10-alcanos

Universidade dos AçoresUniversidade dos Açores Departamento de Ciências AgráriasDepartamento de Ciências Agrárias

QUÍMICA IQUÍMICA I

DOCENTE-Professora Doutora Maria Adelaide LoboDOCENTE-Professora Doutora Maria Adelaide Lobo

Fórmula Geral: CFórmula Geral: CnnHH2n+22n+2; ;

Os carbonos possuem hibridação do tipo spOs carbonos possuem hibridação do tipo sp33;; A configuração espacial é tetraédrica;A configuração espacial é tetraédrica; As forças de atracção intermoleculares são electrostáticas fracas com As forças de atracção intermoleculares são electrostáticas fracas com

dipolos instantâneos;dipolos instantâneos; As ligações são covalentes apolares.As ligações são covalentes apolares.

CH4

METANOMETANO

ETANOETANO

CH3H3C

H2CH3C CH3

PROPANOPROPANO

Prefixo + sufixo “Prefixo + sufixo “anoano” ”

H2CH3C

H2C CH3

BUTANOBUTANO

n Prefixo Nome do Hidrocarboneto linear (CnH2n+2) Fórmula geral 1 - Metano CH4 2 - Etano C2H6 3 - Propano C3H8 4 - Butano C4H10 5 Penta Pentano C5H12 6 Hexa Hexano C6H14 7 Hepta Heptano C7H16 8 Octa Octano C8H18 9 Nona Nonano C9H20

10 Deca Decano C10H22 11 Undeca Undecano C11H24 12 Dodeca Dodecano C12H26 13 Trideca Tridecano C13H28 14 Tetradeca Tetradecano C14H30 20 Icosa Icosano C20H42 22 Docosa Docosano C22H46 86 Hexaoctaconta Hexaoctacontano C86H174 101 Hen-hecta Hen-hectano C101H204

n Prefixo Nome do Hidrocarboneto linear (CnH2n+2) Fórmula geral 1 - Metano CH4 2 - Etano C2H6 3 - Propano C3H8 4 - Butano C4H10 5 Penta Pentano C5H12 6 Hexa Hexano C6H14 7 Hepta Heptano C7H16 8 Octa Octano C8H18 9 Nona Nonano C9H20

10 Deca Decano C10H22 11 Undeca Undecano C11H24 12 Dodeca Dodecano C12H26 13 Trideca Tridecano C13H28 14 Tetradeca Tetradecano C14H30 20 Icosa Icosano C20H42 22 Docosa Docosano C22H46 86 Hexaoctaconta Hexaoctacontano C86H174 101 Hen-hecta Hen-hectano C101H204

As suas propriedades fisiológicas dependem da sua capacidade de As suas propriedades fisiológicas dependem da sua capacidade de volatilização: voláteis (volatilização: voláteis (narcóticosnarcóticos) e não voláteis () e não voláteis (inertesinertes).).

Observação: a toxicidade dos alcanos é visível pela sua capacidade de destruir Observação: a toxicidade dos alcanos é visível pela sua capacidade de destruir as membranas celulares.as membranas celulares.

Plana: de esqueleto de cadeia, de série;Plana: de esqueleto de cadeia, de série; Conformacional: Oposição ou estrela, Eclipse, Tortas ou Conformacional: Oposição ou estrela, Eclipse, Tortas ou GaucheGauche..

Todos os alcanos entre CTodos os alcanos entre C11 e C e C77 são voláteis, entre C são voláteis, entre C88 e C e C1616 são líquidos e a partir são líquidos e a partir

de Cde C1717 são praticamente sólidos. são praticamente sólidos.

Os alcanos são substâncias menos densas que a água, pelo que flutuam. Esta Os alcanos são substâncias menos densas que a água, pelo que flutuam. Esta propriedade é muito importante considerando o elevado risco de poluição nos propriedade é muito importante considerando o elevado risco de poluição nos mares e oceanos por petróleo bruto, impedindo as trocas de oxigénio e a entrada mares e oceanos por petróleo bruto, impedindo as trocas de oxigénio e a entrada de luz no meio.de luz no meio.

