آلکان های شیمی یازدهم شاخه دار و بدون شاخه

آلکان های شیمی یازدهم شاخه دار و بدون شاخه آغازگر خانواده هیدروکربن ها می باشند. آلکان های بدون شاخه ترکیبات سیرشده هستند که فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده اند و هیچ چیز اضافه ای در آن ها وجود ندارد . و تمامی پیوند های آن ها یگانه می باشد . این مبحث در شیمی کنکور و امتحان شیمی یازدهم مورد توجه بوده و آموزش آلکان ها باید به درستی انجام شود . اولین بحث تمرین نام گذاری آلکان ها شیمی یازدهم می باشد و که در این مقاله نمونه سوال نام گذاری آلکان ها با جواب قرار داده شده است و همچنین نام گذاری به روش آیوپاک انجام می شود. برای فهم بهتر مطالب جدول آلکان ها و فرمول آلکان ها از جمله بوتان (گاز فندک) ، متان (گاز شهری) ، گریس C18H38 ، وازلین C25H52 ، که همگی آلکان راست زنجیر می باشند قرار داده شده است . همچنین نام آلکان شاخه دار از جمله متیل پروپان ، 2 – اتیل پنتان ، 3 – متیل هگزان و … قرار داده شده است .

آلكان ­ها ، هیدروكربن­هایی با پیوندهای یگانه

آلکان های شیمی یازدهم در این دسته از هیدروكربن ­ها هر اتم كربن با چهار پیوند یگانه به اتم های كناری متصل شده است . به دیگر بیان همه اتم ­های کربن با چهار پیوند اشتراکی یگانه به چهار اتم دیگر ( هیدروژن یا کربن ) متصل شده ­اند .

با توجه به این که ظرفیت هر اتم کربن حداکثر چهار پیوند است پس در آلکان­ ها هیچ پیوند دوگانه و سه ­گانه ­ای وجود ندارد ، به همین خاطر به آلکان­ ها هیدروکربن­ های سیر شده نیز می­گویند .

آلکان ­ها ، هیدروکربن­ هایی هستند که تمایل چندانی برای انجام واکنش­ های شیمیایی ندارند ، به همین خاطر به آن­ها پارافین نیز می­گویند.

فرمول عمومی آلکان ­ها

در آلکان های شیمی یازدهم متان CH4 ساده ­ترین و نخستین عضو خانواده آلکان­ ها است . به ازای هر  اتم کربن  اتم هیدروژن در ساختار هر آلکان وجود دارد و تعداد اتم ­های کربن بین یک تا ده اتم متغییر است . فرمول عمومی به صورت CnH2n+2 می باشد. ساختار آلكان­ ها به صورت زنجیری می­باشد . برخی از آن ها به صورت راست زنجیر و برخی نیز شاخه دار هستند.در فرمول گسترده آلکان ­ها ، اگر کربن ­ها پشت سر هم وصل شده و هر کربن به یک یا دو اتم کربن دیگر وصل شده باشد آن آلکان راست زنجیر ، و اگر برخی كربن­ ها به سه یا چهار اتم كربن دیگر متصل باشند آن آلکان شاخه دار می­باشد .

تعداد پیوندهای آلکان ­ها

در هر آلکان n-1  عدد پیوند یگانه کربن – کربن و تعداد  2n+2 عدد پیوند یگانه کربن – هیدروژن وجود دارد پس در هر آلکان 3n+1 پیوند وجود دارد . n تعداد کربن­های هر آلکان است .

رفتارهای فیزیکی و شیمیایی آلکان­ ها

شمار اتم­های كربن نقش مهمی در رفتار هیدروكربن ­ها دارد . به طوری كه با تغییر تعداد اتم­ های كربن ، اندازه و جرم مولكول ­های هیدروكربن تغییر می­یابد و در پی آن نیروی بین مولكولی ، نقطه جوش و … تغییر می­كنند .

• نیروی بین مولکولی : پژوهش­ ها نشان می­دهد ، گشتاور دوقطبی آلکان­ ها حدود صفر است با این توصیف مولکول ­های این مواد ناقطبی هستند .

در شیمی نیروهای جاذبه بین مولکول با مولکول را به افتخار یک فیزیک­دان هلندی، نیروی واندروالس نامیده ­اند که انواع مختلفی دارد به عنوان مثال آلکان­ ها به دلیل ناقطبی بودن ، دارای نیروی واندروالس از نوع دوقطبی القایی – دوقطبی القایی یا لاندون می­باشد .

