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Hidrocarburos
Alifáticos: Alcanos
Prof. Ing. Patricia Albarracin
Alcanos
Tabla 3.2 NOMBRES DE LOS ALCANOS
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
metano
etano
propano
butano
pentano
hexano
heptano
octano
C9H20
C10H22
C11H24
C12H26
C14H30
C16H34
C18H38
C20H42
nonano
decanoundecano
dodecano
tetradecano
hexadecano
octadecano
eicosano
Tipo de cadena : Lineal – Formula General Cn H 2n+2
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Metano
C CH H
H HH H
H C C H
H H
H H
Etano
orbitales sp3
C
H
HH
H
H
H C
H
H
H
CH
H
H
1.53 A 109.5º
109.5º
Etano
Conformaciones
H
HH
HH
H
H
HH
HH
H
Fórmulas de caballete para el etano en las conformaciones eclipsada y escalonada.
H
HH
H
H
HH
HH
HHH
Proyecciones de Newman para el etano, en las conformaciones eclipsada y escalonada.
barrera energética de unas 3 kcal/mol.
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IsómerosTabla 3.1 CONSTANTES FISICAS DE LOS BUTANOS ISOMEROS
n-Butano Isobutano
P.e. 0ºC -12ºC
P.f. -138ºC -159ºCDensidad relativa a -20ºC 0.622 0.604Solubilidad en 100 ml alcohol 1813 ml 1320 ml
C C C C
H H H H
H H H H
HH
II
n-Butano
C C C HH
H H H
H HC HH
HIII
Isobutano
C C C C C C C C C
C
C C C
C
C
C C C C C C C C C C
C
C C C C C C
C
C C C C
C
C
C C C C
C C
n-Pentanop.e. 36 ºC
Isopentanop .e. 28ºC
Neopentanop.e. 9.5 ºC
p.e. 69ºC p.e. 60ºC p.e. 63ºC
p.e. 50ºC p.e. 58ºC
Pentanos
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Tipos de átomos de carbono e hidrógeno
• Un átomo de carbono primario (1º) está unido a un solo carbono adicional; uno secundarios (2º), a otros dos; y uno terciario (3º), a tres.
H C C C C H
H H H H
H H H H
1º 2º 2º 1º
H C C C H
H H H
H HC HH
H
1º 3º 1º
1º
H C C C C H
H H H H
HC HH
H
H H
1º 3º 2º 1º
1º
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Propiedades físicasTabla 3.3 ALCANOS
Nombre Fórmula P.f.,º C
P.e.,º C
Densidadrelativa(a 20 ºC)
CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)12CH3CH3(CH2)13CH3CH3(CH2)14CH3CH3(CH2)15CH3CH3(CH2)16CH3CH3(CH2)17CH3CH3(CH2)18CH3
(CH3)2CHCH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)4C(CH3)2CH(CH2)2CH3CH3CH2CH(CH3)CH2CH3(CH3)3CCH2CH3(CH3)2CHCH(CH3)2
MetanoEtanoPropano
n-Butanon-Pentanon-Hexanon-Heptanon-Octano
n-Nonanon-Decanon-Undecanon-Dodecanon-Tridecanon-Tetradecanon-Pentadecanon-Hexadecanon-Heptadecanon-Octadecanon-Nonadecanon-Eicosano
IsobutanoIsopentanoNeopentanoIsohexano3-Metilpentano2,2-Dimetilbutano2,3-Diemtilbutano
-183-172-187
-138-130- 95- 90.5- 57- 54- 30- 26
- 10- 6
5.51018222832
36
-162- 88.5- 42
036
6998
126
0.626
.659
.684
151174196
216234252
.703
.718
.730
.740
.749
.757
.764
.769
.775
266280292308320
-159-160- 17-154-118- 98-129
- 12289.5
60635058
.620
.654
.676
.649
.668
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Fuente industrial• La fuente principal de alcanos es el petróleo, junto con el gas natural
Tabla 3.4 CONSTITUYENTES DEL PETROLEO
Fracción Temperaturade destilación, ºC
Número de carbonos
GasEter de petróleoLigroína (nafta ligera)Gasolina NaturalQuerosenoGasóleoAceite lubricante
Bajo 20ºC20-60 ºC60-100 ºC40-205 ºC175-325 ºCSobre 275 ºCLíquidos no volátiles
C1-C4C5-C6C6-C7C5-C10, y cicloalcanosC12-C18, y aromáticosC12 y superioresProbablemente cadenas largas unidasa estructuras cíclicasEstructuras policíclicasAsfalto o coque de petróleo Sólidos no volátiles
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Destilación de Petroleo
Fracciones de la Destilación de Petróleo
Procesos de transformación de fracciones de petróleo
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Concepto de Octanaje
Aditivo para mejorar octanaje: tetraetilplomo, (C2H5)4Pb, no se usa actualmente
Por ejemplo, una gasolina con un número de octanos de 86 significa que su tendencia a provocar el picado del motor es equivalente a una mezcla compuesta por un 86% de 2,2,4-trimetilpentano y de 14% de heptano
Métodos de Obtención de Alcanos
- Hidrogenación de Alquenos
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A partir de derivados halogenados: Reactivo de Grignard
CH3I + Mg éter CH3MgI
CH3CH2Br + Mg CH3CH2MgBréter
Yoduro demetilo
Yoduro demetilmagnesio
Bromuro de etilo Bromuro deetilmagnesio
RMgX + HOH R H + Mg(OH)X
Acido másfuerte
Acido másdébil
RMgX + NH3 R H + Mg(NH2)X
Acido másfuerte
Acido másdébil
RMgX + CH3OH R H + Mg(OCH3)X
Acido másfuerte
Acido más débil
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R CuLi
R
+ R'X R R' + RCu + LiX
Cuprodialquil-litio Alcano
• El alcano se sintetiza a partir de dos halogenuros de alquilo: RX y R’X.
