Alcani Proprietà Produzione usi

Alcani: Proprietà fisiche Gli alcani sono composti apolari in quanto contengono solo legami covalenti pressoché omopolari, disposti in modo del tutto simmetrico. I primi 4 della serie degli alcani, a Temp. e pressione ambiente, sono gas incolori. quelli aventi da 5 a 16 atomi di carbonio sono liquidi incolori , quelli più pesanti sono solidi ed hanno consistenza cerosa . Non potendo formare legami idrogeno sono insolubili in acqua; sono solubili in solventi neutri, organici, come il benzene, l’etere, il cloroformio, ecc. Al tatto si percepiscono untuosi, oleosi, un po’ come gli oli e i grassi in genere (che sono anche loro neutri). Per queste caratteristiche vengono anche indicati con il termine di olefine (affini all’olio) Poiché le attrazioni intermolecolari sono dovute unicamente a forze deboli (di London), i loro punti di fusione e di ebollizione sono piuttosto bassi ed aumentano con le dimensioni della molecola. Dal n. 5 in poi il punto di fusione e di ebollizione aumentano di circa 20-30 °C per ogni atomo di carbonio aggiunto alla catena. La ramificazione delle molecole abbassa i punti di fusione ed ebollizione. I diversi punti di ebollizione permettono, attraverso la distillazione frazionata, di separare i vari componenti del greggio.

Greggio Raffinazione

Alcani: Proprietà chimiche Gli alcani sono considerati poco reattivi, in quanto posseggono solo legami covalenti forti (carbonio-carbonio e carbonio-idrogeno) In condizioni normali , infatti, non danno alcuna reazione: né con acidi, né con basi, né con agenti ossidanti (ossigeno, cloro, clorati, cloriti, permanganati, nitrati ecc.) Per tale ragione vengono anche indicati con il nome di paraffine (dal latino parum affinis  poco affine alle reazioni)

Reazioni degli alcani CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O In particolari condizioni (scintilla o fuoco) sono soggetti a reazione di Combustione : CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O La combustione a H2O e CO2 è una proprietà caratteristica di tutti i composti organici; viene spesso usata per la determinazione del contenuto di C e H in una sostanza organica. l'ossidazione per combustione è fortemente esotermica, data l’energia liberata dei forti legami: la combustione del metano,ad esempio, ha un potere calorifero di circa 50 MJ/Kg contro i 33 MJ/Kg del carbone e i 17MJ/Kg di legna secca e zucchero. Se la combustione avviene in difetto di ossigeno (ambienti chiusi) si può formare ossido di carbonio (CO) che rende tossico l’ambiente (è più affine all’emoglobina dell’ossigeno stesso).

Alogenazione (reazione di sostituzione) In presenza di luce o alte temperature (250-400°C) gli alcani reagiscono con gli alogeni (Cl, F, Br, I) allo stato gassoso per formare una miscela di prodotti mono, di, tri, tetrasostituiti. Dalla reazione del metano con il cloro si ottiene, ad esempio, cloruro di metile, dicloruro di metilene, cloroformio e tetracloruro di carbonio. CH4 + Cl2  CH3 Cl + HCl cloro metano CH Cl3 + Cl2  CCl4 + HCl Cloroformio Tetracloro metano Prodotti analoghi si ottengono con altri alogeni (ad es. gli HFC, idrofluorocarburi), anche in combinazione mista (ad es. CFC, clorofluorocarburi). Sono usati come solventi, smacchianti (Es. Trielina  C2HCl3), propellenti (spray) e refrigeranti (macchine frigorifere), insetticidi (Es. DDT) L’uso dei CFC oggi è molto limitato (in alcuni Paesi addirittura vietato), date le implicazioni con il «buco dell’ozono» (il cloro impedisce la formazione di ozono). Il divieto in Italia di CFC ha portato ad un aumento d’uso di HFC che, non da molto, si è scoperto essere dei forti gas «serra», con implicazioni importanti sul clima.

