Alkan

Başlığın diğer anlamları için Alkan (anlam ayrımı) sayfasına bakınız. En Basit Alkan Olan Metanın Yapı Modeli Alkanlar , (diğer bir deyişle Parafinler ) sadece karbon (C) ve hidrojen (H) elementlerinin bulunduğu ve bu elementlerin birbirleriyle tekli bağ yaptığı doymuş alifatik organik bileşiklerin genel ismidir. Alkanlar birbirlerini 1 karbon ve 2 hidrojen ile takip eden bir homolog seri oluştururlar. Örneğin tek karbonlu metan , CH 4 formülüne sahipken, çift karbonlu etan C 2 H 6 kapalı formülüne sahiptir. Alkanlarda tüm atomlar tekli bağlarla birbirlerine bağlandığı ve Karbon atomunu bağlayabileceği en fazla Hidrojen atomunu bağladığından dolayı doymuş bileşikler kategorisine girerler. Doymuş hidrokarbonlardan olan alkanlar, C n H 2n+2 n=1,2,3,.... genel formülüne sahiptir. Burada n' in 3 veya 3'ten büyük olması hâlinde sikloalkan denilen halkalı yapılar oluşabilmektedirler. [ 1 ] Alkanlardan bir hidrojen koparılmasıyla elde edilen gruba alkil grubu denir. Örneğin metandan bir hidrojen çıkarılırsa metil (CH 3 ), etandan bir hidrojen çıkarılırsa etil (C 2 H 5 ) elde edilir. Bu moleküller bir bağ daha yaparak hidrokarbon zincirine bağlanır.

Dallanmamış alkanlar Hidrokarbon zincirindeki karbon atomlarının en fazla iki karbon atomuyla yapmış olduğu moleküllere dallanmamış alkan denir. Dallanmamış alkanların yapısında sadece birincil ve ikincil karbon atomları bulunur. Dallanmamış alkanlar homolog bir sıra oluştururlar. Aşağıdaki tabelada ilk 14 n-Alkanın çeşitli fiziksel özelliklerini görebilmekteyiz. C Adı Kimyasal formül Yanma noktası Erime noktası Kaynama noktası Özkütle [Top-Çubuk modeli] 1 Metan CH 4 – 90,65 K 111,4 K 0,667 kg/m³ Kugel-Stab-Modell von Methan 2 Etan C 2 H 6 – 90 K 185 K 1,212 kg/m³ Kugel-Stab-Modell von Ethan 3 Propan C 3 H 8 – 85 K 231 K 1,83 kg/m³ Kugel-Stab-Modell von Ethan 4 n -Bütan C 4 H 10 – 135 K 272,5 K 2,703 kg/m³ Kugel-Stab-Modell von Butan 5 n -Pentan C 5 H 12 224 K 144 K 309 K 0,626 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Pentan 6 n -Hekzan C 6 H 14 250 K 178 K 342 K 0,659 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Hexan 7 n -Heptan C 7 H 16 269 K 182 K 371 K 0,684 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Heptan 8 n -Oktan C 8 H 18 289 K 216 K 399 K 0,703 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Octan 9 n -Nonan C 9 H 20 304 K 222 K 424 K 0,718 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Nonan 10 n -Dekan C 10 H 22 319 K 243 K 447 K 0,73 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Decan 11 n -Undekan C 11 H 24 333 K 248 K 469 K 0,74 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Undecan 12 n -Dodekan C 12 H 26 344 K 263 K 489 K 0,75 g/cm³ Kugel-Stab-Modell von Dodecan

