Alcano

El metano es el primer alcano.

Los alcanos son hidrocarburos, es decir, que tienen soloátomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general paraalcanos alifáticos (de cadena lineal) es C H₂ ₊₂,[1] y paracicloalcanos es C H₂ .[2] También reciben el nombre dehidrocarburos saturados. Carecen de grupos funciona-les como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida(-CON=), etc.

1 Alcanos alifáticos

En los alcanos alifáticos, tanto los de cadena lineal ycomo los de cadena ramificada, la relación C/H es deC H₂ ₊₂, siendo “n” el número de átomos de carbono de lamolécula. Esto hace que su reactividad sea muy reducidaen comparación con otros compuestos orgánicos, y es lacausa de su nombre no sistemático, parafinas (del latín,poca afinidad). Todos los enlaces dentro de las moléculasde alcano son de tipo simple o sigma, es decir, covalentesque comparte un par de electrones en un orbital s, por locual la estructura de un alcano sería de la forma, dondecada línea representa un enlace covalente:El alcano más sencillo es el metano con un solo átomo decarbono. Otros alcanos conocidos son el etano, propanoy el butano con dos, tres y cuatro átomos de carbono res-pectivamente. A partir de cinco carbonos, los nombres sederivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano,etc.

fórmula general de los alcanos

2 Cicloalcanos

Los alcanos cíclicos o cicloalcanos son, como su nombreindica, hidrocarburos alcanos de cadena cíclica. En ellosla relación C/H es C H₂ . Sus características físicas sonsimilares a las de los alcanos no cíclicos, pero sus carac-terísticas químicas difieren sensiblemente, especialmenteaquellos de cadenamás corta, que tienen propiedades mássimilares a las de los alquinos.

3 Abundancia

3.1 Abundancia de los alcanos en el uni-verso

Los alcanos son una parte importante de la atmósfera delos planetas exteriores, como Júpiter (0,1% de metano,0,0002% de etano), Saturno (0,2% de metano, 0,0005%de etano), Urano (1,99% de metano, 0,00025% de etano)y Neptuno (1,5% demetano, 1,5 ppm de etano). Titán, unsatélite de Saturno, fue estudiado por la sonda espacialHuygens, y halló que la atmósfera de Titán llueve me-tano líquido.[3] También se observó en Titán un volcánque arrojaba metano, y se cree que este vulcanismo esuna fuente significativa de metano en la atmósfera. Tam-bién parece ser que hay lagos de metano/etano cerca a lasregiones polares nórdicas de Titán, como lo descubrió elsistema de imágenes por radar de la sonda Cassini. Tam-bién se ha detectado metano y etano en la cola del cometaHyakutake. El análisis químico mostró que la abundan-cia del etano y el metano son aproximadamente iguales,

1

2 3 ABUNDANCIA

El metano y el etano constituyen una parte importante en la com-posición de la atmósfera de Júpiter (planeta).

lo que se cree que implica que los hielos formados en elespacio interestelar, lejos del Sol, podrían haberse evapo-rado en forma desigual debido a la diferente volatilidadde estas moléculas.[4] También se ha detectado alcanosen meteoritos como las condritas carbonáceas.

3.2 Abundancia de los alcanos en el plane-ta Tierra

En la atmósfera hay trazas de gas metano (0,0001%), pro-ducido principalmente por organismos como Archaea,que se encuentra, por ejemplo, en el estómago de las va-cas.

Extracción de petróleo, que contiene muchos hidrocarburos dife-rentes, incluyendo alcanos.