R X Li R Li CuXR CuLi
R
Alquil-litio Cuprodialquil-litio
R'X
R R'
• La reacción del sodio con halogenuros de alquilo (reacción de Wurtz) queda así limitada a la síntesis de alcanos simétricos. R-R.
NaRX R-R
A partir de Halogenuros de Alquilo : RX
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Reacciones
Parafinas. Este nombre (latín: parum affinis, sin afinidad suficiente) se les dio para describir lo que parecía una reactividad baja de estos hidrocarburos.Sin embargo, la reactividad depende de la elección del reactivo. Una parte importante de la química los alcanos implica reacciones de radicales libres, que tienen lugar en condiciones vigorosas y dan generalmente mezclas de productos.
REACCIONES DE ALCANOS
1. Halogenación. Estudiada en las secciones 3.19 a 3.22.
C H + X2250-400ºC, o luz
C X + HX
Generalmente una mezclaReactividad X2: CI2 Br2
H: 3º 2º 1º CH3 H
Ejemplo:
CH3 CH CH3
CH3CI2
250-400ºCCH3 CH
CH3
CH2CI + CH3 C
CH3
CH3
CIIsobutano Cloruro de isobutilo
Cloruro de t-butilo
2. Combustión. Estudiada en la sección 3.30.
CnH2n + 2 + exceso O2llama nCO2 + (n + 1)H2O H=calor de combustion
Ejemplo:
n-C5H12 + 8 O2 5CO2 + 6H2O H=-845 kcalllama
3. Pirólisis (cracking). Estudiada en la sección 3.31.
alcano H2 + alcanos menores + alquenos400-600ºC con o sincatalizadores
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Sin embargo, en muchos procesos de combustión, como la quema de gasolina en un motor, no se logra una oxidación completa del carbono generándose en muchos casos compuestos tóxicos
Combustión
La combustión de los alcanos es una de las reacciones orgánicas más importantes si se tiene en cuenta la masa de material que utiliza este proceso. La combustión de gas natural, gasolina y fuel implica en su mayor parte la combustión de alcanos. Sin embargo, esta combustión deja de ser una reacción orgánica típica porque en primer lugar los reactivos de la reacción son en realidad mezclas de alcanos y en segundo lugar porque el producto deseado de la reacción es el calor que desprende y no los productos obtenidos en ella. De hecho, los productos generados en el proceso de combustión de los alcanos son, por lo general, compuestos sin interés y su eliminación, debido a su volumen, constituye un importante problema. La ecuación para la combustión de un alcano, por ejemplo el metano, es la
COMBUSTION y MEDIO AMBIENTE
Peligros de la combustión Incompleta El CO es tóxico. * Reacciona con la hemoglobina de la sangre impidiendo que esta sea transportada con oxígeno a la sangre. * Puede dar lugar a partículas de carbón no quemadas (este hollín que se deposita en las chimeneas y a la larga puede provocar incendios).
Peligros de la combustión completa* La combustión completa produce dióxido de carbono (CO2). Este gas ocasiona junto a otros como el metano el efecto invernadero. Este efecto, mantiene la temperatura de la tierra pues impide que salgan las radiaciones infrarrojas del suelo.Actualmente debido al aumento de las combustiones esta aumentando la concentración de CO2 en la atmósfera.
(1) X2250-400 ºC
oluz ultravioleta
2X.
(2) X. + RH HX + R.
(3) R. + X2 RX + X.
Paso iniciador de la cadena
Pasos propagadores de la cadena
Halogenación : Mecanismos de halogenación
CH3CH3 CH3CH2Brluz, 127 ºC
Etano
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Br + CH3CHCH3
BrPropano
CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2Br + CH3CH2CHCH3
Brn-Butano
CH3CHCH3
CH3
CH3CHCH2Br
CH3
+ CH3CCH3
CH3
BrIsobutano
Br2
Br2luz, 127 ºC
3 %97 %
luz, 127 ºCBr2
2 %98 %
luz, 127 ºCBr2
trazas
sobre 99 %
Ejemplos
USOS DE ALCANOS
Los cuatro primeros alcanos son usados principalmente para propósitos de calefacción y cocina. el metano y el etano son los principales componentes del gas natural.El propano y el butano pueden ser líquidos a presiones moderadamente bajas y son conocidos como gases licuados. Estos dos alcanos son usados también como propelentes en pulverizadores.Desde el pentano hasta el octano los alcanos son líquidos razonablemente volátiles. Se usan como combustibles en motores de combustión interna. Además de su uso como combustibles, los alcanos medios son buenos solventes para las sustancias no polares.
PERJUICIOSEl lado poco agradable es que son muy contaminantes. Los plásticos duran mas de 100 años en degradarse, los solventes contaminan suelos y aguas, la quema de los combustibles produce gases como el CO2 que contamina la atmosfera, entre otros problemas.
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