Alkaanid

Alkaanid on süsiniku ja vesiniku ühendid, mille molekulides süsiniku aatomid on omavahel seotud kovalentse üksiksidemega. Mõnikord nimetatakse alkaane ka parafiinideks. Kõige lihtsam alkaan – metaan (CH4) on looduslike gaaside (maagaas, kaevandusgaas, soogaas) peamine koostisosa. Kõrvuti metaaniga sisaldavad nad etaani, propaani, butaani, isobutaani ja teisi alkaane. Sünteetiliselt võib metaani saada, juhtides vesinikku kõrgel temperatuuril läbi hõõguvate süte: C + 2H2 → CH4 Metaani ja temaga sarnaste süsivesinike – alkaanide omadused muutuvad korrapäraselt süsiniku aatomite arvu suurenemisega molekulis. Metaan ja talle järgnevad alkaanid erinevad üksteisest aatomite rühma – CH2 – võrra. Niisugust ühendite rida nimetatakse homoloogiliseks reaks. Rea üldvalem on CnH2n + 2 Metaani homoloogilise rea neli esimest ühendit on gaasid, viiendast kuni kuueteistkümnendani vedelikud ja kõrgemad on tahked ained. Molekulmassi kasvuga homoloogilises reas suureneb alkaanide tihedus ning kasvab sulamis- ja keemistemperatuur. Alkaanid on vees peaaegu lahustumatud. Nad on 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. Metaani homoloogilise rea liikmete keemilised omadused on ühesugused. Üldiselt nad keemilistesse reaktsioonidesse kergesti ei astu ning tavaliseks reaktsioonitüübiks on asendusreaktsioon. Kõik alkaanid põlevad. Madalamad alkaanid põlevad vähemärgatava, kahvatu leegiga ning põlemissaadusteks on süsinikdioksiid ja veeaur: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O – õhuga segatuna moodustavad nad väga plahvatusohtliku segu. Tavalisel temperatuuril alkaanid oksüdeerijate (nt KMnO4 ja K2Cr2O7) toimel ei reageeri. Kõrgel temperatuuril alkaanid lagunevad. Reaktsioonisaadused sõltuvad temperatuurist, reaktsiooniajast ja katalüsaatorist: CH4 → 2H2 + C (tahm) 2CH4 → HC≡ CH + 3H2 Temperatuuril umbes 1500 °C on reaktsiooni saaduseks tavaliselt etüün. Suurel temperatuuril 1000 °C ja nikkelkatalüsaatori manulusel reageerib metaan veeauruga. Reaktsioonisaaduste koostis sõltub metaani ja veeauru vahekorrast: CH4 + H2O → CO + 3H2 CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 Ammoniaagi sünteesiks vajalik vesinik saadakse peamiselt metaani konversioonireaktsioonil veeauruga. H2 ja CO kasutatakse ka metanooli sünteesiks. Valguse toimel toimub astmeline asendusreaktsioon, mille käigus vesiniku aatomid asenduvad halogeeni aatomitega. Asendusreaktsioon halogeenidega kuulub ahelreaktsioonide hulka. Soojuse või valguse toimel laguneb kloori molekul aatomiteks: Cl2 → 2CL Seejärel reageerib kloori aatom metaaniga: CH4 + Cl → CH3Cl + H Isomerisatsioonireaktsioon toimub kõrgel temperatuuril ja rõhul katalüsaatorite manusel. Alkaanidel esinevad isomeerid alates propaanist. Gaasilisi alkaane kasutatakse kütte- ja majapidamisgaasina ning veeldatult, näiteks vedelgaasina. Vedelad alkaanid kuuluvad ka bensiini, nafta ja petrooleumi koostisse. Tahked alkaanid moodustavad parafiini. Alkaanide halogeenderivaate tarvitatakse õlide, vaikude, rasvade ja plastmasside lahustitena. Triklorometaani (CHCl3) tuntakse ka kloroformi nime all ja kasutatakse narkoosivahendina. Tetraklorometaani (CCl4) kasutatakse tulekustutusvedelikuna. Difluorodiklorometaani (CF2Cl2) rakendatakse külmutusseadmetes, aerosoolpakendis lakkide, mürkkemikaalide, parfüümide jms juures pihustusainena. Alkaani 1-monooksügenaas