Lehekülje Alkaanid lähteteksti vaatamine

{{See artikkel| räägib tsükliteta küllastunud süsivesinikest; tsüklitega küllastunud süsivesinike kohta vaata artiklit [[Tsükloalkaanid]]}}
{{ToimetaAeg|kuu=aprill|aasta=2007}}
'''Alkaanid''' on [[süsinik]]u ja [[vesinik]]u [[keemiline ühend|ühend]]id, mille [[molekul]]ides süsiniku aatomid on omavahel seotud [[kovalentsus|kovalentse]] [[üksikside]]mega. Mõnikord nimetatakse alkaane ka '''parafiinideks'''.

==Leidumine ja saamine==
Kõige lihtsam alkaan – [[metaan]] (CH<sub>4</sub>) on looduslike [[gaas]]ide ([[maagaas]], [[kaevandusgaas]], [[soogaas]]) peamine koostisosa. Kõrvuti metaaniga sisaldavad nad [[etaan]]i, [[propaan]]i, [[butaan]]i, [[isobutaan]]i ja teisi alkaane.

Sünteetiliselt võib metaani saada, juhtides vesinikku kõrgel temperatuuril läbi hõõguvate süte: C + 2H<sub>2</sub> → CH<sub>4</sub>

==Alkaanide nimetused==

{| class="wikitable"
|-
! Süsiniku-</br>aatomite arv
! Alkaan
! Süsiniku-</br>aatomite arv
! Alkaan
|-
| 1
| [[metaan]]
| 10
| dekaan
|-
| 2
| [[etaan]]
| 11
| undekaan
|-
| 3
| [[propaan]]
| 12
| dodekaan
|-
| 4
| [[butaan]]
| 20
| (e)ikosaan
|-
| 5
| [[pentaan]]
| 21
| henikosaan
|-
| 6
| [[heksaan]]
| 30
| triakontaan
|-
| 7
| [[heptaan]]
| 40
| tetrakontaan
|-
| 8
| [[oktaan]]
| 50
| pentakontaan
|-
| 9
| [[nonaan]]
| 100
| hektaan
|}

==Füüsikalised omadused==
* Metaani ja temaga sarnaste süsivesinike – alkaanide omadused muutuvad korrapäraselt süsiniku aatomite arvu suurenemisega molekulis.
*Metaan ja talle järgnevad alkaanid erinevad üksteisest aatomite rühma – CH<sub>2</sub> – võrra. Niisugust ühendite rida nimetatakse homoloogiliseks reaks. Rea üldvalem on C<sub>n</sub>H<sub>2n+2</sub>
* Metaani homoloogilise rea neli esimest ühendit on gaasid, viiendast kuni kuueteistkümnendani [[vedelik]]ud ja kõrgemad on [[tahke]]d ained. [[Molekulmass]]i kasvuga homoloogilises reas suureneb alkaanide [[tihedus]] ning kasvab [[Sulamistemperatuur|sulamis]]- ja [[keemistemperatuur]]. 
* Alkaanid on vees peaaegu lahustumatud. Nad on [[hüdrofoobsus|hüdrofoobsed]] ehk vett tõrjuvad.
* Homoloogilises reas muutuvad homoloogilise rea liikmete – homoloogide – füüsikalised omadused korrapäraselt. Molekulmassi suurenemisega kasvab homoloogide tihedus, sulamis- ja keemistemperatuur ning agregaatolek muutub : gaas → vedelik → tahke.

==Keemilised omadused==
Metaani homoloogilise rea liikmete keemilised omadused on ühesugused. Üldiselt nad keemilistesse reaktsioonidesse kergesti ei astu ning tavaliseks reaktsioonitüübiks on asendusreaktsioon.

===Põlemine===

Kõik alkaanid põlevad. Madalamad alkaanid põlevad vähemärgatava, kahvatu leegiga ning põlemissaadusteks on süsinikdioksiid ja veeaur:

<chem>CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O</chem> 

Õhuga segatuna moodustavad nad väga plahvatusohtliku segu.

===Oksüdeerijate toime===

Tavalisel temperatuuril alkaanid oksüdeerijate (nt KMnO<sub>4</sub> ja K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>) toimel ei reageeri.

==== Autooksüdeerumine ====
Alkaanide oksüdatsioon vedelas faasis toimub vabade radikaalide mehhanismi kaudu, mille tulemusena moodustuvad hüdroperoksiidid ja muud ühendid.

<chem>RH + O2 ->R* + HOO*</chem>

<chem>R* + O2 -> ROO*</chem>

<chem>ROO* + RH -> ROOH + R*</chem>

==== Katalüütiline oksüdeerumine ====
Katalüütilise oksüdatsiooni reaktsioonides võivad alkaanidest moodustuda alkoholid, aldehüüdid ja karboksüülhapped.

