Укажите : а) состав алканов, имеющих газообразное,жидкое и твердое состояние при обычных условиях. б)как...

Алканы — это насыщенные углеводороды, состоящие исключительно из углерода и водорода, с общей формулой CₙH₂ₙ₊₂, где n — количество атомов углерода в молекуле.

а) Состав алканов в зависимости от состояния при обычных условиях

1. Газообразные алканы:

   • При обычных условиях (температура 0°C и давление 1 атм) газообразными алканами являются метан (C₁H₄), этан (C₂H₆), пропан (C₃H₈) и бутан (C₄H₁₀). Эти соединения имеют низкие молекулярные массы и поэтому находятся в газообразном состоянии.

2. Жидкие алканы:

   • Жидкими алканами при обычных условиях являются алканы с 5 по 17 атомов углерода, начиная с пентана (C₅H₁₂) и заканчивая гексадеканом (C₁₆H₃₄). Эти соединения имеют более высокие молекулярные массы и, как следствие, более высокие температуры кипения, что приводит к их жидкому состоянию.

3. Твердые алканы:

   • Алканы с 18 и более атомами углерода, такие как октадекан (C₁₈H₃₈), обычно находятся в твердом состоянии при обычных условиях. Их высокая молекулярная масса и более сложная структура приводят к образованию твердых кристаллических решеток.

б) Изменения плотности, температуры плавления и кипения алканов с увеличением относительной молекулярной массы

1. Плотность:

   • Плотность алканов увеличивается с увеличением их молекулярной массы. Это связано с тем, что с ростом числа атомов углерода и водорода увеличивается объем молекулы, а также масса вещества. Тем не менее, плотность большинства алканов остается ниже плотности воды, что делает их легкими и плавающими на поверхности воды.

2. Температура плавления:

   • Температура плавления алканов также увеличивается с увеличением молекулярной массы. Более длинные углеводородные цепи имеют более сильные ван-дерваальсовые силы (сила взаимодействия между молекулами), что требует больше энергии для разрушения этих взаимодействий и перехода в жидкое состояние.

3. Температура кипения:

   • Температура кипения алканов также возрастает при увеличении молекулярной массы. Это связано с тем, что для перехода из жидкого состояния в газообразное необходимо преодолеть ван-дерваальсовые силы, которые с увеличением длины углеводородной цепи становятся сильнее.

в) Растворимость алканов в воде и органических растворителях

• Растворимость в воде:

  • Алканы практически нерастворимы в воде. Это связано с их гидрофобной природой: алканы не имеют полярных функциональных групп, которые могли бы взаимодействовать с молекулами воды. Их неполярные молекулы не способны образовывать водородные связи с молекулами воды, что делает их плохо растворимыми в водной среде.

• Растворимость в органических растворителях:

  • Алканы хорошо растворимы в органических растворителях, таких как бензол, эфир, хлороформ и др. Это связано с тем, что алканы и органические растворители имеют схожую неполярную природу, что способствует образованию взаимодействий между ними. Сравнительно низкая полярность алканов делает их хорошими растворителями для других неполярных веществ.

Таким образом, алканы представляют собой интересный класс соединений, чьи физические и химические свойства изменяются в зависимости от их структуры и молекулярной массы.

а) Состав алканов в зависимости от агрегатного состояния при обычных условиях (нормальных условиях: 0°C и 1 атм):

Алканы представляют собой углеводороды с общей формулой ( CnH{2n+2} ). Их физическое состояние при нормальных условиях зависит от молекулярной массы:

• Газообразные алканы: Метан (( CH_4 )), этан (( C_2H_6 )), пропан (( C_3H_8 )), бутан (( C4H{10} )). Эти соединения имеют небольшую молекулярную массу, слабые межмолекулярные силы и низкие температуры кипения, что обеспечивает их существование в газообразном состоянии.
• Жидкие алканы: От пентана (( C5H{12} )) до приблизительно гексадекана (( C{16}H{34} )). Эти алканы имеют более высокую молекулярную массу, что увеличивает силу межмолекулярных взаимодействий (в частности, ван-дер-ваальсовых сил), и, как следствие, они находятся в жидком состоянии.
• Твердые алканы: От гексадекана (( C{16}H{34} )) и далее. С увеличением молекулярной массы алканы переходят в твердое состояние, так как силы межмолекулярного притяжения становятся еще более значимыми.

б) Изменение физических свойств алканов с увеличением относительной молекулярной массы:

• Плотность: С увеличением молекулярной массы плотность алканов возрастает. Это связано с тем, что молекулы становятся более массивными, а межмолекулярное расстояние постепенно уменьшается. Однако плотность алканов остается меньше плотности воды (( < 1 )), так как углеводороды имеют низкую полярность и менее плотную упаковку.

• Температура плавления и кипения: С увеличением молекулярной массы температуры плавления и кипения алканов также возрастают. Это связано с усилением межмолекулярных (ван-дер-ваальсовых) сил, которые требуют большего количества энергии для разрыва. Однако рост температуры плавления и кипения носит нелинейный характер, особенно для температуры плавления, так как кристаллическая структура твердых алканов зависит от четности или нечетности числа атомов углерода в цепи:

  • Алканы с четным числом атомов углерода имеют более высокую температуру плавления, так как их молекулы упаковываются более плотно в кристаллической решетке.
  • Алканы с нечетным числом атомов углерода имеют менее плотную упаковку и, соответственно, более низкую температуру плавления.

в) Растворимость алканов:

• В воде: Алканы практически нерастворимы в воде. Это объясняется их неполярной природой и гидрофобностью (эффектом отталкивания воды). Молекулы воды взаимодействуют друг с другом посредством водородных связей, в то время как алканы взаимодействуют через слабые ван-дер-ваальсовы силы. Такие различия в природе межмолекулярных взаимодействий делают растворимость алканов в воде крайне низкой.

• В органических растворителях: Алканы хорошо растворяются в органических растворителях (например, бензол, эфир, хлороформ), которые также являются неполярными или слабополярными. Это подчиняется правилу "подобное растворяется в подобном", где сходство в природе взаимодействий (ван-дер-ваальсовы силы) способствует растворению.

Итог:

• Газообразные алканы: ( CH_4 )–( C4H{10} ); жидкие: ( C5H{12} )–( C{16}H{34} ); твердые: ( C{16}H{34} ) и выше.
• С увеличением молекулярной массы растут плотность, температуры плавления и кипения.
• Алканы практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.