08-proprietà fisiche

Proprietà fisiche di Alcani e Cicloalcani
PUNTI DI EBOLLIZIONE DEGLI ALCANI
sono regolati dalla entità delle forze
di attrazione intermolecolari
gli alcani sono composti non
polari per cui non entrano in
gioco forze di attrazione dipolodipolo
PUNTI DI EBOLLIZIONE
a) Aumentano all’aumentare del numero di carboni,
l’aumento dei carboni infatti determina un aumento
degli elettroni e quindi delle forze di attrazione
intermolecolari .
b)Diminuiscono con la ramificazione della catena:
le molecole ramificate sono più compatte e
hanno una minore superficie di contatto
PUNTI DI EBOLLIZIONE
a) aumentano all’aumentare del numero di carboni
l’aumento dei carboni infatti determina un aumento
della superficie di contatto e quindi delle forze
di attrazione intermolecolari
eptano
bp 98°C
Ottano
bp 125°C
Nonano
bp 150°C
PUNTI DI EBOLLIZIONE
b) Diminuiscono con la ramificazione della catena
le molecole ramificate sono più compatte e
hanno una minore superficie di contatto
Ottano: bp 125°C
2-Metileptano: bp 118°C
2,2,3,3-Tetrametilbutano: bp 107°C
Fonti di Alcani e Cicloalcani
Petrolio
derivato dalla decomposizione delle piante di milioni di
anni fa, è una soluzione di centinaia di idrocarburi
(alcani, cicloalcani, alcheni ed aromatici) ed alcuni
idrocarburi solforati. L'olio greggio è separato per
distillazione in successive frazioni, i residui sono detti
asfalti.
PETROLIO
Fornisce:
●carburante per automobili, aerei, treni
●grassi e lubrificanti per macchinari industriali
●materiale grezzo per la produzione e la lavorazione di fibre
sintetiche, plastiche, detergenti farmaci coloranti…
Raffineria è il nome di una installazione industriale,
genericamente dedicata alla trasformazione di petrolio
grezzo varie frazioni commerciabili.
i processi fisici e chimici utilizzati sono di due tipi
- separazione (distillazione frazionata) reforming (altera la struttura molecolare)
Nafta
(bp 95-150 °C)
Kerosene
(bp: 150-230 °C)
C12 e oltre
benzine
(bp: 25-95 °C)
C5-C12
gas
C1-C4
C12-C15
Petrolio
gasolio
(bp: 230-340 °C)
Residuo (Asfalto)
C15-C25
> di C25
Raffinazione del Petrolio
Cracking
converte idrocarburi ad alto peso molecolare
a composti più utili, a basso peso molecolare
Reforming
Il reforming è un processo di conversione degli idrocarburi,
adottato nell'industria petrolifera per trasformare benzine con
basso potere antidetonante in benzine ad alto NUMERO
D'OTTANO
aumenta la ramificazione di catene carboniose
che quindi assumono caratteristiche migliori
per i motori delle automobili
NUMERO DI OTTANO
Il numero di ottano NON è indice del RENDIMENTO
della benzina!!! Una benzina con un numero di
ottano più alto non ha una capacità calorifica più
alta di altre, non produce più calore quindi non
rende di più!
Esso è soltanto un indice che indica la
resistenza all'autoaccensione della benzina.
Per autoaccensione si intende l'accensione
spontanea della benzina nel momento in cui
viene sottoposta a una certa pressione,
quindi più è alto il numero di ottano nel
combustibile più sarà alta la pressione che
riesce a sopportare senza autoaccendersi.
Numero di ottani, indice usato per
esprimere il potere antidetonante di
un carburante per motori a scoppio,
ossia della tendenza di un carburante
a sopportare, sotto forma di miscela
con aria nella camera di scoppio del
motore, compressioni elevate senza
detonare
SINTESI DEGLI ALCANI
Spesso accade che in laboratorio si ha la
necessità di preparare un particolare
alcano non estraibile dal petrolio, che
rappresenta la principale, ma non
l’assoluta, fonte di idrocarburi saturi.
Per l’estrazione bisogna ricorrere alla
preparazione chimica, cioè alla sintesi
diretta dell’idrocarburo.
SINTESI DEGLI ALCANI
1- idrogenazione degli alcheni e degli alchini;
2- riduzione degli alogenuri alchilici: la
maggior parte degli alogenuri alchilici
reagiscono con zinco metallico in presenza
di acidi per dare i corrispondenti alcani
REAZIONI DEGLI ALCHENI:
Idrogenazione
IDROGENAZIONE
Questa reazione può avvenire solo in presenza di un
catalizzatore metallico come Pt, Pd, Ni.
Il metallo adsorbe sulla sua superficie sia l'idrogeno sia
l'alchene. Questi si vengono così a trovare legati alla
superficie del metallo uno di fronte all’altro e possono reagire
in modo concertato. Il legame labile che l'alchene realizza
inizialmente col metallo viene chiamato complesso p.
La reazione è una sin-addizione di idrogeno al doppio legame
degli alcheni, infatti i due atomi di H si legano
sullo stesso lato del piano dell'alchene. Il meccanismo di
reazione è radicalico.