Dallanmış alkanlar Karbon atomunun bileşikteki sayısının artmasıyla, kovalent bağlarla birbirine bağlı olan atomların oluşturabileceği molekül, yapısal olarak çeşitlilik göstermektedir. Bu yüzden Karbon sayısı yüksek olan alkanlar karşımıza molekül formülleri aynı olmasına rağmen farklı yapılarla çıkmaktadırlar. Böyle bileşiklere yapı izomerleri denilmektedir. Molekül formülü C 4 H 10 olan bütan'da iki farklı yapıya rastlamaktayız. Bunlar n-bütan ve izo-bütan'dır. Pentan üç farklı izomeri yapısıyla karşımıza çıkmaktadır. Pentanın izomer yapıları şunlardır: Bir zincir şeklinde ve dallanmamış yapısıyla n-Pentan, diğeri ikici Karbon atomunda tek bir dallanma gösteren yapısıyla izo-Pentan ve son olarak ikinci Karbonunda ikili dallanma gösteren neo-Pentan denir. Karbon sayısının artmasıyla yapı izomerilerinin sayısı artmaktadır. Dallanmış Bazı Alkanlarda İsomeri Çeşitleri (Çubuk Modeli) Genel Adı n- izo- neo- Propan Bulunmamaktadır Bulunmamaktadır Bütan Bulunmamaktadır Pentan

Sikloalkanlar Sikloalkanlardan (halkalı alkanlar) metil siklo propanın gösterimi. Sikloalkanlar dairesel yapı gösteren doymuş hidrojen ve karbonlardan oluşan bileşiklerdir. Sikloalkanlar aynı zamanda dallanma gösterebilirler. Dallanmamış sikloalkanların genel formülü C n H 2n şeklinde olup homolog bir yapı oluştururlar. Burada n ≥ 3 şartı vardır.