Metaani (CH₄) puhul võib pehmel oksüdatsioonil hapniku juuresolekul katalüsaatoriga temperatuuril 200 °C moodustuda järgmised produktid:

<chem>2CH4 + O2 -> 2CH3OH</chem>

<chem>CH4 + O2 -> HCHO + H2O</chem>

<chem>2CH4 + 3O2 -> 2HCOOH + 2H2O</chem>

=== Dehüdrogeenimine ===
Kui süsinikuskeletis on 2  või 3 süsinikuaatomit, saadakse (terminaalseid) alkeene, kuna antud juhul ei saa moodustuda teistsuguseid ühendeid; protsessis eraldub vesinik.

Toimub '''t'''emperatuuri 400–600 °C juures, katalüsaatoriteks Pt, Ni, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.

<chem>CH3CH3 -> CH2=CH2 + H2</chem>

<chem>CH3CH2CH3 -> CH3CH=CH2 + H2</chem>

Kui süsinikuskeletis on 4 (butaan, isobutaan) või 5 (pentaan, 2-metüülbutaan, neopentaan) süsinikuaatomit, saadakse alkadieene, kuid võimalik ka alküünide saamine. 

<chem>CH3CH2CH2CH3 -> CH2=CHCH=CH2 + 2H2</chem>

<chem>CH3CH2CH2CH2CH3 -> CH3C#CCH2CH3 + 2H2</chem>

Kui süsinikuskeletis on 6 (heksaan) või rohkem süsinikuaatomeid, moodustuvad benseen ja selle derivaadid.

<chem>CH3(CH2)6CH3 -> C6H5CH2CH3 + 4H2</chem>

===Lagunemine kõrgel temperatuuril===

Kõrgel temperatuuril alkaanid lagunevad. Reaktsioonisaadused sõltuvad temperatuurist, reaktsiooniajast ja katalüsaatorist:

<chem>CH4 -> 2H2 + C </chem>

<chem>C2H6 -> 3H2 + 2C</chem>

==== [[Krakkimine]] ====
Kuumutamisel üle 500 °C alkaanid pürolüüsitakse, mille käigus moodustub keeruline produktide segu, mille koostis ja suhe sõltuvad temperatuurist ja reaktsiooni kestusest. Pürolüüsis lõhustuvad C-C sidemed, mille tulemuseks on alküülradikaalid, kuid võimalik ka C-H sidemete lõhustamine.

Tänapäeval on termiline krakkimine tööstuses täielikult asendatud katalüütilise krakkimisega, mida viiakse läbi gaasifaasis madalamatel temperatuuridel – 400–450 °C – ja madalal rõhul – 10–15 atm – alumiiniumsilikaatkatalüsaatoril. Katalüsaator regenereeritakse pidevalt, põletades selle peal tekkinud koks õhuvoolus. Katalüütilise krekkingu käigus suureneb saadud bensiinis oluliselt hargnenud struktuuriga alkaanide sisaldus.

Metaani jaoks:

<chem>2CH4 -> HC#CH + 3H2</chem>

Temperatuuril umbes 1500 °C on reaktsiooni saaduseks tavaliselt etüün.

Vaatleme krakkimise protsesse propaani näitel. Alguses toimub C-C sideme lõhkumine, peale seda võib juhtuda kolm erinevat protsessi.

<chem>CH3CH2CH3 -> CH3CH2* + CH3*</chem>

1) Rekombinatsioon:

<chem>2CH3CH2* -> CH3CH2CH2CH3</chem>

<chem>CH3* + CH3CH2* -> CH3CH2CH3</chem>

<chem>2CH3* -> CH3CH3</chem>

2) Disproportsioneerumine:

<chem>CH3* + CH3CH2* -> CH4 + CH2=CH2</chem>

<chem>2CH3CH2* -> CH3CH3 + CH2=CH2</chem>

3) β-lagunemine

<chem>CH3CH2* -> CH2=CH2 + H*</chem>

===Konversioon veeauruga===
Suurel temperatuuril 1000 °C ja nikkelkatalüsaatori manulusel reageerib metaan veeauruga. Reaktsioonisaaduste koostis sõltub metaani ja veeauru vahekorrast:

<chem>CH4 + H2O -> CO + 3H2</chem>

<chem>CH4 + 2H2O -> CO2 + 4H2</chem>

Ammoniaagi sünteesiks vajalik vesinik saadakse peamiselt metaani konversioonireaktsioonil veeauruga. H<sub>2</sub> ja CO kasutatakse ka metanooli sünteesiks.

===Asendusreaktsioon halogeenidega===
Valguse toimel toimub astmeline asendusreaktsioon, mille käigus vesiniku aatomid asenduvad halogeeni aatomitega. Halogeen liitub suvaliselt, seega tegemist mittestereoselektiivse reaktsiooniga. Asendusreaktsioon halogeenidega kuulub ahelreaktsioonide hulka. Soojuse või valguse toimel laguneb halogeeni molekul radikaalideks: 

<chem>Hal2 -> 2Hal*</chem>

Seejärel reageerib kloori aatom valitud alkaaniga, näiteks metaaniga: 

<chem>CH4 + Hal* -> CH3* + HHal</chem>

<chem>CH3* + Hal* -> CH3Hal</chem>

Reaktsioon võib kulgeda kuni kõik vesinikud asendatakse. 

