فرمول آلکان ها – توضیح و آموزش به زبان ساده + تمرین

آخرین به‌روزرسانی: ۲۳ اسفند ۱۴۰۱
زمان مطالعه: ۱۴ دقیقه
فرمول آلکان ها

آلکان‌ها ترکیبات آلی سیر شده‌ای هستند که از پیوندهای یگانه کربن - هیدروژن تشکیل شده‌اند. فرمول آلکان ها به صورت $$C_nH_{2n+2}$$ است که به سه گروه آلکان‌‌های زنجیری،‌ آلکان‌های حلقوی (سیکلوآلکان‌ها) و آلکان‌های شاخه‌دار تبدیل می‌شوند. پیوند شیمیایی در این ترکیبات آلی از نوع کوالانسی بوده و آن‌ها را به صورت ساختاری، خط و پیوند و فرمول مولکولی نشان می‌دهند. پارافین و بنزین دو ترکیبی هستند که از هیدروکربن‌ها تشکیل شده‌اند و در صنعت و زندگی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. در این مطلب به تمامی ویژگی‌های مربوط به آلکان‌ها ازجمله فرمول شیمیایی آلکان ها، نام گذاری آلکان ها، خواص فیزیکی و واکنش‌های شیمیایی مربوط به آن‌ها با ذکر مثال می‌پردازیم.

آلکان چیست ؟

برای پاسخ به سوال آلکان چیست باید گفت که آلکان‌ها گروهی از مواد آلی هستند که از ترکیب اتم‌های کربن و هیدروژن با پیوندهای یگانه کوالانسی تشکیل شده‌اند از این رو به آن‌ها هیدروکربن‌ها می‌گویند. همچنین آلکان‌ها به عنوان هیدروکربن‌های سیرشده (اشباع) شناخته می‌شوند. در خانواده هیدروکربن‌ها، آلکان‌ها ساده‌ترین عضو به شمار می‌روند زیرا در آن‌ها تنها هر کربن با چهار اتم هیدروژن پیوند برقرار می‌کند و هر هیدروژن تنها یک پیوند تشکیل می‌دهد.

شیمی‌‌دان‌ها از فرمول‌های خط و پیوند برای نشان دادن آلکان‌ها استفاده می‌کنند زیرا ساده‌ترین و سریع‌ترین راه در مقایسه با فرمول‌های ساختاری فشرده هستند.

فرمول خط و پیوند آلکان ها
فرمول خط و پیوند آلکان ها و آلکان های حلقوی

جدول زیر مقایسه میان فرمول آلکان ها و ساختار فشرده آن‌ها را برای برخی از آلکان‌ها نشان می‌دهد.

نام آلکان فرمول مولکولی ساختار فشرده
اتان $$C_2H_6$$ $$CH_3CH_3$$
پروپان $$C_3H_8$$ $$CH_3CH_2CH_3$$
بوتان $$C_4H_{10}$$ $$CH_3(CH_2)_2CH_3$$
پنتان $$C_5H_{12}$$ $$CH_3(CH_2)_3CH_3$$

انواع آلکان ها

آلکان‌ها به سه دسته کلی زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

  1. آلکان‌های راست‌زنجیر
  2. شاخه‌دار
  3. سیکلوآلکان‌ها یا آلکان‌های حلقوی

فرمول آلکان ها

این دسته از هیدروکربن‌ها با فرمول مولکولی $$C_nH_{2n+2}$$ نمایش داده می‌شوند و در این فرمول $$n$$ تعداد کربن را مشخص می‌کند. متان ساده‌ترین عضو خانواده آلکان‌هاست که تنها یک کربن دارد پس با توجه به فرمول آلکان ها کافی است که به جای $$n$$ در فرمول عدد «یک» را قرار دهید. به این صورت فرمول مولکولی متان برابر با $$CH_4$$ خواهد بود. تصویر زیر نیز فرمول ساختاری متان را نشان می‌دهد.

فرمول ساختاری متان

در آلکان‌های راست‌زنجیری که زنجیره در آن‌ها طولانی است هر اتم کربن به یک کربن و ۳ هیدروژن متصل خواهد بود.