Alcani: Fonti industriali Il Petrolio : (dal latino petrus–roccia e oleum–olio), detto anche oro nero, è un liquido infiammabile, denso, di colore marrone scuro o verdognolo, che si trova in alcuni punti negli strati superiori della crosta terrestre. È composto da una mistura di vari idrocarburi, in prevalenza alcani. Gas naturale : Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico (archea o archibatteri). Solitamente si trova insieme al petrolio e in giacimenti di gas naturale, ma si genera anche in paludi (in questo caso viene chiamato anche gas di palude), in discariche, e durante la digestione negli animali. E’ costituito principalmente da metano. Viene utilizzato come combustibile e carburante Gas di petrolio liquefatti (GPL) : Contiene idrocarburi gassosi più pesanti del gas naturale, come etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10), e altri gas, in varie quantità. Viene usato come alternativa meno inquinante ad altri carburanti per automobili.

Alcani: raffinerie Nelle raffinerie, oltre alla distillazione frazionata, si eseguono altri processi reattivi per ottenere prodotti finali di determinate caratteristiche: Cracking converte idrocarburi ad alto peso molecolare (catene lunghe) a composti più utili, a basso peso molecolare (catene corte) [reazione con l’H2 ad alte temperature e in presenza di allumina Al2O3 come catalizzatore] Reforming  aumenta la ramificazione di catene carboniose che quindi assumono caratteristiche migliori per i motori delle automobili (isoottani potere antidetonante) [Alte Temperature, in presenza di catalizzatori a base di platino, favoriscono il legame tra molecole di alcani con liberazione di H2] Desolforazione  estrae lo zolfo contenuto nel greggio

Alcani: produzione da altri composti organici E’ possibile produrre o modificare gli alcani, utilizzando composti organici appartenenti ad altre classi chimiche più complessi. I metodi più utilizzati sono: Idrogenazione degli alcheni o dagli alchini  reazione di idrocarburi insaturi con l’H2 Alchilazione  reazione degli alcani con gli alcheni (insaturi) Altri metodi, meno utilizzati, prevedono la riduzione di alogenoderivati , di alcooli, chetoni ecc. , composti a loro volta considerati derivati dagli idrocarburi per combinazione con vari elementi (O, S, N, alogeni ecc.)

Alcani: Usi I primi 4 sono gassosi a t° ambiente, il loro uso è esclusivamente come combustibili e carburanti Pentano ed esano sono liquidi a t° amb.; vengono usati, per lo più, come solventi (per grassi, colle) e smacchianti (es. n-esano). Dall’eptano all’undecano, liquidi, in miscela (di vari isomeri) costituiscono le benzine. Importantissimi sono gli isoottani per il loro maggior potere antidetonante Miscela di alcani in prevalenza con 12-15 atomi di C costituiscono il Kerosene, Miscela di alcani in prevalenza con 13-20 atomi di C costituiscono il Gasolio, Miscele di alcani in prevalenza con n° di C Tra i 20 e i 30 costituiscono le paraffine, Per la loro insolubilità in acqua e la resistenza agli agenti chimici, trova impiego nella fabbricazione di imballaggi impermeabili, di cere per pavimenti e per mobili, di cosmetici, ecc., oltre che nella fabbricazione dei cerini, nell'industria tessile e in farmacia  Miscele di alcani con maggior n° di atomi di C, insieme a varie altri composti, formano i catrami o bitumi o asfalti.

Cicloalcani: Caratteristiche, Produzione e Usi Hanno caratteristiche simili ai corrispondenti alcani. Considerazione particolare è da fare relativamente alla reattività. I cicloalcani con meno di 6 atomi di carbonio sono i più reattivi: l’ingombro degli atomi costretti a stare vicini genera una certa tensione che facilità la rottura del ciclo stesso. Dal cicloesano in su la tensione dovuta all’anello è minima se non trascurabile. Si ritrovano naturali negli olii combustibili Possono essere prodotti a partire da alogenoalcani a catena aperta (dealogenazione) In alternativa, è possibile ottenere la pirolisi di sali di acidi dicarbossilici. Ciclopentano e cicloesano si formano durante la pirolisi (riscaldamento senza accesso aria) degli alcani in presenza di sali di calcio. Oltre che come combustibili, carburanti (sono presenti in quantità ridotte nelle benzine e nel gas naturale), possono essere usati come solventi. Il cicloesano, viene utilizzato anche come base per la produzione del nylon.