===Isomeerimine===
Isomerisatsioonireaktsioon toimub kõrgel temperatuuril ja rõhul katalüsaatorite, näiteks AlCl<sub>3</sub>, manusel. Alkaanidel esinevad isomeerid alates butaanist.

=== Konovalovi reaktsioon ehk alkaanide nitreerimine ===
Alkaanid reageerivad 10-25% lämmastikhappe lahusega või lämmastikoksiidiga (NO<sub>2</sub>) gaasifaasis temperatuuril 140 °C ja vähese rõhu juures, moodustades nitroderivaate:

<chem>RH + HNO3 -> RNO2 + H2O</chem>

Reaktsioon kulgeb vabade radikaalide abil, seega tekib produktide segu.  

=== Sulfoonimine ===
Alkaanid ei reageeri kontsentreeritud väävelhappega tavalisel temperatuuril.

Parafiinühendite, mille süsinikuaatomite arv on kuus või rohkem, sulfoonimine toimub [[Ooleum|ooleumiga]] (15% SO<sub>3</sub>) alkaani keemistemperatuuril kuumutamisel, moodustades vastavad sulfoonhapped.

<chem>C6H14 + H2SO4 -> C6H13SO3H + H2O</chem>

Parafiinide sulfoonimine elektrofiilse asendusreaktsiooni kaudu toimub raskesti, kuid alkaane on lihtne ja sujuv sulfoonida radikaalse asendusreaktsiooni abil ([[sulfooksüdatsioon]] ja [[sulfohalogeenimine]]).

Kui tsükloheksaan või kõrgemad parafiinühendid puutuvad kokku vääveldioksiidi ja hapniku ligikaudu ekvimolaarses vahekorras seguga temperatuuril 20–30 °C ning ultraviolettvalguse kiirguse all, tekivad sulfoonhapped. 

<chem>2RH + 2SO2 + O2 -> 2RSO3H </chem>

Sulfooksüdatsioon kulgeb ahelradikaalse mehhanismi kaudu, moodustades vaheühendina peroksüsulfoonhappe, mis muundub seejärel sulfoonhappeks.

<chem>R* + SO2 -> RSO2* </chem>

<chem>RSO2* + O2 -> R-SO2OO*</chem>

<chem>RSO2OO* + R'H -> RSO2OOH + R'*</chem>

<chem>RSO2OOH + 2R''H -> 2R'' + RSO2OH + H2O</chem>

Sulfohalogeenimine on alkaanide reaktsiooni vääveldioksiidi ja kloori seguga ultraviolettkiirguse tingimustes või vabade radikaalide teket soodustavate ainete juuresolekul.

<chem>RH + SO2 + Hal2 -> RSO2Hal + HHal</chem>

Tööstuses kasutatakse seda reaktsiooni kogasiini (sünteetilise bensiini) sulfohalogeenimisel. Protsess on tüüpiline radikaalne ahelreaktsioon.

<chem>Cl2 -> 2Cl*</chem>

<chem>Cl* + RH -> R* + HCl</chem>

<chem>R* + SO2 -> RSO2*</chem>

<chem>RSO2* + Cl* -> RSO2Cl </chem>

Vesiniku aatomite reaktsioonivõime erinevates asendites sulfohalogeenimise korral muutub järgmiselt:

sekundaarne > primaarne > tertsiaarne.

==Ühendid ja nende kasutusalad==
Gaasilisi alkaane kasutatakse kütte- ja majapidamisgaasina ning veeldatult, näiteks [[vedelgaas]]ina. Vedelad alkaanid kuuluvad ka [[bensiin]]i, [[nafta]] ja [[petrooleum]]i koostisse. Tahked alkaanid moodustavad [[parafiin]]i. 

Alkaanide halogeenderivaate tarvitatakse [[õlid]]e, [[vaigud|vaikude]], [[rasvad]]e ja [[plastmassid]]e [[lahusti]]tena. [[Triklorometaan]]i (CHCl<sub>3</sub>) tuntakse ka [[kloroform]]i nime all ja kasutatakse [[narkoos]]ivahendina. Tetraklorometaani (CCl<sub>4</sub>) kasutatakse tulekustutusvedelikuna. Difluorodiklorometaani (CF<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>) rakendatakse [[külmutusseadmed|külmutusseadmetes]], [[aerosoolpakend]]is [[lakk]]ide, mürkkemikaalide, [[parfüüm]]ide jms juures pihustusainena.

==Vaata ka==
*[[Alkaani 1-monooksügenaas]]

[[Kategooria:Alkaanid| ]]