As suas propriedades físicas dependem do número de carbonos e da estrutura As suas propriedades físicas dependem do número de carbonos e da estrutura da molécula:da molécula:

Ponto de fusão;Ponto de fusão; Ponto de ebulição;Ponto de ebulição; Solubilidade na água (muito pouco solúveis);Solubilidade na água (muito pouco solúveis); Viscosidade (é tanto maior, quanto maior for o número de carbonos);Viscosidade (é tanto maior, quanto maior for o número de carbonos); Densidade (são menos densos que a água).Densidade (são menos densos que a água).

A poluição marinha por hidrocarbonetos pode provir de acidentes marinhos, A poluição marinha por hidrocarbonetos pode provir de acidentes marinhos, tais como encalhes, afundamentos e abalroamentos de petroleiros e de outros tais como encalhes, afundamentos e abalroamentos de petroleiros e de outros navios que transportem cargas de hidrocarbonetos (crude, derivados de navios que transportem cargas de hidrocarbonetos (crude, derivados de petróleo, nafta), combustível próprio ou mercadorias perigosas ou poluentes. petróleo, nafta), combustível próprio ou mercadorias perigosas ou poluentes. Pode ainda ser resultado de despejos deliberados: hidrocarbonetos oriundos da Pode ainda ser resultado de despejos deliberados: hidrocarbonetos oriundos da lavagem de tanques de petroleiros, despejos de lastro, lavagens dos tanques de lavagem de tanques de petroleiros, despejos de lastro, lavagens dos tanques de combustível, resíduos de combustível, águas das cavernas poluídas por combustível, resíduos de combustível, águas das cavernas poluídas por hidrocarbonetos por qualquer tipo de navio, ou ainda, de operações de imersão hidrocarbonetos por qualquer tipo de navio, ou ainda, de operações de imersão de resíduos produzidos em terra.de resíduos produzidos em terra.

O impacte ambiental sobre as comunidades marinhas são variados: O impacte ambiental sobre as comunidades marinhas são variados: mortalidade de indivíduos por sufocamento físico, toxicidade, carcinogénese, mortalidade de indivíduos por sufocamento físico, toxicidade, carcinogénese, interferências em processos biológicos, afectando, plâncton, moluscos, interferências em processos biológicos, afectando, plâncton, moluscos, crustáceos, aves e mamíferos. Pode ainda causar o desaparecimento de crustáceos, aves e mamíferos. Pode ainda causar o desaparecimento de populações mais sensíveis e provocar mudanças nas comunidades marinhas populações mais sensíveis e provocar mudanças nas comunidades marinhas com alteração das funções e estruturas das comunidades biológicas.com alteração das funções e estruturas das comunidades biológicas.

As principais fontes de obtenção dos alcanos são:As principais fontes de obtenção dos alcanos são: Destilação do petróleo;Destilação do petróleo; Destilação seca: hulha, madeira, linhite, xistos e Destilação seca: hulha, madeira, linhite, xistos e

betumes;betumes; Gás natural: metano (80%), etano (13%), propano (3%), Gás natural: metano (80%), etano (13%), propano (3%),

butano (1%), alcanos entre Cbutano (1%), alcanos entre C55 e C e C88 (0,5%). (0,5%).

Os alcanos são substâncias muito pouco reactivas, pelo que Os alcanos são substâncias muito pouco reactivas, pelo que necessitam de condições muito energéticas para que possam necessitam de condições muito energéticas para que possam reagir: energia luminosa no comprimento de onda UV curto e/ou reagir: energia luminosa no comprimento de onda UV curto e/ou elevada energia térmica.elevada energia térmica.

Por exemploPor exemplo: O propano não forma iões, não possui electrões : O propano não forma iões, não possui electrões desemparelhados, não tem camadas de valência incompletas; desemparelhados, não tem camadas de valência incompletas; há uma hibridação sphá uma hibridação sp33 dos carbonos que impede a existência de dos carbonos que impede a existência de orbitais incompletas.orbitais incompletas.

Assim, as reacções características dos alcanos são:Assim, as reacções características dos alcanos são: Combustão;Combustão; Oxidação;Oxidação; Pirólise;Pirólise; Substituição;Substituição; Isomerização.Isomerização.

A combustão é proporcionada no seio do ar. Estas reacções podem ser A combustão é proporcionada no seio do ar. Estas reacções podem ser incompletas ou completas, dependendo da quantidade de oxigénio presente.incompletas ou completas, dependendo da quantidade de oxigénio presente.