Idrogenazione dell’etilene
H
C
H
π
+
C
H
σ
H
H—H
H
H
σ
H
C
C
H
H
esotermica ∆H° = –32 kcal/mol
Catalizzata da Pt, Pd, Ni finemente suddivisi
σ
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H H
H
H
C
H H
C
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H
H
H
C
C
H
H
H
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H
H
H
H
C
H
C
H
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H
H
H
H
C
H
C
H
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H
H
H
C
H
H
C
H
H
Meccanismo dell’idrogenazione catalitica
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
3- Sintesi di Wurtz: è possibile ottenere un
idrocarburo con un doppio numero di atomi di
carbonio facendo reagire due molecole di
alogenuro alchilico con sodio metallico con
l’ottenimento di moecoe sempre a numero pari di
atomi di carbonio.
4-Sintesi di Corey –House: è una sintesi versatile
che consente di unire due diversi gruppi alchilici,
dato che la sintesi di Wurtz permette soltanto di
ottenere molecole con un numero pari di atomi di
carbonio.
REAZIONE DI WURTZ
Questa sintesi serve solo per preparare alcani
simmetrici a numero pari di atomi di carbonio.
2RX + 2Na
R - R + 2NaX
Esempi:
2CH3Br + 2Na
CH3- CH3 + 2NaBr
2CH3- CH2- Cl +
2Na
CH3- CH2- CH2- CH3 + 2NaBr
SINTESI DI COREY-HOUSE
Consiste nel far reagire derivati di litio degli
alcani, con alogenuri alchilici. E’ indicata per
sintesi di alcani a numero dispari di atomi di
carbonio:
CH3-Li + Br-CH2-CH3 ----> CH3-CH2-CH3+
LiBr
Proprietà Chimiche.
Combustione degli Alcani
Tutti gli alcani bruciano all’aria
per dare anidride carbonica e acqua
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
COMBUSTIONE DEGLI ALCANI
CH3CH2CH3
propano
2 CH2 = CHCH3
propene
CH ≡ CCH3
propino
H
H
+ 4 O2
H
H
H
H
H
H
+ 9 O2
3 CO2 + 4 H2O
6 CO2 + 6 H2O
3 CO2 + 2 H2O
H
H
H
+ 5 O2
H
cicloesano
9 O2
6 CO2
6 H2O
Calori di Combustione
La combustione è un processo chimico che
avviene con sviluppo di calore
Il calore di combustione è la quantità di calore sviluppata nella reazione di
combustione di una sostanza.
Viene indicata come ∆H comb e spesso viene riferita all’unità di massa o di volume
della sostanza combusta, pertanto viene indicata come POTERE CALORIFICO.
I calori di combustioneaumentano all’aumentare del numero
dei carboni, più moli di O2 consumate, più moli di CO2 e H2O formate
Calori di Combustione
eptano
4817 kJ/mol
654 kJ/mol
Ottano
5471 kJ/mol
654 kJ/mol
Nonano
6125 kJ/mol
Calori di Combustione
aumentano all’aumentare del numero dei carboni
più moli di O2 consumate, più moli
di CO2 e H2O formate
diminuiscono con la ramificazione della catena
le molecole ramificate sono più stabili
(hanno una minore energia potenziale) rispetto
agli isomeri non ramificati
Calori di Combustione
5471 kJ/mol
5 kJ/mol
5466 kJ/mol
8 kJ/mol
5458 kJ/mol
6 kJ/mol
5452 kJ/mol
PUNTO IMPORTANTE
Gli isomeri possono differire nella loro stabilità relativa.
Ciò equivale a dire che:
Gli isomeri hanno differente energia potenziale
Differenze di energia potenziale possono essere
misurate confrontando i calori di combustione
Reazioni di ossido-riduzioni in chimica organica
l’ossidazione di un atomo di carbonio corrisponde
ad un aumento del numero di legami tra
carbonio e ossigeno e/o ad una diminuzione
nel numero di legami carbonio-idrogeno.
O
O
aumento dello stato
di ossidazione del carbonio
O
H
H
H
C
H
-4
H
H
C
H
OH
-2
H
OH
+2
H
0
HO
C
C
H
C
OH
+4
HC
aumento dello stato
di ossidazione del carbonio
H
H
H
C
C
H
H
-3
H
C
H
H
CH
C
H
H
-2
-1
MOLTI COMPOSTI CONTENGONO DIVERSI
CARBONI, E QUESTI POSSONO AVERE
DIFFERENTI STATI DI OSSIDAZIONE
Dalla formula molecolare si può ricavare lo stato
di ossidazione medio
CH3CH2OH
-3
-1
C2H6O
Stato di ossidazione
medio del C = -2
Per fortuna raramente c’è necessità di calcolare
lo stato di ossidazione di ogni singolo carbonio
in una molecola .
Spesso però dobbiamo individuare in un processo
se si è verificata una ossidazione o una riduzione
In generale
l’ossidazione di un carbonio si verifica quando il
carbonio, legato ad un atomo meno elettronegativo,
durante il processo si lega ad un atomo più
elettronegativo. Il processo inverso consiste
in una riduzione
ossidazione
C
C
X
riduzione
X meno elettronegativo del carbonio
Y più elettronegativo del carbonio
Y
ESEMPI
Ossidazione
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
Riduzione
CH3Cl + 2Li
CH3Li + LiCl