نام گذاری آلکانهای راست زنجیر

چهار عضو اول آلکان‌ها یعنی آلکان‌هایی که تعداد کربن در آن‌ها برابر ۱ تا ۴ بوده پیشوند ندارند و نام آن‌ها به ترتیب تعداد کربن برابر متان، اتان، پروپان و بوتان است. اما برای آلکان‌هایی که تعداد کربن در آن‌ها از ۵ بیشتر است پیشوند وجود دارد. در جدول زیر پیشوندها برای آلکان‌هایی با ۵ تا ۱۰ کربن فهرست شده‌اند. برای نام‌گذاری این آلکان‌ها کافی است که پیشوند‌ها را با پسوند «-ان» که نشان‌دهنده آلکان‌هاست ترکیب کنید تا نام آلکان مورد نظر به دست آید.

پیشوند تعداد کربن
پنت ۵
هگز ۶
هپت ۷
اوکت ۷
نون ۹
دک ۱۰

به عنوان مثال از قرار دادن پیشوند «اکت» به پسوند «-ان» آلکان اوکتان به دست می‌آید. در تصویر زیر یک آلکان راست‌زنجیر مشاهده می‌شود که از 7 کربن تشکیل شده بنابراین نام این هیدروکربن سیر شده «هپتان» خواهد بود.

نمایش هیدروکربن هپتان
تصاویر به ترتیب راست (بالا و پایین) مدل خط - پیوند و فضا پرکن چپ) (بالا و پایین)‌ ساختاری و گلوله - میله

قبل از آن‌ که قواعد لازم برای نام‌گذاری آلکان‌ها را توضیح دهیم بهتر است که با برخی از خواص فیزیکی، واکنش‌های شیمیایی و همچنین با شاخه‌های فرعی و گروه‌‌های عاملی در فرمول آلکان ها آشنا شوید.

خواص فیزیکی آلکان‌ها

ازجمله مهم‌ترین خاصیت‌های فیزیکی آلکان‌ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. انحلال‌پذیری
  2. نقطه جوش
  3. نقطه ذوب
  4. چگالی
  5. قطبیت

۱. انحلال‌پذیری

به دلیل اختلاف الکترونگاتیوی ناچیزی که بین هیدروژن و کربن وجود دارد و طبیعت پیوند کوالانسی کربن- کربن یا کربن-هیدروژن،‌ آلکان‌ها معمولا جزء مولکول‌های غیر قطبی به شمار می‌روند. همان‌طور که می‌دانیم طبق یک قاعده کلی هر ماده‌ای شبیه به خود را در درون خود حل می‌کند. به عبارتی مولکول‌های قطبی در حلال‌های قطبی و مولکول‌های ناقطبی در حلال‌های ناقطبی حل می‌شوند. پس آلکان‌ها در طبیعت آب‌گریز هستند و در آب حل نمی‌شوند.

مطلب پیشنهادی:
حلال و حل شونده در شیمی | به زبان ساده
شروع مطالعه

البته آلکان‌ها در حلال‌های آلی انحلال‌پذیر بالایی دارند به دلیل اینکه انرژی لازم را برای غلبه بر نیروهای واندراوالس فراهم می‌کنند.

۲. نقطه جوش

با افزایش اندازه مولکول‌های آلکان‌ها یا سطح ویژه آن‌ها نیروهای بین مولکولی واندروالس نیز افزایش می‌یابد که در این صورت با دو پدیده زیر روبرو هستیم.

  • نقطه جوش آلکان‌ها با افزایش جرم مولکولی به دماهای بالاتر می‌رود.
  • آلکان‌های راست‌زنجیر در مقایسه با ساختارهای ایزومری نقطه جوش بالایی دارند.

۳. نقطه ذوب

نقطه ذوب آلکان‌ها از همان الگویی که نقطه جوش در رابطه با اندازه مولکول‌های آلکان‌ها از خود نشان می‌دهد، تبعیت می‌کند.

مطلب پیشنهادی:
نقطه ذوب و اندازه گیری آن — از صفر تا صد
شروع مطالعه

در این حالت نیز با افزایش اندازه مولکول‌ها با مشاهدات زیر روبرو هستیم.