La fuente comercial más importante para los alcanos es elgas natural y el petróleo.[5] El gas natural contiene princi-palmente metano y etano, pero también algo de propanoy butano: el petróleo es una mezcla de alcanos líquidos

y otros hidrocarburos. Estos hidrocarburos se formaroncuando los animales marinos y plantas (zooplancton y fi-toplancton) muertos y hundidos en el fondo de los ma-res antiguos y cubiertos con sedimentos en un mediowikt:anóxico (carente de oxígeno) y cubiertos por variosmillones de años a alta temperatura y presión hasta su for-ma actual. El gas natural, por ejemplo, se puede obtenerde la reacción siguiente:

C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2

Estos hidrocarburos fueron absorbidos en rocas porosas,y se localizaron en una cápsula impermeable de roca yahí quedaron atrapados. A diferencia del metano, que sereforma en grandes cantidades, los alcanos superiores (al-canos con 9 átomos de carbono o más) raras veces se pro-ducen en cantidades grandes en la naturaleza. Estos depó-sitos, por ejemplo, campos de petróleo, se han formadodurante millones de años y una vez exhaustos no puedenser reemplazados rápidamente. El agotamiento de estoshidrocarburos es la base para lo que se conoce como crisisenergética.Los alcanos sólidos se conocen como alquitrán y se for-man cuando los alcanos más volátiles, como los gases yel aceite, se evaporan de los depósitos de hidrocarburos.Uno de los depósitos más grandes de alcanos sólidos es enel lago de asfalto conocido como el lago Pitch en Trinidady Tobago.El metano también está presente en el denominadobiogás, producido por los animales y materia en descom-posición, que es una posible fuente renovable de energía.Los alcanos tienen solubilidad baja en agua; sin embar-go, a altas presiones y temperaturas bajas (tal como en elfondo de los océanos), el metano puede co-cristalizar conel agua para formar un hidrato de metano sólido. Aun-que éste no puede ser explotado comercialmente ahora, lacantidad de energía combustible de los campos de hidra-to de metano conocidos excede al contenido de energíade todos los depósitos de gas natural y petróleo juntos; elmetano extraído del clatrato de metano es entonces con-siderado un candidato para combustibles futuros.

3.3 Abundancia biológica

Aunque los alcanos están presentes en la naturaleza dedistintas formas, no están catalogados biológicamente co-mo materiales esenciales. Hay cicloalcanos de tamaño deanillo entre 14 y 18 átomos de carbono en el musk, ex-traído de ciervos de la familia Moschidae. Toda la infor-mación adicional se refiere a los alcanos acíclicos.

Bacteria y archaea

Ciertos tipos de bacteria pueden metabolizar a los alca-nos: prefieren las cadenas de carbono de longitud par puesson más fáciles de degradar que las cadenas de longitud

3.4 Relaciones ecológicas 3

Los organismos Archaea metanogénica en el estómago de estavaca son responsables de algo del metano en la atmósfera de laTierra.

impar. Por otro lado, ciertas archaea, los metanógenos,produce cantidades grandes de metano como productodel metabolismo del dióxido de carbono y otros compues-tos orgánicos oxidados. La energía se libera por la oxida-ción del hidrógeno:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Los metanógenos también son los productores del gas delos pantanos en humedales, y liberan alrededor de dos milmillones de toneladas de metano por año—el contenidoatmosférico de este gas es producido casi exclusivamen-te por ellos. La producción de metano del ganado y otrosherbívoros, que pueden liberar hasta 150 litros por día, yde las termitas también se debe a los metanógenos. Tam-bién producen los alcanos más simples en el intestino delos humanos. Por tanto, las archaea metanogénicas estánen el extremo del ciclo del carbono, con el carbono siendoliberado en la atmósfera después de haber sido fijado porla fotosíntesis. Es posible que nuestros actuales depósitosde gas natural se hayan formado en forma similar.

Hongos y plantas

El agua forma gotas sobre la película delgada de cera de alcanosen la cáscara de la manzana.

Los alcanos también juegan un rol, si bien es cierto me-nor, en la biología de los tres grupos de organismos

eucariotas: hongos, plantas y animales. Algunas levadu-ras especializadas, como Candida tropicale, Pichia sp.,Rhodotorula sp., pueden usar alcanos como una fuente decarbono o energía. El hongo Amorphotheca resinae pre-fiere los alcanos de cadena larga en las gasolinas de avia-ción, y puede causar serios problemas para los aviones enlas regiones tropicales. En las plantas, se encuentran al-canos sólidos de cadena larga; forman una capa firme decera, la cutícula, sobre las áreas de las plantas expuestasal aire. Ésta protege a la planta de la pérdida de agua, ala vez que evita el leaching de minerales importantes porla lluvia. También es una protección contra las bacterias,hongos, e insectos dañinos— estos últimos se hunden consus patas en la sustancia cerosa suave, y tienen dificul-tad para moverse. La capa brillante sobre las frutas, talescomo en las manzanas, está formada por alcanos de ca-dena larga. Las cadenas de carbono tienen generalmenteentre veinte y treinta átomos de carbono de longitud, ylas plantas las producen a partir de los ácidos grasos. Lacomposición exacta de la película de cera no solo depen-de de la especie, sino que cambia con la estación y fac-tores ambientales como las condiciones de iluminación,temperatura o humedad.