• حالت­ های فیزیکی : حالت­ های فیزیکی مواد و برخی خواص فیزیکی یک ماده مانند نقطه جوش ، به قدرت نیروهای بین مولکولی آن­ها بستگی دارد . مثلاً هر چه نیروی بین مولکولی قوی­تر باشد ، نقطه جوش آلکان بالاتر خواهد بود .از عوامل موثر بر قدرت نیروهای بین مولکولی واندروالسی در آلکان­ ها می­توان به حجم و جرم مولکول اشاره کرد به این ترتیب که هر چه تعداد کربن­ها بیشتر باشد ، جرم و حجم و اندازه مولکول­ ها افزایش یافته و به دلیل قوی تر شدن نیروی واندروالسی ، نقطه جوش و انجماد نیز افزایش می­یابد .

• گران­روی : گران­روی ( ویسکوزیته یا لزجت ) ، معیاری از اصطکاک داخلی یا مقاومت در برابر جاری شدن یک سیال است . در آلکان­های راست زنجیر با افزایش تعداد کربن ، نیروی بین مولکولی افزایش یافته و در نتیجه در مقابل جاری شدن مقاومت بیشتری از خود نشان می­دهند . پس می­توان گفت در آلکان­ ها با افزایش تعداد کربن گران­روی نیز افزایش می­یابد .

• فرار بودن : تمایل برای تبدیل شدن به حالت گاز را فرار بودن یک مایع می­گوییم . در آلکان­ها با افزایش تعداد کربن و افزایش جرم مولی این خاصیت کاهش می­یابد . در نتیجه میزان فرار بودن یک آلکان با تعداد کربن آن رابطه عکس دارد .

با افزایش شمار اتم­های کربن ، دمای جوش آلکان­ها افزایش می­یابد. در واقع نقطه جوش آلکان­های راست زنجیر با شمار اتم­های کربن آنها رابطه مستقیم دارد .

به عبارت دیگر می­توان گفت نقطه جوش آلکان­های راست زنجیر با جرم مولی آنها نیز رابطه مستقیم دارد . پس هر چه جرم مولی بیشتر باشد نقطه جوش آلکان هم بیشتر است .

با توجه به این نمودار ، دمای جوش چهار آلکان نخست یعنی متان ، اتان ، پروپان و بوتان کمتر از صفر درجه است . بنابراین آلکان­ها تا چهار کربن در دمای 22درجه  به حالت گاز و آلکان ­ها با 5 کربن تا تقریباً 17 کربن به حالت مایع هستند .

آلکان­ ها ، نامحلول و بی­ میل

در سال گذشته آموختیم که مواد ناقطبی در حلال­ های ناقطبی حل می­شوند و در حلال­ های قطبی مانند آب حل نمی­ شوند . همچنین مواد و مولکول­ های قطبی مانند نمک ­ها ، مولکول ­های دارای  متصل به یکی از اتم­ های N ، O ، F در حلال­ های قطبی به خوبی حل می­شوند ولی در حلال­ های ناقطبی حل نمی­شوند .

آلكان­ ها به دلیل ناقطبی بودن در آب نامحلول ­اند . این ویژگی سبب می­شود تا بتوان از آنها برای حفاظت از فلزها استفاده كرد . به طوری كه قرار دادن فلزها در آلكان­ های مایع یا اندود كردن سطح فلزها و وسایل فلزی با آن ها ، مانع از رسیدن آب به سطح فلز می­شود و از خوردگی فلز جلوگیری می­كند . ویژگی مهم و برجسته آلكان­ ها این است كه در ساختار آن ها هر اتم كربن با چهار پیوند اشتراکی به چهار اتم دیگر متصل بوده و به اصطلاح سیرشده هستند . از این رو آلكان ­ها تمایل چندانی به انجام واكنش­ های شیمیایی ندارند . این ویژگی سبب می شود تا میزان سمی بودن آن ها كمتر شده و استنشاق آنها بر شش ­ها و بدن تأثیر چندانی نداشته باشد و تنها سبب كاهش مقدار اكسیژن در هوای دم می­شوند . با وجود این هیچ گاه برای برداشتن بنزین از باك خودرو یا بشكه از مکیدن شیلنگ استفاده نكنید ، زیرا بخارهای بنزین وارد شش ­ها شده و از انتقال گازهای تنفسی در شش­ ها جلوگیری می­كند و نفس كشیدن دشوار می­شود . اگر میزان بخارهای وارد شده به شش ­ها زیاد باشد ، ممكن است سبب مرگ فرد شود . بنابراین هنگام كار كردن با این مواد باید نكات ایمنی را جدی بگیرید و رعایت كنید .