  • حقیقتی که وجود دارد این است که با افزایش تعداد کربن در فرمول آلکان‌ های راست‌زنجیر - اغلب حالت فیزیکی جامد دارند - غلبه بر نیروهای جاذبه بین مولکولی به امری دشوار تبدیل می‌شود. به همین دلیل با افزایش اندازه مولکول‌‌های آلکان‌ها انرژی بیشتری نیاز است تا این نیروها شکسته شوند بنابراین نقطه ذوب افزایش پیدا می‌کند.
  • به طور کلی مشاهده شده که آلکان‌های زوج (تعداد کربن عدد زوج است) در مقایسه با آلکان‌های فرد (تعداد کربن عدد فرد است)‌ نقطه ذوب بالاتری را از خود نشان می‌دهند زیرا که این ساختارها از پیوند قوی‌تری برخوردارند و شکستن این پیوندها کار بسیار دشوارتری است پس دمای ذوب آن‌ها طبیعتا بالاتر می‌رود.

چگالی

آلکان‌ها دارای چگالی بین 0/6 تا 0/8 گرم بر سانتی متر مکعب هستند و از مقایسه با چگالی آب (1 گرم بر سانتی متر مکعب) می‌توان نتیجه گرفت که چگالی آلکان‌ها در مقایسه با آب پایین‌تر است. بنابراین بنزین که عمدتاً مخلوطی از آلکان‌ها است، چگالی کمتری نسبت به آب دارد بنابراین همانند تصویر زیر روی آب شناور می‌شود. آلکان‌های خالص بی‌رنگ و تقریباً بدون‌بو هستند. طبق رابطه $$(\frac{m}{v})$$ چگالی با جرم رابطه مستقیم و با حجم رابطه عکس دارد، از طرفی در آلکان‌ها زمانی که تعداد کربن بیشتر می‌شود ساختار فشرده‌تر یعنی حجم کاهش و جرم افزایش پیدا می‌کند. پس در فرمول آلکان ها با افزایش تعداد کربن چگالی نیز افزایش می‌یابد.

ترکیب آب و روغن

قطبیت

آلکان‌ها مولکول‌های غیرقطبی هستند، زیرا آن‌ها حاوی پیوندهای کربن-کربن و کربن-هیدروژن هستند. علاوه بر این که خود این عناصر ماهیت غیر‌قطبی دارند تفاوت الکترونگاتیوی قابل توجهی بین کربن و هیدروژن وجود ندارد بنابراین، قطبیت پیوند در آلکان‌ها وجود ندارد. به همین دلیل آلکان‌ها در آب انحلال‌پذیری پایینی دارند.

در جدول زیر برخی از خواص فیزیکی برخی از آلکان‌ها طبقه‌بندی شده‌اند.

نام آلکان نقطه ذوب ($$°C$$) نقطه جوش ($$°C$$) چگالی ($$°C$$) حالت فیزیکی ($$°C$$)
متان ۱۸۲- ۱۶۴- ۰/۶۶۸ $$(g/l)$$ گاز
اتان ۱۸۳- ۸۹- ۱/۲۶۵ $$(g/l)$$ گاز
پروپان ۱۹۰- ۴۲- ۱/۸۶۷ $$(g/l)$$ گاز
بوتان ۱۳۸- ۱- ۲/۴۹۳ $$(g/l)$$ گاز
پنتان ۱۳۰- ۳۶ ۰/۶۲۶ $$(g/l)$$ مایع
هگزان ۹۵- ۶۹ ۰/۶۵۹ $$(g/l)$$ مایع
اوکتان ۵۷- ۱۲۵ ۰/۷۰۳ $$(g/l)$$ مایع
دکان ۳۰- ۱۷۴ ۰/۷۳۰ $$(g/l)$$ مایع

واکنش‌ های شیمیایی آلکان ها

آلکان‌‌ها در مقایسه با سایر هیدروکربن‌ها واکنش‌پذیری بسیار کمی دارند و با بسیاری از واکنش‌دهنده‌ها وارد واکنش نمی‌شوند. به هر حال دو تا از مهم‌ترین واکنش آلکان‌ها واکنش سوختن و هالوژن‌دار شدن (به عنوان مثال جانشین شدن تک‌اتم‌های هالوژن به جای تک هیدروژن در ساختار آلکان) اشاره کرد.

واکنش هالوژن‌دار شدن در ترکیبات آلی بسیار مهم است زیرا دروازه‌ای را به سمت واکنش‌های شیمیایی باز می‌کند.