Animales

Los alcanos se encuentran en productos animales,aunque son menos importantes que los hidrocarburos in-saturados. Un ejemplo es el aceite de hígado de tiburón,que es aproximadamente 14% pristano (2,6,10,14-tetrametilpentadecano, C19H40). Su abundancia es mássignificativa en las feromonas, materiales que actúancomo mensajeros químicos, en los cuales se fundamentacasi toda la comunicación entre insectos. En algunostipos, como el escarabajo Xylotrechus colonus, princi-palmente el pentacosano (C25H52), 3-metilpentaicosano(C26H54) y 9-metilpentaicosano (C26H54), se trans-fieren por contacto corporal. Con otras, como lamosca tsetse Glossina morsitans morsitans, la fero-mona contiene los cuatro alcanos 2-metilheptadecano(C18H38), 17,21-dimetilheptatriacontano (C39H80),15,19-dimetilheptatriacontano (C39H80) y 15,19,23-trimetilheptatriacontano (C40H82), y actúa mediante elolfato en distancias grandes, una característica muy útilpara el control de plagas.

3.4 Relaciones ecológicas

Un ejemplo, en el que tanto los alcanos de plantas y ani-males juegan un rol, es la relación ecológica entre la abejaAndrena nigroaenea y la orquídea Ophrys sphegodes; laúltima depende para su polinización de la primera. Lasabejas Andrena nigroaenea usan feromonas para iden-tificar a una compañera; en el caso de A. nigroaenea,las hembras emiten una mezcla de tricosano (C23H48),pentacosano (C25H52) y heptacosano (C27H56) en la pro-porción 3:3:1, y los machos son atraídos específicamente

4 4 PRODUCCIÓN

Ophrys sphegodes.

por este olor. La orquídea toma ventaja de este arreglo deapareamiento para hacer que las abejas macho recolecteny diseminen su polen; no solo sus flores se parecen a di-cha especie de abejas, sino que también producen gran-des cantidades de los tres alcanos en la misma proporciónque las abejas A. nigroaenea hembra. Como resultado,numerosos machos son atraídos a las flores e intentan co-pular con su compañera imaginaria; aunque este compor-tamiento no se corona con el éxito para la abeja, permitea la orquídea transferir su polen, que se dispersará con lapartida del macho frustrado a otras florales.

4 Producción

4.1 Refinado del petróleo

Una refinería de petróleo en Martinez, California.

La fuente más importante de alcanos es el gas natural yel petróleo crudo.[5] Los alcanos son separados en una

refinería de petróleo por destilación fraccionada y proce-sados en muchos productos diferentes.

4.2 Fischer-Tropsch

El proceso Fischer-Tropsch es un método para sintetizarhidrocarburos líquidos, incluyendo alcanos, a partir demonóxido de carbono e hidrógeno. Este método es usadopara producir sustitutos para los destilados de petróleo.

4.3 Preparación en el laboratorio

Generalmente hay poca necesidad de sintetizar alcanos enel laboratorio, dado que suelen estar disponibles comer-cialmente. También debido al hecho de que los alcanosson, generalmente, poco reactivos química y biológica-mente, y no sufren interconversiones limpias de gruposfuncionales. Cuando se producen alcanos en el laborato-rio, suele ser un subproducto de una reacción. Por ejem-plo, el uso de N-butil-litio como una base produce el áci-do conjugado, n-butano como subproducto:

C4H9Li + H2O → C4H10 + LiOH

Sin embargo, a veces puede ser deseable convertir unaporción de una molécula en una estructura funcionalmen-te alcánica (grupo alquilo) usando un método como el dearriba o métodos similares. Por ejemplo, un grupo etilo esun grupo alquilo; cuando está unido a un grupo hidroxi,constituye el etanol, que no es un alcano. Para conver-tirlo en alcano, uno de los métodos más conocidos es lahidrogenación de alquenos o alquinos.

