ALCANOS Daniel Hernández Daniela Del Moral

Propiedades físicas. Conformaciones. Usos y fuente industrial.

Propiedades Físicas. Puntos de Ebullición: Los puntos de ebullición de los alcanos no ramificados aumentan al aumentar el número de átomos de Carbono. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor. El punto de ebullición aumenta con el tamaño del alcano porque las fuerzas intramoleculares atractivas (fuerzas de Van der Waals y de London) son más efectivas cuanto mayor es la superficie de la  molécula.

Puntos de Ebullición Puntos de ebullición de algunos alcanos

PUNTOS DE FUSION: El punto de fusión también aumenta con el tamaño del alcano por la misma razón. Los alcanos con número de carbonos impar se empaquetan peor en la estructura cristalina y poseen puntos de ebullición un poco menores de lo esperado.

DENSIDAD EN ESTADO LIQUIDO: Cuanto mayor es el número de carbonos las fuerzas intermoleculares son mayores y la cohesión intermolecular aumenta, resultando en un aumento de la proximidad molecular y, por tanto, de la densidad. Nótese que en todos los casos es inferior a uno.

Solubilidad: Los alcanos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno. Los alcanos líquidos son miscibles entre sí y generalmente se disuelven en disolventes de baja polaridad. Los buenos disolventes para los alcanos son el benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos.

Propiedades físicas de algunos alcanos   Número de carbonos Alcano Punto de fusión (ºC) Punto de ebullición Densidad (g/mL) 1 Metano -182.5 -164.0 0.5547 2 Etano -183.3 -88.6 0.509 3 Propano -189.7 -42.1 0.5005 4 Butano -138.3 -0.5 0.5788 5 Pentano -129.7 36.1 0.6262 6 Hexano -95.0 68.9 0.6603 7 Heptano -90.6 98.4 0.6837 8 Octano -56.8 125.7 0.7025 9 Nonano -51.0 150.8 0.7176 10 Decano -29.7 174.1 0.7300 20 Eicosano -36.8 343.0 0.7886 30 Triacontano -65.8 450.0 0.8097 Isobutano -159.4 -11.7 0.579 Isopentano -159.9 27.85 0.6201 Neopentano -16.5 9.5 0.6135 Isooctano -107.4 99.3 0.6919

CONFORMACIONES DE LOS ALCANOS: Las conformaciones de los alcanos se pueden explicar mediante el ETANO: En el etano, el enlace C-C está formado por el solapamiento frontal de dos orbitales híbridos sp3. Utilicemos como eje la línea que une ambos carbonos enlazados. Se entiende bien de forma intuitiva que si giramos un orbital híbrido respecto del otro, a lo largo del eje mencionado y manteniendo los carbonos a la misma distancia, el solapamiento de los orbitales híbridos es siempre el mismo y el enlace, en principio, no sufre merma alguna.

Pero considerando la disposición relativa de los hidrógenos en uno y otro carbono, existen dos conformaciones posibles: Conformación Vista lateral Vista frontal Alternada Eclipsada

Alternadas Representación Existen varias formas para representar esquemáticamente las conformaciones existentes por la rotación de un enlace C-C simple: Alternadas Representación Eclipsadas Alternadas Líneas y cuñas Caballete Newman

USOS Y APLICASIONES El gas natural se utiliza como combustible y como materia prima en los sectores residencial, comercial, industrial, petroquímico, de transporte y termoeléctrico. Residencial: Cocción de alimentos, refrigeración, acondicionamiento de aire, calentamiento de agua, calefacción. Industrial: Industria del vidrio, alimenticia, papel, cemento, cerámica y textil entre otros. Petroquímico: Urea, Alcoholes, Etileno, Polietileno, Acetileno, Nitrato de Amonio.

Transporte: Gas Natural Vehicular. Termoeléctrica: Turbogeneradores, calderas, plantas de ciclo combinado, plantas de cogeneración.

FUENTE INDUSTRIAL   La fuente principal de alcanos es el petróleo, junto con el gas natural que lo acompaña. La putrefacción y las tensiones geológicas han transformado, en el transcurso de millones de años, compuestos orgánicos complejos que alguna vez constituyeron plantas o animales vivos en una mezcla de alcanos de 1 hasta 30 ó 40 carbonos. Una segunda fuente potencial de alcanos la constituye el otro combustible fósil, el carbón; se están desarrollando procesos que lo convierten, por medio de la hidrogenación, en gasolina y petróleo combustible, como también en gas sintético, para contrarrestar la escasez previsible del gas natural.

