ v zemním plynu i ropě

‐ dají se lehce zkapalnit, jsou hořlavé a mají velkou výhřevnost

‐ jejich směs se používá jako topný plyn a palivo (LPG – zkapalněný ropný plyn)

‐ z obou plynů se vyrábějí nenasycené uhlovodíky, které jsou základními sloučeninami pro výrobu některých umělých hmot

› ISOOKTAN (2,2,4-trimethylpentan)

‐ Používá se ke stanovení oktanového čísla benzínu

› VYŠŠÍ ALKANY

‐ kapalné alkany – kapalná paliva, pohonné hmoty

‐ pevné alkany – vazelína, mazací oleje, parafiny

CYKLOALKANY

KLASIFIKACE CYKLOALKANŮ:

› podle chemického složení: UHLOVODÍKY (= základní organické sloučeniny, které obsahují pouze atomy uhlíku a vodíku)

› podle typu vazeb: NASYCENÉ (= v jejich řetězci jsou pouze jednoduché vazby)

› podle typu uhlíkového řetězce: CYKLICKÉ (ALICYKLICKÉ) – mají cyklické řetězce, nejsou aromatické

OBECNÝ VZOREC: C_nH_2n

PŘÍPRAVA:

› KATALYTICKÁ HYDROGENACE AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ

‐ benzen + 3 H₂ à cyklohexan

VÝZNAMNÉ CYKLOALKANY:

› CYKLOHEXAN (C₆H₁₂)

‐ bezbarvá kapalina, získává se z ropy

‐ rozpouštědlo, surovina pro výrobu syntetických vláken

PŘÍRODNÍ ZDROJE UHLOVODÍKŮ A JEJICH ZPRACOVÁNÍ:

› fosilní zdroje – ropa, zemní plyn, uhlí (neobnovitelné)

› recentní zdroje – rostlinné plody, dřevo, tuky (obnovitelné)

› výroba: zpracováním ropy, zemního plynu, černouhelného dehtu

ROPA:

› hnědá až černá olejovitá kapalina s menší hustotou než voda

› směs kapalných, pevných a plynných uhlovodíků

› složení: C (84-87 %), H (11-14 %), O – N – S (2-3 %) à závisí na nalezišti

› naleziště: Severní moře, Mexický záliv, Rusko, Perský záliv, v ČR: jižní Morava

› zpracování ropy v rafinériích (v ČR např.: Litvínov):

‐ odvodnění a odsolení

‐ rektifikace (frakční destilace) – podle teploty varu

à rafinace – odstraňování nežádoucích složek, které zhoršují stálost produktů

à krakování

à odparafinování olejů (= odstranění pevných uhlovodíků při nízké teplotě v přítomnosti selektivních rozpouštědel)

› produkty:

‐ plynné uhlovodíky (C₁-C₄) – viz význam alkanů

‐ benzín (C₄-C₁₁) – oktanové číslo = procentuální podíl isooktanu (2,2,4 – trimethylpentan) a n-heptanu – vyjadřuje odolnost vůči samozápalu, zvyšujeme přidáním antidetonačních látek

‐ petrolej (C₁₀-C₁₈) – motorová nafta

‐ plynový olej (C₁₅-C₂₄) – hlavní složka motorové nafty

‐ olejové destiláty – mazací oleje

‐ mazut = destilační zbytek z atmosférické destilace ropy, použití jako topný olej

‐ asfalt – tmavá pevná látka, destilační zbytek z vakuové destilace ropy

ZEMNÍ PLYN:

› směs plynných uhlovodíků s převládajícím obsahem methanu (60-97 %)

› výskyt samostatně, nebo doprovází ložiska ropy a uhlí

› vlastnosti: bezbarvý, nejedovatý, nedýchatelný, hořlavý plyn bez zápachu, je lehčí než vzduch

› využití: topný plyn, palivo pro pohon motorových vozidel (CNG, LPG), surovina chem. průmyslu

UHLÍ:

› směs makromolekulárních látek vzniklých z látek původně tvořících těla odumřelých rostlin a částečně i jiných organismů

› využití: palivo v tepelných elektrárnách

› hnědé (obsah C 60-75 %)

› černé (obsah C 75-90 %) – palivo s velmi vysokou výhřevností, zpracováváme vysokoteplotní karbonizací (= koksování – pyrolýza za teploty 1000 °C, je to tepelný rozklad uhlí bez přístupu vzduchu za tvorby plynů, kapalin a pevných zbytků)

› produkty karbonizace:

- koks (pevný uhlíkatý zbytek, surovina pro výrobu železa),

- surový koksárenský plyn (průmyslové palivo)

- černouhelný dehet (je vedlejším produktem, hustá, černohnědá, nepříjemně páchnoucí kapalina, je zdrojem aromatických sloučenin, dále ho zpracováváme frakční destilací)

Note