RCH=CH2 + H2 → RCH2CH3 (R = alquilo)

Los alcanos o los grupos alquilo pueden ser preparadosdirectamente a partir de haloalcanos en la reacción deCorey-House-Posner-Whitesides. La reacción de Barton-McCombie[6][7] elimina el grupo hidroxilo de los alcoho-les, por ejemplo.

R OHR1

S

Cl

R1

S

OR

Bu3SnH

AIBNR H

- HCl

y la reducción de Clemmensen[8][9][10][11] o la reduccióndeWolff-Kishner eliminan los grupos carbonilo de los al-dehídos y cetonas para formar alcanos o compuestos desustituidos de alquilo:

Otros métodos para obtener alcanos son la reacción deWurtz y la electrólisis de Kolbe.

5

La Reducción de Wolff-Kishner

5 Propiedades físicas de los alcanos

5.0.1 Punto de ebullición

Puntos de fusión (azul) y de ebullición (rojo) de los primeros 14n-alcanos, en °C.

Los alcanos experimentan fuerzas intermoleculares devan der Waals y al presentarse menores fuerzas de estetipo aumenta el punto de ebullición, además los alcanosse caracterizan por tener enlaces simples.[5]

Hay dos detergentes determinantes de la magnitud de lasfuerzas de van der Waals:

• el número de electrones que rodean a la molécula,que se incrementa con la masa molecular del alcano

• el área superficial de la molécula

Bajo condiciones estándar, los alcanos desde el CH4 has-ta el C4H10 son gases; desde el C5H12 hasta C17H36 sonlíquidos; y los posteriores a C18H38 son sólidos. Comoel punto de ebullición de los alcanos está determinadoprincipalmente por el peso, no debería sorprender que lospuntos de ebullición tengan una relación casi lineal conla masa molecular de la molécula. Como regla rápida, elpunto de ebullición se incrementa entre 20 y 30 °C porcada átomo de carbono agregado a la cadena; esta reglase aplica a otras series homólogas.[5]

Un alcano de cadena lineal tendrá un mayor punto deebullición que un alcano de cadena ramificada, debi-do a la mayor área de la superficie de contacto, con lo

que hay mayores fuerzas de van der Waals, entre molé-culas adyacentes. Por ejemplo, compárese el isobutanoy el n-butano, que hierven a −12 y 0 °C, y el 2,2-dimetilbutano y 2,3-dimetilbutano que hierven a 50 y 58°C, respectivamente.[5] En el último caso, dos moléculasde 2,3-dimetilbutano pueden “encajar” mutuamente me-jor que las moléculas de 2,2-dimetilbutano entre sí, conlo que hay mayores fuerzas de van der Waals.Por otra parte, los cicloalcanos tienden a tener mayorespuntos de ebullición que sus contrapartes lineales, debidoa las conformaciones fijas de las moléculas, que propor-cionan planos para el contacto intermolecular.[cita requerida]

5.0.2 Punto de fusión

El punto de fusión de los alcanos sigue una tendencia si-milar al punto de ebullición. Esto es, (si todas las demáscaracterísticas se mantienen iguales), la molécula másgrande corresponde mayor punto de fusión. Hay una dife-rencia significativa entre los puntos de fusión y los puntosde ebullición: los sólidos tienen una estructura más rígi-da y fija que los líquidos. Esta estructura rígida requiereenergía para poder romperse durante la fusión. Entonces,las estructuras sólidas mejor construidas requerirán ma-yor energía para la fusión. Para los alcanos, esto puedeverse en el gráfico anterior. Los alcanos de longitud im-par tienen puntos de fusión ligeramente menores que losesperados, comparados con los alcanos de longitud par.Esto es debido a que los alcanos de longitud par se empa-can bien en la fase sólida, formando una estructura bienorganizada, que requiere mayor energía para romperse.Los alcanos de longitud impar se empacan con menor efi-ciencia, con lo que el empaquetamiento más desordenadorequiere menos energía para romperse.[12]

Los puntos de fusión de los alcanos de cadena ramificadapueden ser mayores o menores que la de los alquenos

5.0.3 Conductividad

Los alcanos son malos conductores de la electricidad y nose polarizan sustancialmente por un campo eléctrico.

