ما هي الألكانات؟

ما هي الألكانات؟

الألكانات: هي عبارة عن مركبات عضوية تتكون بالكامل من ذرات كربون وهيدروجين أحادية الترابط وتفتقر إلى أي مجموعات وظيفية أخرى، وأول أفراد مجموعة الألكانات هو الميثان الذي يتكون بتحلل المواد النباتية في قاع البرك حيث لا يوجد هواء وهو يعرف بغاز المستنقعات، يطلق على الألكانات أحياناً البرافينات. الألكانات هي أيضًا هيدروكربونات مشبعة وهي أبسط أنواع الهيدروكربونات وأقلّها تفاعلاً وتحتوي فقط على الكربون والهيدروجين.

الصيغة الجزيئية العامة للألكانات

الألكانات لها الصيغة العامة (C_nH_2n+2) حيث (n) عدد صحيح موجب ويدل على عدد ذرات الكربون وتبين الصيغة الجزيئية العامة أنّ هذه المركبات مشبعة، ترتبط كل ذرة فيها بأربع روابط فردية بعضها يكون مع ذرة هيدروجين أو أكثر وبعضها مع ذرة أو ذرات كربون.

أمثلة على الألكانات

تحتوي الألكانات فقط على روابط كربون – هيدروجين وروابط كربون – كربون أحادية، صيغة أي من الألكانات تتبع الصيغة العامة ومن أبرز الأمثلة على الألكانات ما يلي:

• ميثان وصيغته العامة (CH₄)>

• إيثان وصيغته العامة (C₂H₆).

• بروبان وصيغته العامة (C₃H₈).

• بيوتان وصيغته العامة (C₄H₁₀).

• بنتان وصيغته العامة (C₅H₁₂).

• هيكسان وصيغته العامة (C₆H₁₄).

تصنيف الألكانات

تنقسم الألكانات إلى المجموعات الثلاث التالية:

• الألكانات الخطية السلسة المستقيمة.

• الألكانات المتفرعة.

• الألكانات الحلقية.

أهمية الألكانات من الناحية التجارية

الألكانات مهمة جدًا من الناحية التجارية كونها المكون الرئيسي للبنزين وزيوت التشحيم وتستخدم على نطاق واسع في الكيمياء العضوية على الرغم من أنّ دور الألكانات النقية (مثل الهكسانات) يتم تفويضه في الغالب إلى المذيبات. السمة المميزة للألكان، التي تجعله متميزًا عن المركبات الأخرى التي تحتوي أيضًا حصريًا على الكربون والهيدروجين هي افتقاره إلى عدم التشبع وهذا يعني أنّه لا يحتوي على روابط مزدوجة أو ثلاثية وهي شديدة التفاعل في الكيمياء العضوية>

وعلى الرغم من أنّها ليست خالية تمامًا من التفاعلية إلّا أنّ افتقارها إلى التفاعل في معظم الظروف المختبرية يجعلها غير مهمة نسبيًا على الرغم من كونها مكونًا مهمًا للغاية في الكيمياء العضوية. والطاقة المحصورة داخل رابطة الكربون والكربون ورابطة الكربون والهيدروجين عالية جدًا وتنتج الأكسدة السريعة كمية كبيرة من الحرارة وعادةً ما تكون على شكل نار.

الخصائص الكيميائية للألكانات

الألكانات ليست شديدة التفاعل عند مقارنتها بالأنواع الكيميائية الأخرى هذا لأنّ ذرات الكربون الأساسية في الألكانات قد وصلت إلى ثماني إلكترونات من خلال تشكيل أربعة روابط تساهمية (الحد الأقصى المسموح به لعدد الروابط بموجب قاعدة الثمانيات وهذا هو السبب في أنّ رقم تكافؤ الكربون هو 4) وهذه الروابط الأربعة المكونة من الكربون في الألكانات هي روابط سيجما وهي أكثر ثباتًا من الأنواع الأخرى من الروابط بسبب التداخل الأكبر بين المدارات الذرية للكربون مع المدارات الذرية للذرات المجاورة، لجعل الألكانات تتفاعل يلزم إدخال طاقة إضافية إمّا من خلال الحرارة أو الإشعاع. فقط عندما تشتعل لديها طاقة كافية لمواصلة التفاعل وهذه الخاصية تجعل من الصعب تحويل الألكانات إلى أنواع أخرى من الجزيئات العضوية.

الألكانات أيضًا أقل كثافة من الماء كما يمكن للمرء أن يلاحظ أنّ الزيت والألكان يطفو على الماء والألكانات مذيبات غير قطبية وذلك نظرًا لوجود ذرات (C) و(H) فقط فإنّ الألكانات غير قطبية. الألكانات غير قابلة للامتزاج في الماء ولكنها تمتزج بحرية في المذيبات غير القطبية الأخرى والألكانات التي تتكون من روابط ثنائية القطب ضعيفة لا يمكنها كسر الرابطة الهيدروجينية القوية بين جزيئات الماء وبالتالي فهي غير قابلة للامتزاج في الماء.

نظرًا لأنّ الألكانات تحتوي فقط على الكربون والهيدروجين فإنّ الاحتراق ينتج مركبات تحتوي فقط على الكربون أو الهيدروجين أو الأكسجين. مثل الهيدروكربونات الأخرى، ينتج عن الاحتراق في معظم الظروف ثاني أكسيد الكربون والماء ومع ذلك تتطلب الألكانات مزيدًا من الحرارة للاحتراق ولا تطلق قدرًا كبيرًا من الحرارة عند احتراقها مثل الفئات الأخرى من الهيدروكربونات لذلك، ينتج عن احتراق الألكانات تركيزات أعلى من المركبات العضوية التي تحتوي على الأكسجين مثل الألدهيدات والكيتونات عند الاحتراق بنفس درجة حرارة الهيدروكربونات الأخرى.

تعرف الألكانات أيضًا باسم البارافينات أو باسم سلسلة البارافين. تُستخدم هذه المصطلحات أيضًا للألكانات التي تشكل ذرات الكربون فيها سلسلة واحدة غير متفرعة الألكانات المتفرعة السلسلة تسمى (isoparaffins)، الميثان عبر البيوتان غازات قابلة للاشتعال بدرجة حرارة وضغط قياسيين والبنتان هو سائل شديد الاشتعال يغلي عند (36) درجة مئوية.

تعد الألكانات عبارة عن مواد صلبة شمعية حيث يحتوي شمع الشمع عمومًا على سلاسل (C20) و(C25) ومع زيادة طول السلسلة في النهاية نصل إلى البولي إيثيلين والذي يتكون من سلاسل كربون ذات طول غير محدد والتي تكون بشكل عام مادة بيضاء صلبة.