烷烃(,烷烃,同系列,碳链异构,构象,卤化反应,氧化反应)

五、烷烃的物理性质

　　在有机化学中，物理性质通常是指化合物的聚集状态、气味、熔点（mp)、沸点（bp)、密度（ρ)、折射率（nΧD)、溶解度以及波谱数据等。

　　在室温和常压下，直链烷烃中从甲烷到丁烷都是气体；含5-15个碳原子的烷烃是液体；16及16个碳原子以上的是固体。不仅物态随着正烷烃同系物相对分子质量的增加而有明显的改变，其它一些物理性质如熔点、沸点、密度、折射率也呈现出规律性的变化。

　　从表11-3可以看出，正烷烃的熔点（前三个除外)和沸点基本上都是随着碳链的增长而变大。这是一个“量的变化会引起质的变化”的例证。

表11-3 正烷烃的物理常数

　　烷烃的熔点变化没有沸点那样有规律，通常是随着分子的对称性增大而升高。分子越对称，它们在晶体中的排列越紧密，熔点就高。例如，正戊烷、异戊烷、新戊烷的熔点分别为-130℃、-160℃、-17℃。新戊烷的熔点最高。

　　烷烃的相对密度都小于1，且随着相对分子质量的变大而有所增加，最后接近于0.80左右。这也是由于分子间的作用力随着相对分子质量的增加而加大，使分子间的距离相对地减小，密度增大。

　　烷烃都不溶于水，但能溶于苯、氯仿、四氯化碳等有机溶剂。它们的溶解度随着相对分子质量的增加而减小。

　　六、烷烃的化学性质

　　烷烃的分子中没有官能团。除甲烷只有C-Hσ键外，所有烷烃分子中仅含C-C及C-Hσ键。

由于烷烃分子中的C-C键和C-H键都很强，需要较高的能量才能使之断裂（如断裂C-Cσ键需347.3kJ·mol-1，断裂C-Hσ键需380.7-435.1kJ·mol-1)，所以一般情况下，烷烃具有极大的化学稳定性，与强酸、强碱及常用的氧化剂、还原剂都不发生化学反应。另外，碳原子和氢原子的电负性差别很小，分子中σ键的极性很弱，很难被极化，故烷烃的分子也不易和极性试剂发生共价键异裂的离子型反应。但是，在一定的条件下，例如使用高温、高压或催化剂，烷烃也能发生一些化学反应。

　　（一)卤化反应

　　烷烃和氯在黑暗中几乎不起反应。但是在日光照射、高温或催化剂的影响下它们能发生剧烈的反应，生成氯化氢和氯代烷烃。例如甲烷和氯气在强烈的日光或紫外光照射下反应猛烈，甚至发生爆炸。

　　在漫射的日光下则起一般的氯化反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（俗称氯仿)和四氯化碳。

烷烃的氯化过程是逐步的。每一步被取代出来的氢原子与另一个氯原子化合成为氯化氢。

较高相对分子质量的烷烃氯化时，常生成复杂的混合物。

　　（二)氧化反应

　　烷烃在通常情况下是不被氧化的。但是它能在空气中燃烧（剧烈氧化)生成二氧化碳和水，同时放出大量的热能。因此烷烃可以用作燃料。

C₂H₆+3*1/2*O₂→2CO₂+3H₂O　△Ｈ=-1426kJ.mol^-1

C₆H₁₄+9*1/2*O₂→6CO₂+7H₂O　△Ｈ=-4141kJ.mol^-1

　　一些气态烃或极细微粒的液态烃与空气在一定比例范围内混合，点燃时会发生爆炸。煤矿井的瓦斯爆炸就是甲烷与空气混合物（体积比约为1：10左右)燃烧时造成的。

　　七、烷烃氯化的反应历程

　　化学反应历程是说明一个化学反应所经历的过程，也就是对每一个化学反应的各个中间步骤的详细描述。

　　已知烷烃的氯化反应是一种自由基反应。反应过程中，反应物的共价键发生均裂，生成自由基。一般地说自由基很不稳定，极易与其它化合物的分子发生反应，使自己变成稳定的分子，又使其它化合物的分子变为自由基，从而引起一连串反应（链反应)。例如，氯分子在光照下，均裂为氯自由基。

反应由此开始，所以这个步骤叫做链的引发。氯自由基很活泼，它夺取甲烷分子中的氢结合为氯化氢，产生甲基自由基。

Cl·+CH₄→CHl+CH₃·

　　CH3·和CL2反应，夺得一个氯原子，生成稳定的CH3CL，同时又有一个新的CL·产生。

这个过程叫做链的增长。反应过程表明，只要在开始时有少量的氯原子（自由基)，反应即会继续传递下去。

　　最后由于自由基相互结合形成稳定的化合物，反应便终止。如：

　　Cl·+Cl·→Cl₂

CH_３·＋Cl·→CH₂Cl CH_３·＋CH₃·→CH₃-CH₃

　　上述过程叫做链的终止。

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