5.0.4 Solubilidad en agua

No forman enlaces de hidrógeno y son insolubles en sol-ventes polares como el agua. Puesto que los enlaces dehidrógeno entre las moléculas individuales de agua estánapartados de una molécula de alcano, la coexistencia deun alcano y agua conduce a un incremento en el ordenmolecular (reducción de entropía). Como no hay enlacessignificativos entre las moléculas de agua y las moléculasde alcano, la segunda ley de la termodinámica sugiere queesta reducción en la entropía se minimizaría al minimi-zar el contacto entre el alcano y el agua: se dice que losalcanos son hidrofóbicos (repelen el agua).

6 5 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ALCANOS

5.0.5 Solubilidad en otros solventes

Su solubilidad en solventes no polares es relativamentebuena, una propiedad que se denomina lipofilicidad. Porejemplo, los diferentes alcanos son miscibles entre sí entodas las demás proporciones.

5.0.6 Densidad

La densidad de los alcanos suele aumentar conforme au-menta el número de átomos de carbono, pero permaneceinferior a la del agua. En consecuencia, los alcanos for-man la capa superior en una mezcla de alcano-agua.

5.1 Geometría molecular

hibridación sp3 en el metano.

La estructura molecular de los alcanos afecta directamen-te a sus características físicas y químicas. Se deriva dela configuración electrónica del carbono, que tiene cua-tro electrones de valencia. Los átomos de carbono en losalcanos siempre tienen hibridación sp3, lo que quiere de-cir que los electrones de valencia están en cuatro orbita-les equivalentes, derivados de la combinación del orbital2s y los orbitales 2p. Estos orbitales, que tienen energíasidénticas, están orientados espacialmente en la forma deun tetraedro, con un ángulo de arccos(−1/3) ≈ 109.47°entre ellos.

5.1.1 Longitudes de enlace y ángulos de enlace

Una molécula de alcano tiene solo enlaces simples C – Hy C – C. Los primeros resultan del traslape de un orbitalsp3 del átomo de carbono con el orbital 1s de un átomode hidrógeno; los últimos del traslape de dos orbitales sp3en átomos de carbono diferentes. La longitud de enlacees de 1,09×10−10 m para un enlace C – H y 1,54×10−10m para un enlace C – C.

Estructura tetraédrica del metano.

La disposición espacial de los enlaces es similar a la decuatro orbitales sp3; están dispuestos tetraédricamente,con un ángulo de 109,47° entre ellos. La fórmula estruc-tural que representa a los enlaces como si estuvieran enángulos rectos unos con otros, aunque común y útil, nocorresponde con la realidad.

5.2 Conformaciones

La fórmula estructural y los ángulos de enlace no suelenser suficientes para describir la geometría de una molé-cula. Hay un grado de libertad para cada enlace carbono– carbono: el ángulo de torsión entre los átomos o gru-pos unidos a los átomos a cada extremo de un enlace. Elarreglo espacial descrito por los ángulos de torsión de lamolécula se conoce como su conformación.

Proyecciones de Newman de las dos conformaciones límite deletano:: eclipsada a la izquierda, alternada a la derecha.

