6.3 Alkaners reaktioner
Alkaner er ikke særligt reaktionsvillige og reagerer hverken med vand, syrer eller baser. To reaktioner er dog vigtige, for alkaner kan brænde, og de kan reagere med chlor og brom, når der er lys.
Forbrænding
Ved en forbrænding reagerer et stof med oxygen fra luften, og der bliver afgivet varme. Derfor bruges alkaner som brændstof i gaskomfurer, biler og fly.
Er der oxygen nok, er forbrændingen fuldstændig, og så bliver alt carbon til carbondioxid og alt hydrogen til vand.
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Alle carbonhydrider giver de samme to stoffer ved en fuldstændig forbrænding: carbondioxid og vand.
Sådan afstemmer du en forbrænding
Som du lærte i afsnit 1.4, skal et reaktionsskema være afstemt, hvilket betyder, at der er lige mange atomer af hver slags på begge sider af pilen. Man afstemmer ved at sætte koefficienter foran formlerne, mens de små tal i formlerne ikke må ændres.
Ved en forbrænding er det lettest at tage grundstofferne i en fast rækkefølge: først carbon, så hydrogen og til sidst oxygen.
Nogle gange bliver antallet af oxygenatomer et ulige tal. Ved forbrænding af ethan, C2H6, er der 2 CO2 og 3 H2O til højre. Det er 7 oxygenatomer, og det svarer til 3½ O2. Så ganger man alle tallene i skemaet med 2:
2 C2H6(g) + 7 O2(g) → 4 CO2(g) + 6 H2O(g)
Ufuldstændig forbrænding
Er der for lidt oxygen, er forbrændingen ufuldstændig. Så dannes der ikke kun carbondioxid og vand, men også carbonmonoxid, CO, og sod, som er rent carbon, C.
Den gule farve i flammen kommer fra små sodpartikler, der gløder. Holder man en kold ske ind i flammen fra et stearinlys, sætter soden sig på skeen som en sort belægning.
Nogle stoffer soder mere end andre. Ethyn, C2H2, som også kaldes acetylen, er et carbonhydrid med en tripelbinding, og du møder det igen i afsnit 6.4. I ethyn er der lige så mange carbonatomer som hydrogenatomer, mens methan har fire hydrogenatomer for hvert carbonatom. Jo mere carbon et stof indeholder i forhold til hydrogen, jo lettere bliver noget af carbonet tilbage som sod. Derfor brænder ethyn med en kraftigt sodende flamme i luft, og ved svejsning blander man ethyn med ren oxygen.
To eksempler på ufuldstændig forbrænding af ethyn er:
2 C2H2(g) + 3 O2(g) → 4 CO(g) + 2 H2O(g)
2 C2H2(g) + O2(g) → 4 C(s) + 2 H2O(g)
I virkeligheden sker flere af reaktionerne på samme tid, så der dannes en blanding af carbondioxid, carbonmonoxid og sod.
Carbonmonoxid, som også kaldes kulilte, er en giftig gas, der hverken kan ses eller lugtes. Den sætter sig fast på de røde blodlegemer, så de ikke kan transportere oxygen rundt i kroppen. Derfor må man aldrig bruge en grill eller en gasvarmer indendørs eller i et telt.
Carbondioxid er ikke giftig i små mængder, men den er en drivhusgas. Når der brændes olie, kul og naturgas af, stiger mængden af carbondioxid i atmosfæren, og det er den vigtigste årsag til den globale opvarmning.
Substitution
Alkaner kan reagere med chlor og brom, men kun når der er lys. I reaktionen bliver et hydrogenatom i alkanen skiftet ud med et chloratom eller et bromatom. Reaktionen kaldes en substitution, som betyder udskiftning.
CH4 + Br2 → CH3Br + HBr
Bemærk, at der dannes to stoffer. Det ene bromatom sætter sig på carbonatomet, mens det andet tager det hydrogenatom, der blev skiftet ud, og danner hydrogenbromid, HBr.
Lyset er nødvendigt, fordi det slår brommolekylerne i stykker. De løse bromatomer er meget reaktionsvillige og sætter reaktionen i gang.
Forsøget med brom og hexan
Brom er gulbrunt, og lidt brom farver en væske gul. Blander man lidt brom i hexan og stiller glasset i mørke, sker der ingenting. Stiller man det derimod i sollys, forsvinder farven langsomt, fordi brom bliver brugt i reaktionen.
C6H14 + Br2 → C6H13Br + HBr
Hydrogenbromid er en syre, og man kan derfor vise, at reaktionen er forløbet, med et stykke fugtigt indikatorpapir. Papiret skifter til den farve, der viser en syre.
Prøv selv: Afstem reaktioner: træn i at afstemme reaktionsskemaer.