فرمول سوختن آلکان ها

در اثر سوختن کامل (در صورت اکسیژن کافی) هیدروکربن‌ها، کربن دی‌اکسید و آب تشکیل می‌شود. در واکنش‌های سوختن نکته‌ای که بسیار مهم تلقی می‌شود رعایت موازنه واکنش است به این دلیل که واکنش‌های سوختن آلکان‌ها اغلب در محسابات ترموشیمی مطرح می‌شوند. موازنه همه واکنش‌های سوختن آلکان‌ها به سادگی نیستند، به عنوان مثال موازنه آلکان‌های زوج پیچیده‌تر از آلکان‌های فرد است. به دو مثال زیر دقت کنید.

مثال۱

واکنش سوختن پروپان در زیر آورده شده :

$$C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$$

مشخص است که واکنش فوق موازنه نیست. اگر تعداد اتم‌ها را در سمت چپ و راست واکنش بررسی کنیم متوجه خواهیم شد که اتم‌های کربن،‌ هیدروژن و اکسیژن در سمت چپ (واکنش‌دهنده‌ها) به ترتیب برابر ۳، ۸ و ۲ هستند. اما در سمت راست واکنش همین اتم‌ها تعدادشان برابر با ۱،‌ ۲ و ۳ است. اولین مرحله برای موازنه واکنش فوق به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$$

در نهایت تعداد اکسیژن‌ها را در دو طرف واکنش به یک عدد یکسان می‌رسانیم که واکنش موازنه آن به صورت کامل به شکل زیر خواهد بود:

$$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$$

حال سوختن بوتان را در نظر بگیرید که مثال خوبی برای آلکان زوج می‌تواند باشد.

$$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$$

اگر نگاهی به سمت چپ و راست واکنش بیندازیم متوجه خواهیم شد که واکنش موازنه شده نیست. در مرحله اول تلاش می‌کنیم تعداد اتم‌های کربن و هیدروژن را یکسان کنیم.

$$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O$$

تعداد اتم‌های کربن و هیدروژن در دو طرف معادله شیمیایی به ترتیب برابر ۴ و ۱۰ است. حال کافی است که تعداد اکسیژن را در دو طرف معادله یکی کنیم. اکسیژن در سمت چپ و راست واکنش به ترتیب ۲ و ۱۳ بوده پس اگر به صورت زیر پیش برویم می‌توان اکسیژن را در دو طرف واکنش نیز یکسان کنیم. بنابراین داریم :

$$C_4H_{10} + \frac{13}{2}\, O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O$$

در این مرحله تعداد همه اتم‌ها در دو طرف واکنش با هم برابرند اما از آنجا که مضرب اتم در واکنش حتما باید عدد صحیح باشد پس باید ضریب پشت اتم اکسیژن را از حالت کسری خارج کنیم. برای این کار واکنش را در مخرج کسر یعنی عدد ۲ ضرب می‌کنیم. در نهایت واکنش به صورت زیر خواهد بود:

$$2C_4H_{10} + 13 O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10 H_2O$$

واکنش هالوژن دار شدن آلکان ها

هالوژن‌دار شدن آلکان‌ها فرایندی است که طی آن یک یا چند اتم هیدروژن در یک ترکیب آلی با یک یا چند عنصر از هالوژن (فلوئور، کلر، برم یا ید) جایگزین می‌شود. برخلاف فرایند پیچیده احتراق، فرایند هالوژن‌دار شدن آلکان یک واکنش جایگزینی ساده به نظر می‌رسد که در آن یک پیوند $$C-H$$ شکسته شده و یک پیوند $$C-X$$ جدید تشکیل می‌شود که $$X$$ عناصر هالوژن خواهد بود. کلرزنی متان که در زیر نشان داده شده است، مثال ساده ای از این واکنش را نشان می‌دهد.

