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• Arnold Alfredo Tumi

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PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LOS ALCANOS

Propiedades físicas Punto de ebullición: bajo condiciones normales, los alcanos desde el CH4 hasta el C4H10 son gases; desde el C5H12 hasta C17H36 son líquidos; y los posteriores a C18H38 son sólidos. El punto de ebullición está determinado principalmente por el peso. Se incrementa entre 20 y 30 °C por cada átomo de carbono agregado a la cadena. Un alcano de cadena lineal tendrá un mayor punto de ebullición que un alcano de cadena ramificada, debido a la mayor área de la superficie en contacto, con lo que hay mayores fuerzas de van der Waals, entre moléculas adyacentes. Por otra parte, los cicloalcanos tienden a tener mayores puntos de ebullición que sus contrapartes lineales, debido a las conformaciones fijas de las moléculas, que proporcionan planos para el contacto intermolecular. Punto de fusión: sigue una tendencia similar al punto de ebullición. A mayor peso molar, mayor punto. Los alcanos de longitud impar tienen puntos de fusión ligeramente menores, comparados con los alcanos de longitud par. Esto es debido a que los alcanos de longitud par se ordenan bien en la fase sólida, formando una estructura bien organizada, que requiere mayor energía para romperse. Densidad La densidad aumenta con el número de átomos de carbono pero siempre es inferior a la del agua, por lo que flotan en la superficie de la misma. Propiedades Químicas Tienen una baja reactividad por cuanto sus enlaces son estables, no se rompen con facilidad. Reaccionan con los halógenos y con el oxígeno en una combustión sin humo. Usos 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. Los hidrocarburos de 9 a 16 átomos de carbono son líquidos de alta viscosidad y forman parte del diesel y combustible de aviones. Los alcanos a partir del hexadecano en adelante constituyen los componentes más importantes de los aceites lubricantes. Los alcanos con una longitud de cadena de aproximadamente 35 o más átomos de carbono se encuentran en el betún y tienen poco valor.

FUENTES DONDE SE ENCUENTRAN LOS ALCANOS

La fuente principal de alcanos es el petróleo, junto con el gas natural que lo acompaña. Una segunda fuente potencial de alcanos la constituye el otro combustible fósil, el carbón. Se están desarrollando procesos que lo convierten, por medio de la hidrogenación, en gasolina y petróleo combustible, como también en gas sintético, para contrarrestar la escasez previsible del gas natural. El gas natural sólo contiene los alcanos más volátiles, es decir, los de bajo peso molecular; está constituido en esencia por metano y cantidades progresivamente menores de etano, propano y alcanos superiores. La fracción propano-butano se separa de los componentes más volátiles por licuación, se comprime en cilindros y se vende como gas licuado en áreas que no tienen gas de alumbrado. El petróleo se separa por destilación en sus diversas fracciones, debido a la relación entre punto de ebullición y peso molecular, esto supone una separación preliminar de acuerdo con el número de carbonos. El principal uso de todas las fracciones volátiles es utilizarlo como combustibles. La fracción gaseosa, igual que el gas natural, se emplea sobre todo en calefacción. La gasolina se utiliza en máquinas de combustión interna que requieren un combustible bastante volátil; el queroseno se usa en motores de tractor y reactores, y el gasóleo, en motores Diesel, estos dos últimos también se emplean para calefacción, recibiendo el nombre de fuel-oil. La fracción de aceite lubricante, a menudo contiene grandes cantidades de alcanos de cadena larga (C20-C34), con puntos de fusión bastante altos. Si permanecieran en el aceite podrían cristalizar en forma de sólidos al bajar las temperaturas, en los oleoductos; para prevenirlo, se enfría el aceite y se separa la cera por filtración, que se vende como cera parafínica (p.f. 50-55ºC) una vez purificada, o bien se emplea como gelatina de petrolato (vaselina). El asfalto se emplea para impermeabilizar techumbres y en la pavimentación de carreteras. El éter del petróleo y la ligroína son disolventes útiles para muchos materiales orgánicos de baja polaridad. Además de emplearse directamente como se acaba de describir, ciertas fracciones del petróleo se convierten en otras clases de compuestos químicos. La isomerización catalítica transforma alcanos de cadena recta en ramificados; el proceso cracking convierte alcanos superiores en inferiores y en alquenos, con lo que se aumenta el rendimiento de la gasolina: incluso puede usarse para la producción de gas natural.