OHnnCOOn

HC nn 22222 12

13

OHnnCOOn

HC nn 22222 12

13

CompletaCompleta

OHnnCOn

HC nn 2222 12

1

OHnnCOn

HC nn 2222 12

1

IncompletaIncompleta

OHCCC

OHCOCC

OHCOCC

incompleta

incompleta

completa

2

2

22

OHCCC

OHCOCC

OHCOCC

incompleta

incompleta

completa

2

2

22

Esta reacção só é possível em alcanos de cadeia muito longa.Esta reacção só é possível em alcanos de cadeia muito longa.

OHCOOHHCOCHHC HOCrKKMnO23517

,,,33517

7224

OHCOOHHCOCHHC HOCrKKMnO23517

,,,33517

7224

O O Permanganato de potássioPermanganato de potássio e o e o Dicromato de potássioDicromato de potássio funcionam como funcionam como catalisadores. Dadas as condições extremas necessárias, as mesmas ocorrem catalisadores. Dadas as condições extremas necessárias, as mesmas ocorrem em meio ácido e na presença de calor.em meio ácido e na presença de calor.

Consiste na quebra das ligações C-Consiste na quebra das ligações C-C e C-H dos compostos em causa, por C e C-H dos compostos em causa, por acção do calor.acção do calor.

É muito utilizada no “cracking do É muito utilizada no “cracking do petróleo”.petróleo”.

Esta reacção é autocontínua, pelo Esta reacção é autocontínua, pelo que ocorre continuamente libertando que ocorre continuamente libertando calor. Assim sendo, esta reacção tem calor. Assim sendo, esta reacção tem que ser moderada por catalisadores que ser moderada por catalisadores negativos, que impeçam a negativos, que impeçam a continuação da reacção.continuação da reacção.

Ocorre de acordo com a seguinte Ocorre de acordo com a seguinte sequência:sequência:

IniciaçãoIniciação;; PropagaçãoPropagação;; ExtinçãoExtinção..

ALCANOSALCANOS TORRE DE PIRÓLISETORRE DE PIRÓLISE

ALCANOSALCANOS

PIRÓLISEPIRÓLISE

INICIAÇÃO (processo endotérmico)INICIAÇÃO (processo endotérmico)

Ocorrem as primeiras rupturas das ligações C-C e C-H. A iniciação é o passo Ocorrem as primeiras rupturas das ligações C-C e C-H. A iniciação é o passo limitante da reacção.limitante da reacção.

HCHCHCHCHCHCH

CHCHCHCHCHCH

223323

323323

HCHCHCHCHCHCH

CHCHCHCHCHCH

223323

323323

A primeira ligação que sofre ruptura é a A primeira ligação que sofre ruptura é a C-C, porque necessita de menor energia.C-C, porque necessita de menor energia.

Ocorre Ocorre cisão homolíticacisão homolítica (cisão de uma (cisão de uma orbital molecular em que os electrões são orbital molecular em que os electrões são separados de modo a que um electtrão separados de modo a que um electtrão pertença a cada um dos átomos pertença a cada um dos átomos intervenientes).intervenientes).

As entidades que se obtêm são neutras As entidades que se obtêm são neutras e apresentam electrões e apresentam electrões desemparelhados – desemparelhados – Radicais LivresRadicais Livres..

PROPAGAÇÃO (processo endotérmico)PROPAGAÇÃO (processo endotérmico)

Os radicais livres na Pirólise são neutros, com electrões desemparelhados e Os radicais livres na Pirólise são neutros, com electrões desemparelhados e altamente reactivos. São tanto mais reactivos quanto menor for o seu peso altamente reactivos. São tanto mais reactivos quanto menor for o seu peso molecular.molecular.

Complexo activadoComplexo activado – é toda a – é toda a substância que devido à aproximação de substância que devido à aproximação de outra, fica com as suas ligações outra, fica com as suas ligações estiradas. Quanto maior for a energia de estiradas. Quanto maior for a energia de activação, maior é a probabilidade de se activação, maior é a probabilidade de se formarem formarem nn compostos. Não se forma compostos. Não se forma assim um único composto, mas um assim um único composto, mas um principal e principal e nn subprodutos. subprodutos.