سوختن آلکان ­ها

با وجود واکنش­پذیری کم آلکان­ ها ، این مواد به عنوان منابع انرژی ، واکنش سوختن را به خوبی انجام می­دهند و در اثر این واکنش انرژی زیادی آزاد می­کنند . فرآورده واکنش سوختن کامل آلکان ­ها گاز کربن دی اکسید و بخار آب می باشد.

نام گذاری آلكان ها

جدول زیر نام و فرمول ده آلکان راست زنجیر را نشان می­دهد :

نام گذاری آلکان­های شاخه ­دار

نام گذاری آلکان­ های شاخه­دار کمی پیچیده ­تر از آلکان­ های راست زنجیر می­باشد . مطابق قواعد آیوپاک ، ابتدا باید نوع و نام شاخه فرعی و جهت شماره­ گذاری زنجیر اصلی مشخص گردد .

برای نام­گذاری آلکان­ های شاخه­ دار به موارد زیر توجه نمایید :

1. آلکیل­ ها : اگر از ساختار آلکان ­ها یک اتم برداریم به ترکیب حاصله آلکیل می­گوییم .

• برای نام­گذاری آلکیل­ ها ، باید از نام آلکان پسوند «آن» را برداشته و به جای آن از پسوند « اِ – یل » استفاده نماییم .
• می­دانیم آلکان­ ها یک خانواده مستقل هستند و تعداد زیادی از آن­ها در نفت خام نیز موجود است ، ولی آلکیل­  ها خانواده مستقلی نیستند و به صورت خالص وجود ندارند و در صورت ایجاد شدن به صورت خالص سریع از بین رفته و ناپایدار هستند .
• مهم ­ترین کاربرد آلکیل ­ها در نام­گذاری ترکیب­ های آلی است و شناخت ترکیب را آسان­تر می­کند .

2. پیشوندهای تعداد شاخه­ های فرعی : در نام­گذاری آلکان­های شاخه­دار ، گاهی پیش می­ آید که از یک نوع شاخه فرعی بیش از یکی داشته باشیم ، در این صورت باید تعداد این شاخه فرعی را قبل از نام شاخه و با استفاده از پیشوندهای جدول رو به ­رو بیان کنیم :

با توجه به موارد بالا ، حال می­توانیم آلکان­ های شاخه­دار را هم نام­گذاری کنیم . برای نام­گذاری این آلکان ­ها مراحل زبر را به ترتیب انجام می­دهیم :

انتخاب زنجیر اصلی :

زنجیر اصلی ، زنجیری است که بیشترین تعداد کربن را دارد ، باید توجه داشت زنجیر اصلی الزاماً زنجیر مستقیم نیست

شماره­ گذاری کربن­ها در زنجیر اصلی :

حال باید کربن­ های موجود در زنجیر اصلی را شماره ­گذاری کنیم . این شماره­ گذاری به ما کمک می­کند تا بتوانیم محل قرار گرفتن شاخه­ های فرعی را روی شاخه اصلی تشخیص داده و هنگام نوشتن نام آلکان از آن استفاده کنیم . در نام­گذاری آلکان­ ها جایگاه شاخه ­های فرعی اهمیت دارد .

شماره­ گذاری را در جهتی انجام می­دهیم که شاخه فرعی به سر زنجیر نزدیک­تر بوده و شماره کوچک­تری به شاخه فرعی تعلق گیرد .

نوشتن نام شاخه ­های فرعی :

حالا که زنجیر اصلی را انتخاب کرده و آن را شماره­  گذاری کردیم ، می­توانیم شاخه­ های فرعی را تشخیص داده و جایگاه آن­ها روی زنجیر اصلی و نام وتعداد آن­ها را بنویسیم . برای نوشتن نام شاخه­ های فرعی ، ابتدا شماره کربن های دارای شاخه فرعی را نوشته و سپس نام شاخه­ های فرعی را به ترتیب حروف الفبای لاتین می­نویسیم .

نوشتن نام زنجیر اصلی :

در مرحله آخر با توجه به تعداد کربن­های زنجیر اصلی ، نام زنجیر اصلی را بر اساس نام آلکان راست زنجیر هم کربن با آن می­نویسیم. به عنوان مثال اگر زنجیر اصلی دارای 5 کربن باشد ، نام آن پنتان و اگر 8 کربن داشته باشد نام آن اوکتان است . تامام !!!!!!!