EJEMPLOS DE ISOMEROS

n-pentano

Isopentano

Neopentano

1-pentano

2-pentanol

Propanona (cetona)

Propanal (aldehído

Cis-2-Buteno

Trans-2-Buteno

Hibridación sp3 para la molécula de metano, CH4 Según

datos

experimentales,

la molécula

de

metano,

CH4,

es apolar y

presenta geometría tetraédrica (ángulos de 109,5º), formando 4 enlaces C-H que son idénticos entre sí. Ya hemos predicho, además, dicha geometría mediante el Modelo de Repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia, RPECV, pero si estudiamos el enlace en mayor profundidad, para explicar que los cuatro enlaces C-H sean idénticos, debemos recurrir a la hibridación de orbitales atómicos. Consideremos en primer lugar la configuración electrónica del carbono:

Según esta configuración, el compuesto que el C y el H deberían formar sería de estequiometría CH2 y no CH4, ya que el carbono únicamente presenta dos orbitales semiocupados que pueden formar enlace covalente. Como en el caso de la hibridación sp del cloruro de berilio, BeCl2, y de la hibridación sp2 del trifluoruro de boro, BF3, se acepta que un electrón del orbital 2s promociona al orbital 2p vacío. Es decir, el átomo de carbono pasa de un estado fundamental a un estado excitado, ya que el salto electrónico requiere un aporte de energía:

En estado excitado el carbono podrá formar 4 enlaces C-H, pues ya tiene 4 electrones desapareados. Sin embargo, estos 4 enlaces no serían equivalentes, porque estarían formados por orbitales distintos (1 orbital s y 3 orbitales p, y los 3 enlaces p forman entre sí un ángulo de 90º, son perpendiculares). ¿Cómo es, entonces, que los 4 enlaces C-H son iguales y forman un ángulo de 109,5º? Pues es posible porque los 4 orbitales atómicos se hibridan (se combinan) para dar 4 orbitales híbridos sp3.

Se les llama híbridos sp3 porque proceden de la combinación de 1 orbital s y 3 orbitales p, por lo que tienen un 25% de contribución o de carácter de orbital s y un 75% de contribución o carácter de orbital p. Los 4 híbridos sp3 son equivalentes en forma y en energía, y se dirigen a los vértices de un hipotético tetraedro. Ahora estos 4 híbridos sp3 pueden solapar cada uno de ellos con el orbital 1s del átomo de hidrógeno, para dar los 4 enlaces sigma (σ) simples (solapamiento frontal). El ángulo de enlace del tetraedro es, en efecto, 109,5º, tal y como se determina de forma experimental para el carbono. La geometría de la molécula de metano la podemos dibujar, por tanto:

Molécula de metano procedente de http://chemwiki.ucdavis.edu

Hibridación sp3 para la molécula de etano, CH3CH3 En el caso de la molécula de etano, cada uno de los átomos de carbono presentará una hibridación sp3 y, como tal, los 4 híbridos sp3 formados se dirigirán hacia los vértices de un tetraedro. Por tanto, ambos átomos de carbono tendrán geometría tetraédrica, y se enlazarán entre sí con un enlace simple de tipo sigma, σ, que surge del solapamiento frontal entre dos orbitales sp3. Los restantes orbitales, 3 para cada carbono, forman enlace frontal sigma con los orbitales 1s de los hidrógeno. Así, la geometría del etano se puede representar como:

NOMENCLATURA DE ALQUINOS El grupo funcional característico de los alquinos es el triple enlace carbono-carbono. La IUPAC nombra los alquinos cambiando la terminación -ano de los alcanos por -ino. Esta terminación está precedida de un localizador que indica la posición del triple enlace dentro de la cadena.

Numeración de la cadena principal Se numera la cadena principal de manera que el triple enlace tome el localizador más bajo posible. Cuando hay un doble y un triple enlace se numera empezando por el extremo más próximo a cualquiera de los grupos funcionales. Si están a la misma distancia de los extremos se numera empezando por el doble enlace. Los grupos funcionales (-OH), tienen preferencia sobre los triples enlaces y se les asigna el localizador más bajo.

Alquinos como sustituyentes. Cuando un alquino actúa como sustituyente se cambia la terminación -o por -ilo

REACCIONES DE LOS ALQUINOS 1Adición de hidrógeno Con el empleo de catalizadores como platino, paladio o niquel, los alquinos se adicionan a hidrógenos produciendo un alqueno. Ejemplo:

2Adición de halógenos El cloro o el bromo se adicionan a un triple enlace, pudiendo obtenerse un dihaloalqueno o un tetrahaloalcano.

Ejemplo:

3Adición de halogenuros de hidrógeno El HCl, HBr o HI se pueden adicionar a un triple enlace, produciendo un haloalqueno o un dihaloalcano.

Ejemplo:

4Adición de agua La adición directa de agua al acetileno, en presencia de sulfato mercúrico y H2SO4 acuoso, es un método industrial para la obtención de etanal.

5Polimerización El acetileno se puede polimerizar dando benceno, esto se logra a 70°C y 15 atm., en presencia de catalizadores especiales.

Obtención de los Alquinos junio 18, 2009 a 2:06 am (Alquinos) Se puede obtener a partir de petróleo, mediante el proceso de fraccionamiento o craking. En el ámbito industrial lo obtenemos por:

Deshidrohalogenación de dihalogenuros en posición vecinal. En esta reacción sacamos dos moléculas de halogenuro de la siguiente forma:

En la anterior reacción utilizamos una base fuerte (KOH) en solución alcohólica. Hidratación de carburo de calcio Al agregar agua al carburo de calcio obtenemos etino (gas), tradicionalmente es conocido como acetileno.

En la reacción anterior el etino toma comportamiento gaseoso, mientras el hidróxido de calcio se precipita con una coloración lechosa.