El etano constituye el caso más simple para el estudio delas conformaciones de los alcanos, dado que solo hay unenlace C – C. Si se ve a lo largo del enlace C – C, se ten-drá la denominada proyección de Newman. Los átomosde hidrógeno tanto en el átomo carbono anterior como enel átomo de carbono posterior tienen un ángulo de 120°entre ellos, resultante de la proyección de la base del te-

7

Modelo de barras y esferas de los dos rotámeros del etano.

traedro en una superficie plana. Sin embargo, el ángulode torsión entre un átomo de hidrógeno dado del carbonoanterior y un átomo de hidrógeno dado del carbono pos-terior puede variar libremente entre 0° y 360°. Esto esuna consecuencia de la rotación libre alrededor del enla-ce carbono – carbono. A pesar de esta aparente libertad,solo hay dos conformaciones limitantes importantes: con-formación eclipsada y conformación alternada.Las dos conformaciones, también conocidas comorotámeros, difieren en energía: la conformación alternadaes 12,6 kJ/mol menor en energía (por tanto, más estable)que la conformación eclipsada (menos estable). La dife-rencia en energía entre las dos conformaciones, conocidacomo la energía torsional es baja comparada con la ener-gía térmica de una molécula de etano a temperatura am-biente. Hay rotación constante alrededor del enlace C-C.El tiempo tomado para que una molécula de etano pasede la conformación alternada a la siguiente, equivalente ala rotación de un grupo CH3 en 120° relativo a otro, esdel orden de 10−11 segundos.El caso de alcanos mayores es más complejo, pero se ba-sa en los mismos principios, con la conformación antipe-riplanar siendo más favorecida alrededor de cada enlacecarbono-carbono. Por esta razón, los alcanos suelen mos-trar una disposición en zigzag en los diagramas o en losmodelos. La estructura real siempre diferirá en algo deestas formas idealizadas, debido a que las diferencias enenergía entre las conformaciones son pequeñas compara-das con la energía térmica de las moléculas: las moléculasde alcano no tienen una forma estructura fija, aunque losmodelos así lo sugieran.

5.3 Propiedades espectroscópicas

Prácticamente todos los compuestos orgánicos contienenenlaces carbono – carbono y carbono – hidrógeno, conlo que muestran algunas características de los alcanos ensus espectros. Los alcanos se distinguen por no tener otrosgrupos y, por tanto, por la “ausencia” de otras caracterís-ticas espectroscópicas.

5.3.1 Espectroscopía NMR

La resonancia del protón de los alcanos suele encontrarseen δH = 0.5 – 1.5. La resonancia del carbono-13 depen-de del número de átomos de hidrógeno unidos al carbono:δC = 8 – 30 (primario, metilo, -CH3), 15 – 55 (secunda-rio, metileno, -CH2-), 20 – 60 (terciario, metino, C-H)y cuaternario. La resonancia de carbono-13 de los áto-mos de carbono cuaternarios es característicamente dé-bil, debido a la falta de efecto Overhauser nuclear y ellargo tiempo de relajación, y puede faltar en espectros demuestras diluidas o en los que no se ha almacenado señalun tiempo suficientemente largo.

5.3.2 Espectrometría de masas

Los alcanos tienen una alta energía de ionización, y el ionmolecular es generalmente débil. El patrón de fragmen-tación puede ser difícil de interpretar, pero, en el casode los alcanos de cadena ramificada, la cadena carbona-da se rompe preferentemente en los átomos de carbonoterciarios y cuaternarios, debido a la relativa estabilidadde los radicales libres resultantes. El fragmento resultantede la pérdida de solo un grupo metilo (M-15) suele estarausente, y otros fragmentos suelen estar espaciados a in-tervalos de catorce unidades de masa, correspondiendo ala pérdida secuencial de grupos CH2.gg}

6 Propiedades químicas

En general, los alcanos muestran una reactividad relativa-mente baja, porque sus enlaces de carbono son relativa-mente estables y no pueden ser fácilmente rotos. A dife-rencia de muchos otros compuestos orgánicos, no tienengrupo funcional.Solo reaccionan muy pobremente con sustancias iónicas opolares. La constante de acidez para los alcanos tiene va-lores inferiores a 60, en consecuencia son prácticamenteinertes a los ácidos y bases. Su inercia es la fuente deltérmino parafinas (que significa “falto de afinidad”). Enel petróleo crudo, las moléculas de alcanos permanecenquímicamente sin cambios por millones de años.Sin embargo, es posible reacciones redox de los alcanos,en particular con el oxígeno y los halógenos, puesto quelos átomos de carbono están en una condición fuertemen-te reducida; en el caso del metano, se alcanza el menor es-tado de oxidación posible para el carbono (−4). La reac-ción con el oxígeno conduce a la combustión sin humo;con los halógenos, a la reacción de sustitución. Además,los alcanos interactúan con, y se unen a, ciertos comple-jos de metales de transición (ver: activación del enlacecarbono-hidrógeno).Los radicales libres, moléculas con un número impar deelectrones, desempeñan un papel importante en la mayo-ría de reacciones de los alcanos, tales como el cracking y