$$CH_4 + Cl_2 + energy → CH_3Cl + HCl$$

در واکنش فوق، پیوند میان یک کربن - هیدروژن شکسته شده و کلر به جای آن قرار می گیرد. همچنین برای انجام این واکنش نیاز به دریافت انرژی دارد به عبارتی واکنش هالوژن‌دار شدن آلکان گرماگیر یعنی آنتالپی آن مثبت است. توجه داشته باشید که ممکن است تمام اتم‌های هیدروژن یک آلکان با اتم‌های هالوژن جایگزین شوند و محصولات واکنشی جدید به وجود آیند. همان‌طور که در معادله موازنه نشده زیر نشان داده شده مقادیر نسبی محصولات مختلف به نسبت مقادیر دو واکنش دهنده مورد استفاده بستگی دارد. در مورد متان، هر چه این هیدروکربن مقدار بیشتری داشته باشد به تشکیل متیل کلرید به عنوان محصول اصلی کمک می‌کند. در حالی‌که، اگر مقدار کلر بیش از حد باشد به تشکیل کلروفرم و تتراکلرید‌کربن کمک می‌کند.

$$CH_4 + Cl_2 + energy → CH_3Cl + CH_2Cl_2 + CHCl_3 + CCl_4 + HCl$$

در حضور شعله، همه واکنش‌های هالوژن‌دار شدن آلکان‌ها تقریباً شبیه واکنش فلوئور هستند - مخلوطی از کربن و هالید هیدروژن تولید می‌شود- البته به ترتیب از فلوئور تا برم در جدول تناوبی، شدت واکنش به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. به واکنش‌هایی که در حضور نور خورشید (نور فرابنفش) رخ می‌دهد واکنش‌های فتوشیمیایی می‌گویند که در دمای اتاق صورت می‌پذیرد. در واکنش‌های زیر اتم‌های هیدروژن در متان یکی یکی با اتم‌های کلر جایگزین می‌شوند. در نهایت مخلوطی از کلرومتان، دی کلرومتان، تری کلرومتان و تترا کلرومتان را به عنوان محصول طی واکنش‌های زیر تشکیل خواهند شد.

آلکان های هالوژن دار

مخلوط گاز بی‌رنگ و سبز، بخارهای کلرید هیدروژن و مایعات آلی را تولید می‌کند. همه محصولات آلی به استثنای کلرومتان که گاز بوده در دمای اتاق مایع هستند. اگر در واکنش‌های فوق به جای کلر، از مخلوط متان با بخار یا مایع برم در معرض نور UV استفاده شود آن‌گاه مخلوط اصلی گازها به جای رنگ سبز، قهوه‌ای متمایل به رنگ قرمز خواهند بود. از این واکنش‌ها نمی‌توان به عنوان روش تولید برای تهیه این ترکیبات آلی در آزمایشگاه استفاده کرد، زیرا جداسازی مخلوط محصولات کار بسیار دشواری خواهد بود.

فرمول شیمیایی آلکان ها

فرمول‌های ترکیبات آلی اطلاعاتی را به شکل‌های مختلفی در اختیار ما قرار می‌دهد، فرمول‌های مولکولی مانند فرمول مولکولی اوکتان به ما نشان می‌دهد که در این مولکول چه تعداد اتم کربن و هیدروژن وجود دارد. از طرفی ممکن است که فرمول مولکولی چند آلکان برابر $$C_8H_{18}$$ باشد اما هر یک از آن‌‌ها خواص فیزیکی،‌ شیمیایی و سمی منحصر به فرد خود را دارد. این ترکیبات که ایزومر نام دارند به وسیله فرمول‌های ساختاری مشخص می‌شوند.

فرمول ایزومر آلکان ها

به آلکان‌هایی که فرمول مولکولی یکسان اما فرمول ساختاری متفاوتی از هم دارند ایزومر می‌گویند. به عبارتی تعداد اتم‌های کربن و هیدروژن در آن‌ها یکی بوده اما نحوه قرارگیری و چینش اتم‌ها یکی نیست. در تصویر زیر در هر سه آلکان پنج کربن و ۱۲ هیدروژن وجود دارد اما ساختارهای آن‌ها به دو صورت راست‌زنجیر و شاخه‌دار با تعداد شاخه‌های فرعی مختلف،‌ متفاوت است.

فرمول نویسی آلکان های شاخه‌دار

همان‌طور که گفتیم ساختار آلکان‌ها ممکن است که زنجیری، منشعب یا حلقوی باشند که نام هر یک از آن‌ها به ترتیب برابر آلکان‌های راست‌زنجیر، شاخه‌دار و سیکلوآلکان‌ها است. فرمول شیمیایی آلکان‌های راست‌زنجیر و شاخه‌دار یکی بوده که در قسمت‌های قبلی به آن‌ها اشاره کردیم.