CICLOALCANOS

Propiedades físicas. Conformaciones. Usos y fuente industrial.

Propiedades Físicas Presentan mayores puntos de fusión y ebullición que los correspondientes alcanos de igual número de carbonos. La rigidez del anillo permite un mayor número de interacciones intermoleculares, que es necesario romper mediante la aportación de energía, para pasar las moléculas a fase gas.

Propiedades físicas de cicloalcanos p.eb. (ºC)  p.f. (ºC) densidad 20ºC(g/mL) ciclopropano -32.7 -127.6   ciclobutano 12.5 -50.0 0.720 ciclopentano 49.3 -93.9 0.746 ciclohexano 80.7 6.6 0.779 cicloheptano 118.5 -12.0 0.810 ciclooctano 148.5 14.3 0.835 ciclododecano 160 (100 mmHg) 64.0 0.861

Punto de ebullición Punto de Fusión Densidad

CONFORMACIONES DE LOS CICLOALCANOS   1.    Tensión angular, debida a aumento o disminución de los ángulos de enlace. 2.    Tensión torsional, debida a la presencia de enlaces vecinos eclipsados. 3.  Tensión estérica, debida a interacciones repulsivas entre átomos que se acercan mucho entre sí.

CICLOPROPANO: El ciclopropano se describe mejor si se considera que contiene enlaces curvos. En un alcano no tensionado, la máxima eficacia de enlace se logra cuando los dos átomos están localizados de modo que sus orbitales superpuestos apunten directamente uno hacia otro. Sin embargo, en el ciclopropano esto no puede ocurrir; más bien, deben superponerse en un ángulo pequeño. El resultado de esta superposición deficiente es que los enlaces del ciclopropano son más débiles y más reactivos que los enlaces de los alcanos normales.

CICLOBUTANO:   Debido a su mayor cantidad de hidrógenos en el anillo, el ciclobutano tiene mayor tensión torsional que el ciclopropano, si bien tiene menor tensión angular. Mediciones espectroscópicas indican que el ciclobutano no es del todo planar, sino que está ligeramente flexionado, de modo que uno de los átomos de carbono se encuentra 25º arriba del plano formado por los otros tres.

CICLOHEXANO: Los ciclohexanos sustituidos son los más importantes de todos los cicloalcanos, debido a su amplia distribución en la naturaleza. Un gran número de compuestos, incluyendo muchos agentes farmacéuticos importantes, contienen anillos de ciclohexano.

conformación silla del ciclohexano:               La conformación de silla del ciclohexano tiene muchas consecuencias. Por ejemplo, que el comportamiento químico de los ciclohexanos sustituidos es regido directamente por su conformación. Otra consecuencia de la conformación de silla del ciclohexano es que existen dos tipos de átomos de hidrógenos en el anillo: hidrógenos axiales e hidrógenos ecuatoriales. El ciclohexano silla tiene seis hidrógenos axiales que están perpendiculares al anillo (paralelo al eje del anillo) y seis hidrógenos ecuatoriales que están más o menos en el plano principal del anillo (alrededor del ecuador del anillo).  

Aplicaciones Algunos cicloalcanos como el ciclohexano forman parte de la gasolina. Además se utiliza como intermedio en la síntesis de la caprolactama y por lo tanto en la obtención de las poliamidas. El ciclohexano, la decalina(perhidronaftalina), el metilciclohexano y el ciclopentano se utilizan también como disolventes.

Fuente y usos: La fuente principal de los cicloalcanos C5 y C6 y de sus homólogos alquil sustituidos es el petróleo. En la industria del petróleo estos compuestos se denominan naftenos y se pueden aislar a partir de la fracción de nafta obtenida al destilar el petróleo. Dentro del reino vegetal existen diversos derivados de cicloalcanos con anillos de distintos tamaños y muchos de ellos entran a formar parte de la importante clase de productos naturales denominados terpenos. Los alquil ciclohexenos obtenidos del petróleo constituyen una fuente industrial muy importante de compuestos aromáticos. Se logra su conversión mediante el proceso de hidroformación, que implica la eliminación catalítica del hidrógeno del alquil ciclohexano.