8 6 PROPIEDADES QUÍMICAS

el reformado, donde los alcanos de cadena larga se con-vierten en alcanos de cadena corta, y los alcanos de cade-na lineal en los isómeros ramificados, respectivamente.En los alcanos altamente ramificados, el ángulo de en-lace puede diferir significativamente del valor óptimo(109,47°) para permitir a los diferentes grupos suficienteespacio. Esto origina una tensión en la molécula conoci-da como impedimento estérico, y puede aumentar sus-tancialmente la reactividad.

6.1 Reacciones con oxígeno

Todos los alcanos reaccionan con oxígeno en una reacciónde combustión, si bien se torna más difícil de inflamar alaumentar el número de átomos de carbono. La ecuacióngeneral para la combustión completa es:

CnH₂n₊₂ + (1,5n+0,5)O2 → (n+1)H2O +nCO2

En ausencia de oxígeno suficiente, puede formarsemonóxido de carbono o inclusive negro de humo, comose muestra a continuación:

C H₍₂ ₊₂₎ + ½ nO2 → (n+1)H2 + nCO

por ejemplo metano:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2OCH4 + O2 → CO + 2H2O

Ver tabla de calor de formación de alcanos para informa-ción detallada.El cambio de entalpía estándar de combustión, Δ Ho, pa-ra los alcanos se incrementa aproximadamente en 650kJ/mol por cada grupo CH2 en una serie homóloga. Losalcanos de cadena ramificada tienen menores valores deΔ Ho que los alcanos de cadena lineal del mismo númerode átomos de carbono, por lo que pueden ser vistos comoalgo más estables.

6.2 Reacciones con halógenos

Los alcanos reaccionan con halógenos en la denomina-da reacción de halogenación radicalaria. Los átomos dehidrógeno del alcano son reemplazados progresivamentepor átomos de halógeno. Los radicales libres son las es-pecies que participan en la reacción, que generalmenteconduce a una mezcla de productos. La reacción es alta-mente exotérmica, y puede resultar en una explosión.Estas reacciones son una importante ruta industrial paralos hidrocarburos halogenados.

Los experimentos han mostrado que toda halogenaciónproduce una mezcla de todos los isómeros posibles, in-dicando que todos los átomos de hidrógeno son suscepti-bles de reaccionar. Sin embargo, la mezcla producida noes una mezcla estadística: los átomos de hidrógeno secun-dobromación del propano:[5]

6.3 Cracking

El cracking rompe moléculas grandes en unidades máspequeñas. Esta operación puede realizarse con un méto-do térmico o un método catalítico. El proceso de crac-king térmico sigue un mecanismo de reacción homolíticocon formación de radicales libres. El proceso de crac-king catalítico involucra la presencia de un catalizadorácido (generalmente ácidos sólidos como silica-alúminay zeolitas), que promueven la heterólisis (ruptura asimé-trica) de los enlaces, produciendo pares de iones de cargasopuestas, generalmente un carbocatión y el anión hidruro,que es muy inestable.Los radicales libres de alquilo y los carbocationes son al-tamente inestables, y sufren procesos de reordenamien-to de la cadena, y la escisión del enlace C-C en la po-sición beta, además de transferencias de hidrógeno o hi-druro intramolecular y extramolecular. En ambos tipos deprocesos, los reactivos intermediarios (radicales, iones) seregeneran permanentemente, por lo que proceden por unmecanismo de autopropagación en cadena. Eventualmen-te, la cadena de reacciones termina en una recombinaciónde iones o radicales.