تصویر زیر مربوط به سیکلوهپتان است.

سیکلوهپتان

گروه‌های آلکیل

در قسمت‌های قبلی گفتیم برخی از آلکان‌های شاخه‌دار به هیدروکربن متصل هستند که اغلب از خانواده آلکیل هستند و بر اساس آلکان‌ها نیز تعریف می‌شوند. اگر از آلکان‌ها یک هیدروژن کم کنیم برابر با الکیل خواهند بود یعنی تفاوت آلکان‌ها با آلکیل‌ها در یک اتم هیدروژن است. بنابراین فرمول مولکولی آلکیل به صورت $$C_nH_{2n+1}$$ تعریف می‌شود.

فرمول سیکلو آلکان ها

سیکلوآلکان‌ها هیدروکربن‌های حلقوی هستند، به این معنی که مولکول‌های کربن به شکل یک حلقه در کنار هم قرار گرفته‌اند. سیکلوآلکان ها نیز همانند آلکان ها اشباع هستند. یعنی تمام اتم‌های کربنی که حلقه را تشکیل می‌دهند با اتم‌های دیگر از طریق پیوندهای یگانه به هم متصل هستند. فرمول عمومی سیکلوآلکان‌ها به صورت $$C_nH_{2n}$$ تعریف می‌شود.

مطلب پیشنهادی:
سیکلو آلکان ها چیست ؟ – نامگذاری، ویژگی ها، فرمول ها و واکنش ها
شروع مطالعه

واکنش هالوژن دار شدن سیکلو آلکان ها

واکنش‌های آلکان‌های حلقوی (سیکلوآلکان‌ها) معمولاً مشابه آلکان‌هاست و تنها در برخی موارد کوچک با هم تفاوت داند به خصوص این تفاوت‌ها در مورد سیکلوپروپان مشاهده می‌شود. در حضور اشعه ماوراء بنفش، سیکلوپروپان مانند یک آلکان غیر حلقوی، تحت واکنش‌های جایگزینی با کلر یا برم قرار می‌گیرد. حلقه‌های سیکلوپروپان در غیاب نور فرابنفش مطابق تصویر زیر می‌تواند طی واکنش‌های شیمیایی شکسته می‌شود.

فرمول شیمیایی آلکان های هالوژن دار

واکنش فوق در نور هم می‌تواند انجام شود اما در اثر نور واکنش‌های جایگزینی هیدروژن با برم رخ می‌دهد. در اثر واکنشی که در تصویر بالا نشان داده شده حلقه شکسته می‌شود زیرا سیکلوپروپان به شدت تمایل دارد از کرنش حلقه‌ای رها شود. زاویه‌ بین پیوندها در حلقه برابر ۶۰ درجه بوده در‌ حالی‌که این مقدار باید 105/9 درجه باشد. همپوشانی بین اوربیتال‌های اتمی در تشکیل پیوندهای کربن-کربن نسبت به حالت عادی کمتر است و دافعه قابل توجهی بین جفت‌های پیوند وجود دارد به همین دلیل اگر حلقه شکسته شود، سیستم پایدارتر خواهد بود.

تا این قسمت از مطلب آموختیم که آلکان‌ها چه خاصیت فیزیکی و شیمیایی دارند همچنین با فرمول آلکان ها و سیکلوآلکان‌ها آشنا شدیم. در ادامه به نام گذاری آلکان ها و قواعدی که برای این کار وجود دارد می‌پردازیم.

مطلب پیشنهادی:
نام گذاری آلکان ها – آموزش + نمونه سوال با جواب
شروع مطالعه

قواعد آیوپاک برای فرمول نویسی آلکان ها

برای نام‌گذاری آلکان‌ها در آیوپاک قواعدی وجود دارد که بر اساس آن‌ها آلکان‌های مورد نظر را نام‌گذاری می‌کنند این قوانین عبارتند از :