Adlandırma 19. yüzyılın sonlarına değin organik kimyada yapılan adlandırmalarda genelde o bileşiğin kaynağını ya da kullanıldığı yeri belirtecek şekilde olmaktaydı. Bu eski adlar, diğer bir deyişle yaygın adlar, günümüzde halen ticarette kimyacılar ve organik kimyacılar tarafından kullanılmaktadır. Bu nedenle bazı bileşiklerin yaygın isimlerinin bilinmesi zorunludur. Günümüzde kullanılan sistem 1892'de Uluslararası Teorik ve Uygulamalı Kimya Birliği ( IUPAC ) tarafından önerilen bir sistemdir. Bu sistemde temel prensip her maddenin farklı bir isim alması üzerinedir. Bu yolla yedi milyar organik bileşik adlandırılmış ve ayrıca daha milyonlarca bileşiğin adlandırılmasına olanak vermektedir. [ 2 ] [ 3 ] Dallanmamış alkanlarda adlandırma Dallanmamış alkanlarda adlandırma yapılırken Hidrokarbon zincirindeki karbon sayısının Latincedeki karşılığı alınıp sonuna –an takısının takılmasıyla yapılmaktadır. Aşağıdaki tabloda ilk 20 n -Alkanın Kimyasal(Genel) formüllerini ve IUPAC Adlandırmadaki isimlerini görebiliriz. [ 4 ] Dallanmamış Alkanlarda IUPAC Adlandrılması Genel Formülü IUPAC Adı Genel Formülü IUPAC Adı CH 4 Met an C 11 H 24 Undek an C 2 H 6 Et an C 12 H 26 Dodek an C 3 H 8 Prop an C 13 H 28 Tridek an C 4 H 10 Büt an C 14 H 30 Tetradek an C 5 H 12 Pent an C 15 H 32 Pentadek an C 6 H 14 Heks an C 16 H 34 Heksadek an C 7 H 16 Hept an C 17 H 36 Heptadek an C 8 H 18 Okt an C 18 H 38 Oktadek an C 9 H 20 Non an C 19 H 40 Nanodek an C 10 H 22 Dek an C 20 H 42 Eiokosk an Dallanmış alkanlarda adlandırma Alkanlarda en uzun karbon zinciri üzerinde başka bir grup bağlanmışsa buna dallanma denir ve sistematik adlandırmada belirtilmelidir. Dallanmış Alkanlarda adlandırma yapılırken dikkat edilecek kurallar aşağıda belirtilmiştir. [ 5 ] [ 6 ] Dallanmış Alkanların Adlandırılmasında Dikkat Edilecek Hususlar 1 fremeless 1a) 1b) 2 fremeless 2a) Mavi yle İşaretlenmiş kısım Sübtitüent grubudur. 2b) Mavi yle İşaretlenmiş kısım Sübtitüent grubudur. 3 2-Metilheksan 3-Metilheptan 3a) 2- Metil heksan 3b) 3- Metil heptan 4 3-Etil-4-metilheksan 4-Etil-3-metilheksan 4a) 3- Etil -4- metil heksan 4b) 4- Etil -3- metil heksan 5 3-Etil-3-metilheksan 3-Etil-3-metilheptan 5a) 3- Etil -3- metil heksan 5b) 3- Etil -3- metil heksan 6 2,2,4,4-Tetrametilheksan 2,2,4-Trimetilheptan 6a) 2,2,4,4-Tetra metil heksan 6b) 2,2,4-Tri metil heptan 7 2,4,5-Trimetil-3-propilheksan 2,3,4,6-Tetrametil-5-propilheptan 7a) 2,4,5-Tri metil -3- propil heksan 7b) 2,3,4,6-Tetra metil -5- propil heptan 8 2,3,5-Trimetilheksan 2,3,6-Trimetilheptan 8a) 2,3,5-Tri metil heksan 8b) 2,3,6-Tri metil heptan 1- Dallanmaya uğramış en uzun karbon zinciri bulunur. Yandaki tabloda da görüldüğü gibi 1a kutusundaki Hidrokarbon zincirinde en uzun karbon zincirini bulmak o kadar zor değildir, çünkü iki eşit uzunluğundaki karbon zincirinden oluşmaktadır. Bu iki zincir arasında istediğimizi seçebiliriz. Yalnız 1b kutusundaki Hidrokarbon zincirinde biri 6 diğeri 7 karbondan olmak üzeri iki farklı uzunluktaki karbon zincirinden oluşmaktadır. Bize gerekli olan en uzun zincir olduğundan 7 karbonlu olan seçilir. 2- Dallanmış grublara Sübstitüen denilmektedir. Hidrokarbon zinciri üzerinde bulunun karbonlar numaralandırılır. Numaralandırma yapılırken sübstitüent grubuna en yakın uçtan başlanılır. Yandaki tabloda 2a ve 2b 'de gördüğümüz gibi numaralandırma yapılırken Karbon zincirinin sağından ya da solundan başlamak önemli değildir. Burada önemli olan Sübstitüent grubuna en yakın uçtan başlamaktır. 3- Alkanlardan bir hidrojenin koparılmasıyla Alkiller oluşur. Yani en basit Alkan olan Metandan (CH 4 ) bir hidrojenin uzaklaştırılmasıyla Metil (CH 3 ), etandan (C 2 H 6 ) bir hidrojen koparılırsa etil (C 2 H 5 ), propandan(C 3 H 8 ) bir hidrojenin uzaklaştırılmasıyla propil(C 3 H 7 ) vb. oluşur. Bu Alkil grupları adlandırılma yapılırken yerleri belirtilmelidirler. Bu yüzden Alkil grubu diğer bir deyişle Sübstitüentlerin yerini belirten rakam ve isim arasına eksi(-) işareti koyularak yazılır. 4- Eğer bir Karbon zinciri üzerinde birden fazla Sübstitüent diğer bir deyişle alkil grubu varsa bunların yerleri en uzun karbon zinciri üzerinden belirlenir ve alfabetik sıralanma göz önünde bulundurularak yazılır. Yazılırken alkil grupları arasına eksi (-) işareti konularak birbirlerinden ayrı yazılır. 5- Aynı karbon üzerinde iki tane sübstitüent varsa bunların numarası iki defa kullanılır. 6- En uzun karbon zincirinin üzerinde iki veya daha fazla sübstitüent varsa bunların sayıları di-, tri-, tetra-, penta-, şeklinde belirtilerek adın önüne yazılır. 7- Eğer Karbonhidrad zinciri iki eşit uzunluktaki zincirden oluşuyorsa üzerinde en fazla sübstitüent bulunan zincir seçilir. En sonunda en uzun karbon zincirindeki alkanın adı yazılır. 8- Eğer Karbonhidrat zincirindeki ilk dallanmalar her iki uca da eşit uzaklıktaysa, numaralandırma yapılırken rakamların toplamı en az olan numaralandırma seçilir.