6.4 Isomerización y reformado

La isomerización y reformado son procesos en los que losalcanos de cadena lineal son calentados en presencia deun catalizador de platino. En la isomerización, los alca-nos se convierten en sus isómeros de cadena ramificada.En el reformado, los alcanos se convierten en sus formascíclicas o en hidrocarburos aromáticos, liberando hidró-geno como subproducto. Ambos procesos elevan el índicede octano de la sustancia.

6.5 Otras reacciones

Los alcanos reaccionan con vapor en presencia de uncatalizador de níquel para producir hidrógeno. Los al-canos pueden ser clorosulfonados y nitrados, aunqueambas reacciones requieren condiciones especiales. Lafermentación de los alcanos a ácidos carboxílicos es de

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importancia técnica. En la reacción de Reed, el dióxidode azufre y cloro convierten a los hidrocarburos en cloru-ros de sulfonilo, en un proceso inducido por luz.

7 Aplicaciones

Las aplicaciones de los alcanos no pueden ser determi-nadas bastante bien de acuerdo al número de átomos decarbono. Los cuatro primeros alcanos son usados prin-cipalmente para propósitos de calefacción y cocina, y enalgunos países para generación de electricidad. El metanoy el etanoEl propano y el butano pueden ser líquidos a presionesmoderadamente bajas y son conocidos como gases licua-dos del petróleo (GLP). Por ejemplo, el propano se usa enel quemador de gas propano, el butano en los encendedo-res descartables de cigarrillos. Estos dos alcanos son usa-dos también como propelentes en pulverizadores. Desdeel pentano hasta el octano, los alcanos son líquidos ra-zonablemente volátiles. Se usan como combustibles enmotores de combustión interna, puesto que pueden vapo-rizarse rápidamente al entrar en la cámara de combus-tión, sin formar gotas, que romperían la uniformidad dela combustión. Se prefieren los alcanos de cadena rami-ficada, puesto que son menos susceptibles a la igniciónprematura, que causa el cascabeleo en los motores, quesus análogos de cadena lineal. Esta propensión a la ig-nición prematura es medida por el índice de octano delcombustible, donde el 2,2,4-trimetilpentano (isooctano)tiene un valor arbitrario de 100, y heptano tiene un valorde cero. Además de su uso como combustibles, los alca-nos medios son buenos solventes para las sustancias nopolares.Los alcanos a partir del hexadecano en adelante consti-tuyen los componentes más importantes del aceite com-bustible y aceite lubricante. La función de los últimos estambién actuar como agentes anticorrosivos, puesto quesu naturaleza hidrofóbica implica que el agua no puedellegar a la superficie del metal. Muchos alcanos sólidosencuentran uso como cera de parafina, por ejemplo en ve-la. Ésta no debe confundirse con la verdadera cera, queconsiste principalmente de ésteres.Los alcanos con una longitud de cadena de aproximada-mente 35 o más átomos de carbono se encuentran en elbetún, que se usa, por ejemplo, para asfaltar los caminos.Sin embargo, los alcanos superiores tienen poco valor, yse suelen romper en alcanos menores mediante cracking.Algunos polímeros sintéticos tales como el polietileno yel polipropileno son alcanos con cadenas que contienencientos de miles de átomos de carbono. Estos materialesse usan en innumerables aplicaciones, y se fabrican y usanmillones de toneladas de estos materiales al año.

8 Riesgos

El metano es explosivo cuando está mezclado con aire (1– 8% CH4) es un agente muy fuerte en el efecto inver-nadero. Otros alcanos menores también forman mezclasexplosivas con el aire. Los alcanos líquidos ligeros sonaltamente inflamables, aunque este riesgo decrece con elaumento de la longitud de la cadena de carbono. El pen-tano, hexano, heptano y octano están clasificados comopeligrosos para el medio ambiente y nocivos. El isómerode cadena lineal del hexano es una neurotoxina.

9 Véase también• Alqueno

• Alquino

• Alquilo

• Cicloalcano

• Química orgánica

• Hidrocarburo alifático

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García Pérez. pag 302. books.google.es

[2] Química Orgánica. Escrito por John McMurry. pag 131.books.google.es

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10 11 ENLACES EXTERNOS

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11 Enlaces externos

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12 Origen del texto y las imágenes, colaboradores y licencias

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