  • انتخاب زنجیره‌ای با بیشترین تعداد کربن به عنوان زنجیره والد.
  • زنجیره اصلی یا والد را باید از سمتی شماره‌گذاری کرد که کربن‌های متصل به شاخه‌های فرعی در کوچکترین شماره قرار بگیرند.
  • بعد از نوشتن شماره شاخه‌ها، شاخه‌های فرعی با حفظ حروف الفبا (به عنوان مثال اتیل بر متیل مقدم‌تر است در مورد برم و کلر هم به همین گونه خواهد بود) و در نهایت نام زنجیره اصلی بر اساس تعداد کربن نوشته می‌شوند.
  • در صورتی که شاخه‌های فرعی متصل به کربن‌ها یکسان بودند برای بیان تعداد آن‌ها از پیشوندهای یونانی دی، تری، تترا و غیره می‌توان استفاده کرد.
  • بین شماره شاخه‌ها از ویرگول و بین شماره و نام شاخه فرعی یا زنجیره هیدروکربنی اصلی از خط فاصله باید استفاده کرد.
  • در نام‌گذاری آلکان‌هایی که به گروه عاملی هالوژن ها متصل هستند هالوژن ها به صورت کلرو، برومو و غیره نام‌گذاری می‌شوند.
  • در صورتی که به دو یا چند صورت می‌توان زنجیره‌ای را به عنوان زنجیره اصلی انتخاب کرد باید زنجیره‌ای را برای زنجیره اصلی در نظر گرفت که بیشترین شاخه‌های فرعی را داشته باشد.

تمرین برای فرمول آلکان ها

برای یادگیری بیشتر فرمول آلکان ها و نام‌گذاری آن‌ها مثال‌هایی همراه با پاسخ کامل در ادامه آورده شده است.

مثال 1

با توجه به تصویر زیر فرمول آلکان ها را بنویسید.

فرمول شیمیایی آلکان ها

در تصاویر فوق 3 ساختار هیدروکربنی دیده می‌شود که دو ترکیب اولی به دلیل پیوندهای یگانه کربن - هیدروژن مربوط به آلکان‌ها هستند و ترکیب سومی به دلیل اینکه پیوند دوگانه کربن - کربن دارد مربوط به آلکن‌هاست (فرمول شیمیایی آلکن‌ها برابر است با: $$C_nH_{2n}$$). با توجه به تعداد کربن در هر یک از ساختارها و فرمول مولکولی آلکان و آلکن، فرمول آلکان ها (تصاویر ۱ و ۲) به صورت $$C_8H_{18}$$ (اوکتان) و $$C_6H_{12}$$ (سیکلوهگزان) خواهد بود. فرمول مولکولی سومین هیدروکربن نیز برابر با $$C_4H_{8}$$ (بوتن) است.

مثال ۲

فرمول عمومی هر یک از هیدروکربن‌های زیر را بنویسید.

  1. نونان
  2. برمومتان
  3. سیکلوپروپان
  4. دی اتیل‌پنتان

حل: فرمول عمومی هر یک از آلکان‌های ذکر شده بر اساس فرمول شیمیایی مربوط به صورت زیر هستند:

  1. $$C_9H_{20}$$
  2. $$CH_3Br$$
  3. $$C_3H_{6}$$
  4. $$C_5H_{12}(C_2H_5)_2$$

مثال ۳

برای مولکول زیر فرمول مولکولی مناسب را بنویسید.

فرمول مولکولی آلکان ها

حل: طبق قوانین آیوپاک اولین مرحله برای فرمول نویسی آلکان ها انتخاب زنجیره اصلی است که این زنجیره همانند تصویر زیر باید بیشترین تعداد کربن را داشته باشد.

آموزش فرمول نویسی آلکان ها

در مرحله دوم باید زنجیره اصلی را شماره گذاری کرد. برای شماره گذاری کربن‌هایی که به شاخه‌های فرعی متصل هستند باید کوچکترین شماره را اختیار کنند. به عنوان مثال در تصویر فوق می‌توان از سمت چپ و راست، زنجیره را شماره‌گذاری کرد. اما به این دلیل که از سمت چپ کربن‌های شماره ۵ و ۶ کربن هایی هستند که به شاخه‌های اتیل و متیل متصل هستند شماره‌گذاری از سمت راست صحیح خواهد بود. زیرا در این حالت کربن‌های شماره ۳ و ۴ به این دو شاخه فرعی متصل هستند.

