Właściwości fizyczne i chemiczne alkanów

W dawnych czasach, w kopalniach pracowali tak zwani pokutnicy. Byli to specjalni górnicy ubrani w mokre kapoty którzy pochodniami na długich żerdziach wypalali gromadzący się pod stropem chodnika metan. Zapewniali tym większe bezpieczeństwo pracy innym górnikom. Choć zapewne nie znali się na chemii z doświadczenia wiedzieli że metan wymieszany z powietrzem mógłby być przyczyną groźnych w skutkach eksplozji. Lepiej było go więc wypalać w sposób kontrolowany, zanim zgromadził się w niebezpiecznych ilościach. W tej lekcji poznamy kilka podstawowych właściwości fizycznych i chemicznych alkanów. Zacznijmy od stanu skupienia. Czym jest w normalnych warunkach metan? Gazem. Podobnie jak jego trzej ciężsi kuzyni: etan, propan i butan. Te nazwy znasz jeśli używasz kuchenki gazowej. A kolejne? Są cieczami. Aż do alkanu o 16 atomach węgla. Przy dłuższych łańcuchach węglowodory przybierają postać stałą. Alkany są bezbarwne. Chcesz to sprawdzić? Kup w aptece parafinę albo benzynę ekstrakcyjną w sklepie z chemią gospodarczą. Alkany gazowe są również bezwonne jednak ze względów bezpieczeństwa na przykład propan i butan w kuchenkach gazowych są specjalnie aromatyzowane nawaniaczem, czyli substancją, którą można wyczuć już przy bardzo małym stężeniu. Dzięki temu szybko zorientujesz się że gaz się ulatnia i nie ryzykujesz wybuchem. Alkany o dłuższych łańcuchach mają charakterystyczny zapach. Możesz go kojarzyć z zapachem benzyny bo jest ona niczym innym jak mieszaniną węglowodorów. Zastanów się, jak stan skupienia alkanów wiąże się z ich temperaturą topnienia i wrzenia? Temperatury te również wzrastają wraz z wydłużaniem się łańcucha węglowego. Zbadajmy teraz rozpuszczalność tych węglowodorów. W wodzie praktycznie się nie rozpuszczają. Dlatego są używane na przykład jako warstwy chroniące przed korozją. Natomiast świetnie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych w tym w innych węglowodorach. Węglowodory stałe i gazowe rozpuszczone w ciekłych tworzą ropę naftową. W zależności od ich temperatury wrzenia poszczególne składniki ropy naftowej można rozdzielić metodą destylacji. O destylacji mówiliśmy w lekcji o sposobach rozdzielania mieszanin. Składniki o niższych temperaturach wrzenia czyli bardziej lotne, odparowują w pierwszej kolejności, a te o wyższych pozostają na dnie. Zbieramy je na końcu. W taki sposób otrzymujemy kolejno: benzynę naftę, olej napędowy i lepki mazut, który jest materiałem do produkcji asfaltu. W nocy na bagnach czy mokradłach można czasem dostrzec unoszące się nad powierzchnią, błękitne światełka. Dawniej kojarzono je z nieprzychylnymi duchami, które miały wyprowadzać wędrowców na manowce. W rzeczywistości błędne ogniki to najpewniej efekt samozapłonu metanu, który tworzy się w wyniku gnicia szczątków roślin i zwierząt. Stąd jego potoczna nazwa: gaz błotny. Jak z tego wynika, metan jest gazem palnym. Podobnie inne alkany. Efekt spalania zależy jednak od tego jak dużo tlenu bierze udział w reakcji. Weźmy metan spalany przy nieograniczonym dostępie tlenu. Produktami takiej reakcji są ditlenek węgla i woda. Takie spalanie nazywamy całkowitym. Jeśli tlenu nie będzie wystarczająco dużo ten sam metan spali się niecałkowicie z wytworzeniem tlenku węgla i wody. Tlenek węgla to trujący czad. Jest to reakcja półspalania. Jeśli tlenu będzie jeszcze mniej wówczas produktami spalania metanu będzie węgiel i woda. Zwróć teraz uwagę na współczynniki stechiometryczne w zapisanych równaniach reakcji. W spalaniu całkowitym, na jedną cząsteczkę metanu przypadają dwie cząsteczki tlenu. W spalaniu niecałkowitym tak zwanym półspalaniu, na dwie cząsteczki metanu przypadają trzy cząsteczki tlenu. A w reakcji spalania niecałkowitego gdzie produktem jest węgiel i woda na jedną cząsteczkę metanu tylko jedna tlenu. Pamiętasz jeszcze kuchenkę z początku filmu? Gazem, który do niej dopływa jest mieszanina propanu i butanu. Zapalając płomień w palniku potwierdzasz że mieszanina tych alkanów jest palna. A jak się spala? Przy nieograniczonym dostępie tlenu płomień jest błękitny. Jeśli tlenu jest zbyt mało, płomień przyjmuje żółtą barwę, a na dnie garnka lub patelni pojawia się czarny nalot - sadza czyli po prostu węgiel. Możesz tego nie wiedzieć ale alkany są wszędzie wokół nas. Produktów destylacji ropy naftowej używa się jako paliwa w piecach centralnego ogrzewania tu stosujemy olej napędowy i mazut w kuchenkach turystycznych i samochodowych tu wykorzystujemy benzynę, naftę i olej napędowy. Do produkcji rozmaitych smarów i olejów smarujących służą między innymi mineralne i syntetyczne oleje węglowodorowe. W kosmetykach i jako bazę rozmaitych leków maści, czopków, kremów wykorzystuje się głównie wazeliny i parafiny. Benzyna i nafta służą też jako rozpuszczalniki do farb i lakierów. Czy potrafisz wykazać jeszcze jakieś inne zastosowania alkanów? Napisz nam o tym w komentarzu pod filmem. Alkany są bezbarwne i palne. W wodzie rozpuszczają się słabo, za to w rozpuszczalnikach organicznych - świetnie. Pierwsze cztery alkany są gazami kolejne - cieczami, a od 17. - ciałami stałymi. Wszystkie spalają się w obecności tlenu zależnie od jego dostępności. Przy nieograniczonym dostępie tlenu produktami spalania są tlenek węgla 4 i woda. Gdy tlenu jest mniej, w reakcji spalania powstaje tlenek węgla 2 i woda a gdy tlenu jest bardzo mało alkany spalają się do węgla i wody. Na koniec zapraszam Cię do zasubskrybowania naszego kanału. Pistacja.tv to ogromna baza filmów z których możesz bezpłatnie korzystać.