الألكانات



الألكانات alkanes فحوم هدروجينية مشبعة غير حلقية acyclic صيغتها العامة CnH2n+2. ويرمز لها أحياناً بالرمز العام RH حيث R جذر ألكيل، ويطلق على الألكانات أيضاً اسم بارافينات paraffins بسبب خمولها وتعذر اتحادها بالانضمام مع عناصر أخرى.

تسميتها

تسمى الألكانات ذات السلسلة الخطية، أي غير المتشعبة، بإضافة السابقة prefix الدالة على عدد ذرات الكربون إلى المقطع "آن" ane. إلاّ أن الأفراد الأربعة الأولى من الألكانات احتفظت بأسمائها الأصلية. وفيما يلي أسماء الألكانات العشرة الأولى وصيغها:

ميتان: CH4

إيتان: C2H6

بروبان: C3H8

بوتان: C4H10

بنتان: C5H12

هكسان: C6H14

هبتان: C7H16

أوكتان: C8H18

نونان: C9H20

دِكان: C10H22

ومنعاً لأي التباس، وللدلالة على أن الألكانات ذات سلسلة غير متشعبة، يُتبع غالباً اسم المركب بكلمة نظامي normal، فالمركب CH3.CH2.CH2.CH3 مثلاً يدعى البوتان النظامي (أو n ـ بوتان).

تسمى الألكانات ذات السلسلة المتشعبة بأن يسبق اسم أطول سلسلة فيها بأسماء الجذور المتوضعة عليها. ويُدَل على موضع كل جذر منها برقم كربون السلسلة المتوضع عليه الجذر. وتنتخب جهة ترقيم السلسلة بحيث يكون مجموع الأرقام الناتجة أصغر ما يمكن، فالمركب:






يدعى ميتيل-2 ميتيل-3 هكسان، لأن أطول سلسلة فيه هي الحاوية 6 ذرات كربون، وتحمل جذري ميتيل على ذرتي الكربون رقم 2 و3، ويمكن أن يطلق على المركب المذكور أيضاً اسم (دي ميتيل -2 ،3 هكسان). أما المركب








فيدعى (دي ميتيل -3 ، 3 إيتيل -4هكسان)، ولايسمى (دي ميتيل -4 ، 4إيتيل -3 هكسان) لأن مجموع الأرقام في الحالة الثانية أكبر من مجموعها في الحالة الأولى.

وجودها في الطبيعة

توجد الألكانات بكميات كبيرة على هيئة مكامن من الغاز الطبيعي والنفط؛ فالغاز الطبيعي يشكل الميتان القسم الأكبر منه، أما النفط فيحوي مزيجاً معقداً من الفحوم الهدروجينية، من C1 إلى C40 تقريباً. ويتعذر عملياً استحصال فحم هدْروجيني نقي من النفط الخام (باستثناء الحدود الستة الأولى) وذلك بسبب تقارب درجة غليان حدّيْن متتاليين.

تحضيرها

يمكن تحضير الألكانات بإحدى الطرائق الآتية:

1) ـ هدرجة الفحوم الهدروجينية الإيتيلينية أو الأسيتيلينية بالهدْروجين، بوجود حفّاز catalyst، وذلك بإمرار مزيج غازي من الفحم الهدْروجيني والهدْروجين على مسحوق النيكل المسخّن بدرجة 150 ـ200ْ:








2) ـ تفكيك المركبات العضوية للزنك والمغنزيوم بالماء:








3) ـ إرجاع المركبات العضوية الأُكسيجينية، كالألدهيدات أو الكيتونات، بالهدروجين:








4) ـ تفكيك الحموض العضوية بالحرارة thermolysis بوجود القلويات:






وتعطي هذه الطريقة مراديد رديئة جداً باستثناء الحالة التي يكون فيها R ميتيلاً CH3.

5) ـ طريقة فورتز Wurtz وتعد أقدم الطرائق الاصطناعية، وهي ذات أهمية نظرية كبيرة. وقوامها تسخين يود الألكيل RI في أنبوب مختوم بوجود الصوديوم:








خواصها الفيزيائية

الألكانات أجسام غازية أو سائلة أو صلبة، وذلك بحسب عدد ما تحويه من ذرات الكربون. فأفرادها الأربعة الأولى غازية، والتي تليها حتى C17H36 سائلة، والتي تلي هذا الأخيـر صلبة. وترتفع درجة غليان الألكانات بازدياد وزنها الجزيئي وكذلك درجة الانصهار. ولا تنحل الألكانات في الماء، وتنحل في الغول والإيتر. وكثافة الألكانات جميعها أصغر من كثافة الماء.

خواصها الكيمياوية

هي أجسام ثابتة جداً، كما أنها خاملة جداً. وبما أنها مشبعة لهذا فإن تفاعلاتها مع الأجسام الأخرى تتم بالتبادل لا بالانضمام. وإذا سُخِّنت لدرجة 500ْ ـ 750ْس بوجود مواد حافزة تتحول إلى فحوم هدروجينية إيتيلينية، أو إلى فحوم هدروجينية أسيتيلينية، ويمكن أن تتحول الألكانات بنزع الهدروجين بوجود مواد حافزة خاصة وبالحرارة، إلى فحوم هدروجينية حلقية:










تحترق الألكانات بسهولة في حرارة عالية بوجود الأكسجين، وتتحول إلى غاز الفحم (الكربون) وماء. ويترافق ذلك بانتشار كمية كبيرة من الحرارة، وهذا ما يجعل الألكانات مصدراً مهماً من مصادر الطاقة الحرارية(التسخين بالمازوت والغاز):






فعل الهالوجينات

يخَرِّب الفلور الألكانات ويتكون نتيجة ذلك حمض فلور الماء وكربون:








أما الكلور فيتبادل مع هدْروجينات الألكانات الواحد منها تلو الآخر، فمع الميتان مثلاً يتكون مزيج من كلور الميتيل وكلور الميتيلين والكلوروفورم ورابع كلور الفحم:






أما إذا كانت الألكانات بحالة غاز، وبوجود ضوء شديد، فإن الكلور يتفاعل معها بشدة ويخرِّبها:






وتتفاعل الألكانات مع البروم كتفاعلها مع الكلور، إلاّ أن تفاعلها مع هذا الأخير أكثر سهولة في حين أن اليود لا يتفاعل مع الألكانات مطلقاً.

استعمالها

للألكانات استعمالات صناعية عدة ومهمة، فيستفاد منها للإنارة والتدفئة كما أنها تعد مصدراً من مصادر القوة المحركة، (محركات الاحتراق الداخلي و المحركات النفاثة). وتستعمل أيضاً لإذابة الزيوت والمواد الدسمة ولتشحيم