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烷类气体反应大揭秘

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-29 09:02:00【

  烷类的反应性相当低。其上的氢的pKa约仅50,这代表著其上的氢极不容易解离,也就是碳──氢键相当稳定。所以常见烷类的反应为燃烧反应(Combustion reaction)、裂解反应(Cracking reaction),以及链反应或链锁反应(Chain reaction)。烷类的燃烧产生二氧化碳与水,由于涉及大量的碳─碳、碳─氢键断裂,产生大量的热,产生的热称为「燃烧热(Heat of combustion)」。然而当氧气不足时,可能产生一氧化碳与黑碳。


C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O + HEAT
C5H12 + 6 O2 → CO2 + 4 CO + 6 H2O + HEAT
C5H12 + 5 O2 → 4 CO + C + 6 H2O + HEAT


  裂解反应(Cracking)则为大的烷类分子在高温高压,以及催化剂的作用下,分裂成较小的烷类、或较具经济价值的烯类或炔类等分子。部份的裂解反应为链反应(Chain reaction)。链反应必须先有自由基的生成,然后自由基和烷类反应产生更多新的自由基,最后两个自由基互相结合使得反应终止。例如一个乙烷的裂解自由基反应:

 

烷类反应1-纽瑞德特气


  自然界中的烷类大多是透过石油的提炼、裂解、分馏而得。由于烷类的反应性低,因此其用途并不广泛;最多的情形是做为燃料。天然气、汽油、柴油等等,几乎都是以烷类做为主要成分。而较长碳链的固体烷类,则可以做为润滑油、沥青等等用途。另一个烷类重要的反应是卤化反应(Halogenation),即烷类上的氢原子被卤素(F, Cl, Br, I)取代的反应(Substitution reaction)。烷类的取代反应通常也是链反应,例如甲烷的氯化反应:

 

烷类反应2-纽瑞德特气


  可以发现虽然起始反应需要较高的能量,能量来源可以是紫外光或加热。由于反应中会放出大量的热,链反应一经启动反应激烈。卤化反应的产物为混合物,包含不同程度氯取代的产物,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4,随著使用卤素和烷类比例的不同,主要产物也不同;氯气过量时大量的产生CHCl3和CCl4,反之烷类为过量时产物以CH3Cl、CH2Cl2为主。反应得到的产物卤烷(alkane halide)是重要的有机反应起始物,例如臭化烷常用来製备有机合成当中相当常见的格林纳试剂(Grignard Reagent)。

 

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此文关键字:甲烷