Alkanlar doymuş hidrokarbonlar olduklarından katılma tepkimelerini vermezler. Çünkü yapılarında karbon atomuna bağlı 4 tane hidrojen atomu vardır. Alkanlar yalnızca yer değiştirme ve yanma tepkimelerini verirler.
Yanma Tepkimeleri
Alkanlar yeteri kadar oksijen ile yakıldıklarında karbondioksit ve su oluşmaktadır. Alkanlar yakıldıklarında birim kütle başına açığa çıkan enerji çok büyük olduğu için yakıt olarak kullanılmaktadırlar. Organik bileşiklerin yanma tepkimeleri aynı zamanda birer yükseltgenme tepkimesidir ve ekzotermik (ısı alarak) gerçekleşmektedir. Yanma tepkimelerinin genel denklemi aşağıdaki gibidir.
Alkanların yanma tepkimelerinin genel formülü:
Bir örnekle açıklamak istersek tepkime şöyle gerçekleşir.
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O (Propanın yanma tepkimesi)
Olayı daha iyi anlayabilmek için bir örnek soruyla açıklayalım;
Örnek: Propan ve Pentan gazlarından oluşmul 3 litrelik bir karışımı yakmak için aynı şartlarda 105 litre hava gerekmektedir. Karışımdaki her bir gazın hacmi kaç litredir?
Çözüm: C3H8 gazının hacmine X denirse C2H5 gazının hacmi 3-X litredir.
Havanın 1/5’i oksijendir. 105/5=21 L O2
5X + 8(3-X)=21
X=1 L C3H8
3-1=2 L C5H12
Yer Değiştirme Tepkimeleri (Sübstitüsyon)
Güneş ışığı altında ya da yüksek sıcaklıkta alkanlar halojenlerle (genellikle brom ve klor) yer değiştirme tepkimesi verirler. Alkan molekülündeki bir hidrojen atomu yerine bir halojen atomu bağlanabilir. Tepkime, tüm hidrojen atomları yer değiştirinceye kadar devam etmektedir. bu yöntemle karbon tetraklorür (CCl4) elde edilebilir. Peki ya nedir bu karbon tetraklorür?
Karbon tetraklorür; kaynama noktası 77 °C olan zehirli bir sıvıdır. Çok iyi bir çözücüdür. Yanıcı değildir. Apolar yapıdadır ve iletken değildir.
Yer değiştirme tepkimelerine örnek verecek olursak;
Yer değiştirme tepkimeleri reaktif maddelerin yer değiştirmesi şeklinde gerçekleşen tepkimelerdir. Organik bileşiklerin tepkimeleri, kovalent bağların kırılarak başka moleküller arasında yeniden oluşumu üzerinde gerçekleşmektedir. Elektron eksiği olan atom ya da iyonlara “Elektrofil” denir. NO2+, SO3H+, RC+, RCO+ … gibi gruplar (Elektrofilik) elektron sevendir.
Ek Not: Nükleofilik Yer Değiştirme Tepkimeleri
Organik bileşiklerin yer değiştirme tepkimeleri sadece radikaller üzerinde yürüyen tepkimeler değildir. Nükleofil çekirdek seven anlamına gelmektedir. Halojenler birer nükleofildir.
Yer değiştirme aşağıda metanın klorlanması örneğinde görüldüğü gibi zincir bir tepkimedir.
Yukarıdaki serbest radikal tepkimesinde sadece klormetan oluşmaz bir ürünler karışımı oluşmaktadır. Bu ürünler karışımı içerisinde kloroform ve karbon tetraklorür de bulunmaktadır. Bu tepkimenin oluşabilmesi için ortamda aşırı derecede klor gazının bulunması gerekmektedir.
Kloroform; kaynama noktası 61 °C olan ve kendine özgün kokusu olan bir sıvıdır. Bayıltıcı etkisinden dolayı tıpta anestezik olarak kullanılmaktadır. Işık etkisiyle bozunabilir bu yüzden renkli şişelerde saklanmaktadır. Etil alkol ve asetondan da elde edilebilir. Metanın iyotla tepkimesinden de CHI3 (iyodoform) oluşur.
Ek Not: Radikaller Üzerinde Yürüyen Yer Değiştirme Tepkimeleri
gibi tepkimelerde tüm hidrojen atomları bitene kadar reaksiyon devam eder.
Alkanların halojenlerle olan tepkimleri yüksek sıcaklıklarda ya da ultraviyole ışınlar ((morötesi) kısaca UV olarak ifade edilir. Çıplak gözle görülemeyen, farklı dalga boylarındaki güneş ışınlarına denir.) etkisi altında ve yer değiştirme tepkimeleri radikal oluşumu üzerinde gerçekleşir. Tepkime mekanizması tepkimeye girenlerin ürünlere dönüşümü sırasında meydana gelen bağ oluşumlarının basit basamaklar halinde gösterilmesidir.
