الألكانات (الميثان CH4) وطرق التقطير الجاف وتفاعلات الاستبدال

الألكانات هيدروكربونات أليفاتية مشبعة مفتوحة السلسلة صيغتها العامة CnH2n+2 وجميع روابطها أحادية قوية من النوع سيجما (σ) صعبة الكسر، ولذلك هي خاملة كيميائياً نسبياً في درجات الحرارة العادية.

• تحضير الميثان (غاز المستنقعات): يحضر في المختبر بالتقطير الجاف للملح اللامائي لأسيتات الصوديوم (CH3COONa) مع الجير الصودي (خليط من هيدروكسيد الصوديوم NaOH والجير الحي CaO).
• دور الجير الحي (أكسيد الكالسيوم CaO) هام جداً في الامتحانات: يعمل كمادة صاهرة تخفض درجة انصهار الخليط ولا يشترك في التفاعل: \(\,\text{CH}_{3}\,\text{COONa}(s) + \,\text{NaOH}(s) --\left(\dfrac{\,\text{CaO}}{\Delta}\right)--\)> Na2CO3 + CH4↑ ويجمع بإزاحة الماء لأسفل لأنه شحيح الذوبان في الماء وأخف من الهواء.

تفاعلات الميثان والألكانات:

1. الاحتراق: تحترق الألكانات في وفرة من الأكسجين بلهب غير مدخن مطلقة طاقة حرارية هائلة وغاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء (تفاعل طارد للحرارة يستخدم كوقود): CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + Heat.

2. الهلجنة بالاستبدال (في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV أو 400°C): يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالتتابع في 4 خطوات استبدال متتالية: CH4 + Cl2 -> CH3Cl (كلوريد الميثيل / كلورو ميثان) + HCl، ثم CH3Cl + Cl2 -> CH2Cl2 (ثنائي كلورو ميثان)، ثم CH2Cl2 + Cl2 -> CHCl3 (الكلوروفورم - مخدر قديم غير آمن تسبب في وفيات)، وأخيراً CHCl3 + Cl2 -> CCl4 (رابع كلوريد الكربون - مذيب عضوي هام ومطافئ حريق).

3. الفريونات (مركبات كلوروفلوروكربون CFCs مثل CF4 و CF2Cl2): غازات تستخدم في التبريد والتكييف ودفع الأيروسولات لسهولة إسالتها ورخص ثمنها وعدم سميتها، ولكنها محرمة دولياً لأنها تسبب تآكل طبقة الأوزون الحامية للأرض.

4. التكسير الحراري الحفزي (Catalytic Cracking): تسخين الألكانات طويلة السلسلة ذات القيمة الاقتصادية المنخفضة تحت ضغط وحرارة وعوامل حفازة لتحويلها إلى ألكانات قصيرة السلسلة (جازولين وقود سيارات) وألكينات قصيرة (إيثين وبروبين لصناعة البوليمرات والبلاستيك): C8H18 --(P, T, Cat)--> C4H10 (بيوتان) + C4H8 (بيوتين).