Alkanların fiziksel özellikleri İlk 14 n -Alkanın Kaynama ve Erime Noktalarını Gösteren Grafik. Veriler Celsius cinsindendir. Alkanları yapısında bulunan hidrojen ve karbon atomları birbirlerine kovalent bağlarıyla bağlıdırlar. Bundan dolayı alkanlar polarlıkları neredeyse yok denilecek kadar az olan moleküllerdir. Su moleküllerinde ise oksijen atomunun elektron çekme özelliği moleküldeki hidrojen atomunkinden çok yüksek olduğu için su molekülleri polarlaşma gösterir. Suyun polarlaşmış bir molekül ve alkanların polarlaşmamış bir molekül olduğundan alkanlar suda çözülmezler. Dallanmamış alkanlarda zincirin uzamasıyla kaynama noktasında da bir artış gözlenmektedir. Bunun yanı sıra alkanların dallanması artıkça da bunların kaynama noktasında bir azalma olmaktadır. Dallanmamış alkanlarda zincirin uzamasıyla alkanların kütlesi daha da önemlisi molekülün yüzey alanı artmaktadır. Bununla doğrusal olarak da van der Waals Bağlarının kuvveti artmaktadır. Bu yüzden o molekülü bir arada tutan bağları koparmak için daha fazla enerji vermek zorunda kalıyoruz bu da kaynama noktasının artması demektir. Dallanmış alkanlarda ise dallanma sonucu molekülün yüzeyinin küçülmesiyle kendi ve komşu moleküller arasındaki van der Waals bağlarının zayıflamasına sebep olurlar ve sonuç olarak dallanmış alkan moleküllerinde kaynama noktası düşmüş olur. Dallanmamış alkanlarda zincirin uzamasıyla düzenli artan artış erime noktası için görülmemektedir. Alkanların yoğunluk bakımından organik bileşiklerde en küçük yoğunluğa sahip moleküllerdir. Ayrıca yoğunlukları suyunkinden küçük olduğundan suda yüzerler. [ 7 ]

Alkanların doğadaki kaynakları İhtiyacımızın büyük bir kısmını oluşturan petrol ve doğal gaz Karbon ve Hidrojen'den oluşmaktadır diğer bir deyişle alkanlardan oluşmaktadır. Alkanlar Petrolden iki şekilde elde edilmektedir. Bunların birincisi klasik bir yöntem olan damıtma diğeri de son yüzyılda kullanılan Kraking yöntemidir. [ 8 ] Alkanların en büyük kaynağı Petrol Alkanların başka büyük bir kaynağı olan doğal gaz İnekler bakteriler yardımıyla Metan gazı üretirler Alkanların en büyük kaynağı Petrol Alkanların başka büyük bir kaynağı olan doğal gaz İnekler bakteriler yardımıyla Metan üretirler Damıtma yöntemi Petrol saf madde olmayan bir karışımdır. Bu yüzden içindeki maddeler çeşitli kaynama noktalarına sahiptirler. Rafinerilerde bu yöntem kullanılarak petrolden çeşitli ürünler elde edilmektedir. Bu yöntemle Petrol çeşitli sıcaklıklara kadar ısıtılarak içeriğindeki maddeler ilk etapta buharlaştırılıp ve daha sonra yoğunlaştırılarak birbirlerinden ayrıştırılır. Bununla elde edilecek bir maddenin miktarı o maddenin karışım içindeki miktarıyla sınırlıdır. [ 9 ] Kraking Petrol sanayisinin gelişmesiyle bazı petrol ürünlerine olan ihtiyacı artırmıştır. Bu yöntem kullanılarak petrolden ihtiyaca göre maddeler elde etme mümkündür. Katalizatörlerin ve ısının yardımıyla uzun Hidrokarbon zincirleri kırılarak daha küçük ve az dallanmış alkanlara çevrilmektedir. Bu işlem katalizatörsüz de yapılabilmektedir. Ancak katalizatörsüz yapılan işlemde düz zincirler halindeki alkanlar oluşmaktadır. Buda oktan bakımından zayıf kalmasına sebep olmakla beraber tercih edilmeyen bir işlemdir. [ 10 ]