32243323 CHCHCHCHCHCHCHCH 32243323 CHCHCHCHCHCHCHCH

EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)

Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão origem a origem a nn produtos. produtos.

kcalCHCHCHCHCHCHCHCH

kcalCHCHCHHCHCHCH

kcalCHHCH

kcalCHCHCHCH

kcalHHH

83

96

96

83

52

32233223

323223

43

3333

2

kcalCHCHCHCHCHCHCHCH

kcalCHCHCHHCHCHCH

kcalCHHCH

kcalCHCHCHCH

kcalHHH

83

96

96

83

52

32233223

323223

43

3333

2

HALOGENAÇÃOHALOGENAÇÃO

É uma reacção por radicais livres e ocorre de acordo com os passos descritos É uma reacção por radicais livres e ocorre de acordo com os passos descritos para a Pirólise.para a Pirólise.

INICIAÇÃO (processo endotérmico)INICIAÇÃO (processo endotérmico)

Ocorre a cisão homolítica do halogéneo, libertando dois radicais livres de Ocorre a cisão homolítica do halogéneo, libertando dois radicais livres de Cloro.Cloro.

PROPAGAÇÃO (processo endotérmico)PROPAGAÇÃO (processo endotérmico)

Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão origem a origem a nn produtos. produtos.

PROPAGAÇÃOPROPAGAÇÃO

EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)

kcalCHCHCHCH

kcalClCHClCH

kcalClClCl

83

22

59

3333

33

2

kcalCHCHCHCH

kcalClCHClCH

kcalClClCl

83

22

59

3333

33

2

Nas reacções de Substituição, distinguem-se ainda reacções de Nas reacções de Substituição, distinguem-se ainda reacções de NitraçãoNitração e e SulfonaçãoSulfonação..

É completamente diferente das reacções de substituição como a Pirólise e a É completamente diferente das reacções de substituição como a Pirólise e a Halogenação.Halogenação.

Envolve uma substância percursora (normalmente um derivado halogenado) e Envolve uma substância percursora (normalmente um derivado halogenado) e um catalisador forte [normalmente, Cloreto de alumínio (AlClum catalisador forte [normalmente, Cloreto de alumínio (AlCl33)].)].

A partir de uma cadeia linear, obtém-se uma cadeia ramificada. Esta última é A partir de uma cadeia linear, obtém-se uma cadeia ramificada. Esta última é obtida, recorrendo à utilização de catalisadores positivos (muito potentes) que obtida, recorrendo à utilização de catalisadores positivos (muito potentes) que permitem a reacção.permitem a reacção.

Por exemplo:Por exemplo:

rcatalisado AlCl

percursora substânciaClCH

3

δ3

δ

rcatalisado AlCl

percursora substânciaClCH

3

δ3

δ

O Alumínio é um átomo muito pequeno e na presença de três átomos de cloro, O Alumínio é um átomo muito pequeno e na presença de três átomos de cloro, assume uma carga positiva muito elevada, atraindo para si todas as moléculas assume uma carga positiva muito elevada, atraindo para si todas as moléculas com pólo negativo.com pólo negativo.

CH3CH2CH2CH2CH3 + +CH3

CH3CH2CH2CH2CH2 + +CH3H

CH3CH2CH2CH2CH2+ + CH4

efeito indutivo positivo

H3C CH2 C

H

H

C

H

H

CH2+

H3C CH2 CH2 CH3+CH

Esta forma é mais estável devido à compensaçãodas cargas laterais.

H3C CH2 CH

CH3

+CH2 Formação de um carbocatião ramificado com carga positiva.

H3C CH2 CH

CH3

+CH2 + H H3C CH2 CH

CH3

CH3

Obtenção de um isómero de cadeia

CH3CH2CH2CH2CH3 + +CH3

CH3CH2CH2CH2CH2 + +CH3H

CH3CH2CH2CH2CH2+ + CH4

efeito indutivo positivo

H3C CH2 C

H

H

C

H

H

CH2+

H3C CH2 CH2 CH3+CH

Esta forma é mais estável devido à compensaçãodas cargas laterais.

H3C CH2 CH

CH3

+CH2 Formação de um carbocatião ramificado com carga positiva.

H3C CH2 CH

CH3

+CH2 + H H3C CH2 CH

CH3

CH3

Obtenção de um isómero de cadeia

10-alcanos

Documents