Metan, etan, propan — alkany
Metan, etan i propan to trzy pierwsze alkany, czyli węglowodory nasycone. Wzór ogólny szeregu to CnH2n+2.
Metan, etan i propan to trzy pierwsze alkany, czyli węglowodory nasycone. Różnią się liczbą atomów węgla w łańcuchu.
Trzy pierwsze alkany
- Metan — CH₄, jeden atom węgla
- Etan — C₂H₆, dwa atomy węgla
- Propan — C₃H₈, trzy atomy węgla
- Butan — C₄H₁₀, cztery atomy węgla
Wzór ogólny alkanów to CnH2n+2. Podstawiając liczbę atomów węgla, otrzymujemy liczbę wodorów — dla propanu trzy razy dwa plus dwa daje osiem.
Szereg homologiczny
Kolejne alkany różnią się o jedną grupę CH₂. Taki ciąg związków nazywa się szeregiem homologicznym.
Właściwości zmieniają się w nim stopniowo: pierwsze cztery alkany są gazami, kolejne cieczami, a od siedemnastu atomów węgla ciałami stałymi. Temperatura wrzenia rośnie wraz z długością łańcucha, bo większe cząsteczki silniej się przyciągają.
Właściwości chemiczne
Alkany są mało reaktywne, bo zawierają wyłącznie wiązania pojedyncze. Ulegają głównie spalaniu oraz substytucji, czyli podstawianiu atomów wodoru.
Nie ulegają natomiast addycji, która wymaga wiązania wielokrotnego. To odróżnia je od alkenów i alkinów — brak wiązania podwójnego przesądza o całym zestawie możliwych reakcji.
Zastosowania
- Metan — główny składnik gazu ziemnego
- Etan — surowiec do produkcji etenu
- Propan i butan — gaz w butlach, mieszanka LPG
Propan i butan skraplają się pod niewielkim ciśnieniem, dzięki czemu mieszczą się w butlach w postaci ciekłej. Właśnie ta cecha zdecydowała o ich wykorzystaniu jako paliwa przenośnego.
Nazewnictwo alkanów
- 1–4 atomy — nazwy tradycyjne: metan, etan, propan, butan
- 5 i więcej — przedrostek grecki plus końcówka -an
- Pentan, heksan, heptan, oktan — pięć do ośmiu atomów
Końcówka -an wskazuje na wiązania pojedyncze. Alkeny mają końcówkę -en, a alkiny -yn — sama nazwa mówi więc, jakim reakcjom związek ulega.
Spalanie alkanów
Przy pełnym dostępie tlenu powstają dwutlenek węgla i woda. Przy niedoborze tlenu tworzy się tlenek węgla albo sam węgiel w postaci sadzy.
Tlenek węgla jest bezwonny i silnie trujący, dlatego niesprawne piece stanowią zagrożenie. Niebieski płomień świadczy o pełnym spalaniu, a żółty i kopcący o niedoborze tlenu — to obserwacja o znaczeniu praktycznym.
Izomeria
Od butanu wzwyż ten sam wzór sumaryczny może odpowiadać różnym związkom. Atomy węgla układają się wtedy w łańcuch prosty albo rozgałęziony.
Butan i izobutan mają identyczny wzór C₄H₁₀, ale różne właściwości fizyczne. Zjawisko to nazywa się izomerią i tłumaczy, dlaczego sam wzór sumaryczny nie wystarcza do opisania związku organicznego — potrzebny jest wzór strukturalny.
Metan w przyrodzie
Metan powstaje przy beztlenowym rozkładzie materii organicznej — na bagnach, w przewodzie pokarmowym zwierząt oraz na wysypiskach. Stąd dawna nazwa gaz błotny.
Jest przy tym silnym gazem cieplarnianym, wielokrotnie skuteczniejszym od dwutlenku węgla, choć utrzymuje się w atmosferze krócej. Z tego powodu ograniczanie jego emisji uznaje się za działanie o szybkim efekcie.