فرمول مولکولی آلکان های شاخه دار

اکنون بر اساس حفظ ترتیب حروف الفبا فرمول مولکولی آلکان نشان داده شده در تصویر فوق به صورت ۴-اتیل-۳-متیل اوکتان خواهد بود.

سوالات مرتبط با فرمول آلکان ها

در مورد فرمول آلکان ها دیده شده که برخی سوالات به صورت مکرر توسط دانش‌آموزان پرسیده می‌شود به همین دلیل این قسمت از مطلب را به سوالات پر تکرار در مورد فرمول شیمیایی آلکان ها اختصاص داده‌ایم. همچنین سعی شده که به هر یک از این سوالات کامل ترین پاسخ داده بشود.

فرمول عمومی آلکان ها چیست ؟

همه آلکان‌ها با یک فرمول عمومی نشان داده می‌شوند که این فرمول به صورت $$C_nH_{2n+2}$$ تعریف می‌شود. در این فرمول n برابر تعداد کربن‌ها در ساختار هیدروکربنی است. به عنوان مثال برای دکان که ۱۰ کربن دارد کافی است برای به دست آوردن فرمول عمومی آن به جای n عدد «10» را قرار دهیم. بنابراین فرمول عمومی آلکان به صورت $$C_{10}H_{22}$$ خواهد بود.

4 آلکان اول کدامند ؟

4 آلکان نخست که ساده‌ترین اعضای آلکان‌ها نیز هستند عبارتند از: متان، اتان، پروپان و بوتان. تعداد کربن در آن‌ها به ترتیب 1 تا 4 است.

آلکان ها به چند دسته تقسیم می‌شوند ؟

آلکان‌ها هیدروکربن‌هایی هستند که در آن‌ها هر اتم کربن با چهار اتم هیدروژن پیوند یگانه برقرار می‌کنند. آلکان‌ها به سه دسته کلی راست‌زنجیر، شاخه‌دار و سیکلوآلکان‌ها تقسیم می‌شوند.

آیا آلکان گروه عاملی است ؟

معمولاً آلکان‌ها گروه‌های عاملی در نظر گرفته نمی‌شوند. بلکه آلکان ترکیبی بوده که گروه‌های عاملی ندارد.

تعریف آلکان، آلکین و آلکن چیست ؟

آلکان‌ها تنها پیوندهای منفرد را بین اتم‌های کربن دارند و هیدروکربن‌های سیر شده‌ای هستند. آلکن‌ها حداقل یک پیوند دوگانه کربن-کربن و آلکین‌ها یک یا چند پیوند سه گانه کربن-کربن دارند. آلکن‌ها و آلکین‌ها را هیدروکربن های غیر اشباع می‌نامند.

فرمول آلکان ها و ساختار فشرده آن ها چیست ؟

فرمول‌های ساختاری آلکان‌ها را می‌توان به صورت فشرده نوشت. به عنوان مثال، فرمول ساختاری پنتان شامل سه گروه متیلن CH2 در وسط زنجیره است. می‌توانیم آنها را با هم گروه‌بندی کنیم و فرمول ساختاری را بنویسیم.

آیا آلکان ها قطبی هستند ؟

خیر. به دلیل اینکه آلکان‌ها از ترکیب دو عنصر ناقطبی کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند. همچنین الکترونگاتیوی پیوند C-H همانند هم هستند و اختلاف آن‌چنانی ندارند و اینکه ساختار آلکان‌ها معمولا متقارن است. به همین دلیل قطبیت آلکان‌ها بسیار ضعیف بوده و آب گریز هستند. به همین خاطر آلکان‌ها در آب حل نمی‌شوند، به عنوان مثال اگر بنزین را در آب بریزید خواهید دید که بر روی آب یه لایه روغنی شکل ایجاد می‌شود. دلیل تشکیل این لایه روغنی بر روی آب به خاطر انحلال‌پذیری پایین بنزین در آب و چگالی پایین‌تر آن نسبت به آب است.

ویژگی های کلی آلکان کدامند ؟

آلکان‌ها ترکیبات آلی سیر‌شده‌ای هستند که از پیوندهای یگانه کربن - هیدروژن تشکیل می‌شوند و نقطه ذوب و انحلال پذیری بسیار پایینی دارند.

بر اساس رای ۱۱ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
LibreTexts LibreTexts BYJU'S LibreTexts

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *