Diferencia entre revisiones de «Alcano»
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Los alcanos se obtienen mayoritariamente del [[petróleo]], ya sea directamente o mediante cracking o [[pirólisis]], esto es, rotura térmica de moléculas mayores. Son los productos base para la obtención de otros compuestos orgánicos.
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=== Abundancia de los alcanos en el universo ===
[[Archivo:Jupiter.jpg|thumb|right|El metano y el etano constituyen una parte importante en la composición de la atmósfera de Júpiter]]
Los alcanos son una parte importante de la [[atmósfera]] de los planetas gaseosos exteriores, como [[Júpiter (planeta)|Júpiter]] (0,1% metano, 0,0002% etano), [[Saturno (planeta)|Saturno]] (0,2% metano, 0,0005% etano), [[Urano (planeta)|Urano]] (1,99% metano, 0,00025% etano) y [[Neptuno (planeta)|Neptuno]] (1,5% metano, 1,5ppm etano). [[Titán (luna)|Titán]], un satélite de Saturno, fue estudiado por la [[sonda espacial]] ''Huygens'', lo que indicó que la atmósfera de Titán llueve metano líquido a la superficie de la luna.<ref>[http://www.planetary.org/news/2005/huygens_science-results_0121.html Titan: Arizona in an Icebox?], Emily Lakdawalla, [[2004-01-21]], verified [[2005-03-28]]</ref> También se observó en Titán un volcán que arrojaba metano, y se cree que este volcanismo es una fuente significativa de metano en la atmósfera. También parece ser que hay lagos de metano/etano cerca a las regiones polares nórdicas de Titán, como lo descubrió el sistema de imágenes por radar de la sonda Cassini. También se ha detectado [[metano]] y [[etano]] en la cola del [[cometa Hyakutake]]. El análisis químico mostró que la abundancia del etano y el metano son aproximadamente iguales, lo que se cree que implica que los hielos formados en el espacio interestelar, lejos del sol, podrían haberse evaporado en forma desigual debido a la diferente volatilidad de estas moléculas.<ref name="science">{{Cita publicación| autor=Mumma, M.J. | co-authors = Disanti, M.A., dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, C.D., and D.X. Xie | título=Detection of Abundant Ethane and Methane, Along with Carbon Monoxide and Water, in Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin | revista=Science | año=1996 | volumen=272 | páginas=1310 | doi=10.1126/science.272.5266.1310 | pmid=8650540 }}</ref> También se ha detectado alcanos en [[meteorito]]s tales como las [[condrita]]s carbonáceas.
=== Abundancia de los alcanos en la Tierra ===
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El metano también está presente en el denominado [[biogás]], producido por los animales y materia en descomposición, que es una posible [[fuente renovable de energía]].
Los alcanos tienen solubilidad baja en agua, sin embargo, a altas presiones y temperaturas bajas (tal como en el fondo de
=== Abundancia biológica ===
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[[Archivo:Fuji apple.jpg|thumb|right|El agua forma gotas sobre la película delgada de cera de alcanos en la cáscara de la manzana.]]
Los alcanos también juegan un rol, si bien es cierto menor, en la biología de los tres grupos de organismos [[eucariota]]s: [[fungi|hongos]], plantas y animales. Algunas levaduras especializadas, como ''Cándida tropicale'', ''[[Pichia]]'' sp., ''[[Rhodotorula]]'' sp., pueden usar alcanos como una fuente de carbono o energía. El hongo ''[[Amorphotheca resinae]]'' prefiere los alcanos de cadena larga en las [[gasolina de aviación|gasolinas de aviación]], y puede causar serios problemas para los aviones en las regiones tropicales.
En las plantas, se encuentran alcanos sólidos de cadena larga; forman una capa firme de cera, la [[cutícula de planta|cutícula]], sobre las áreas de las plantas expuestas al aire. Ésta protege a la planta de la pérdida de agua, a la vez que evita el [[leaching]] de minerales importantes por la lluvia. También es una protección contra las bacterias, hongos, e insectos dañinos— estos últimos se hunden con sus patas en la sustancia cerosa suave, y tienen movilidad dificultada. La capa brillante sobre las frutas, tales como las manzanas, consiste de alcanos de cadena larga. Las cadenas de carbono tienen generalmente entre veinte y treinta átomos de carbono de longitud, y las plantas las preparan a partir de los [[ácido graso|ácidos grasos]]. La composición exacta de la película de cera no sólo depende de la especie, sino que cambia con la estación y factores ambientales como las condiciones de iluminación, temperatura o humedad.
;Animales
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=== Relaciones ecológicas ===
[[Archivo:Ophrys sphegodes flower.jpg|thumb|right|''Ophrys sphegodes'']]
Un ejemplo, en el que tanto los alcanos de plantas y animales juegan un rol, es la relación ecológica entre la abeja ''[[Andrena nigroaenea]]'' y la orquídea ''[[Ophrys sphegodes]]''; la última depende para su [[polinización]] de la primera. Las abejas ''[[Andrena nigroaenea]]'' usan feromonas para identificar un compañero; en el caso de ''A. nigroaenea'', las hembras emiten una mezcla de [[tricosano]] (C<sub>23</sub>H<sub>48</sub>), [[pentacosano]] (C<sub>25</sub>H<sub>
== Producción ==
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=== Preparación en el laboratorio ===
Generalmente hay poca necesidad de sintetizar alcanos en el laboratorio, dado que suelen estar disponibles comercialmente. También debido al hecho de que los alcanos son, generalmente, poco reactivos química y biológicamente, y no sufren interconversiones ''limpias'' de grupos funcionales. Cuando se producen alcanos en el laboratorio, suele ser un subproducto de una reacción. Por ejemplo, el uso de [[n-butyllitio]] como una [[base (química)|base]] produce el ácido conjugado, n-butano como subproducto:
: C<sub>4</sub>H<sub>9</sub>Li + H<sub>2</sub>O → C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> + [[hidróxido de litio|LiOH]]
Sin embargo, a veces puede ser deseable convertir una porción de una molécular en una estructura funcionalmente alcánica (grupo [[
:RCH=CH<sub>2</sub> + H<sub>2</sub> → RCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub> (R = [[alkyl]])
Los alcanos o grupos alquilo pueden ser preparados directamente a partir de [[haloalcano]]s en la [[reacción de Corey-House-Posner-Whitesides]]. La [[deoxigenación de Barton-McCombie]]<ref>[[Derek Harold Richard Barton|Barton, D. H. R.]]; McCombie, S. W. ''J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1'' '''1975''', ''16'', 1574-1585</ref><ref>Crich, D.; Quintero, L. ''[[Chem. Rev.]]'' '''1989''', ''89'', 1413-1432.</ref> elimina el grupo hidroxilo de los alcoholes, por ejemplo.
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:[[Archivo:Barton-McCombie Deoxygenation Scheme.svg|600px]]
y la [[reducción de Clemmensen]]<ref>Martin, E. L. ''Org. React.'' '''1942''', ''1'', 155. (Review)</ref><ref>Buchanan, J. G. St. C.; Woodgate, P. D. ''Quart. Rev.'' '''1969''', ''23'', 522. (Review)</ref><ref>Vedejs, E. ''Org. React.'' '''1975''', ''22'', 401. (Review)</ref><ref>Yamamura, S.; Nishiyama, S. ''Comp. Org. Syn.'' '''1991''', ''8'', 309-313.(Review)</ref> elimina los grupos carbonilo de los aldehídos y cetonas para formar alcanos o compuestos de sustituidos de alquilo:
:[[Archivo:Clemmensen Reduction Scheme.png|250px]]
== Propiedades físicas ==
==== Punto de ebullición ====
[[Archivo:Alkanschmelzundsiedepunkt.png|right|thumb|300px|Puntos de fusión (azul) y de ebullición (rosa) de los primeros 14 ''n''-alcanes, en °C.]]
Los alcanos experimentan fuerzas intermoleculares de [[fuerzas de van der Waals|van der Waals]] y al presentarse mayores fuerzas de este tipo aumenta el punto de ebullición.<ref name=m&b>{{cita libro|título= Organic Chemistry | autor= R. T. Morrison, R. N. Boyd | isbn= 0-13-643669-2 | editorial= Prentice Hall | ubicación= New Jersey | edición= 6th}}</ref>
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* el área superficial de la molécula
Bajo [[condiciones estándar]], los alcanos desde el CH<sub>4</sub> hasta el C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> son gases; desde el C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> hasta C<sub>17</sub>H<sub>36</sub> son líquidos; y los posteriores a C<sub>18</sub>H<sub>38</sub> son sólidos. Como el punto de ebullición de los alcanos está determinado principalmente por el peso, no debería sorprender que los puntos de ebullición tengan una relación casi lineal con la [[masa molecular]]
Un alcano de cadena lineal tendrá un mayor punto de ebullición que un alcano de cadena ramificada, debido a la mayor área de la superficie en contacto, con lo que hay mayores fuerzas de van der Waals, entre moléculas adyacentes. Por ejemplo, compárese el [[isobutano]] y 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.<ref name = m&b /> En el último caso, dos moléculas de 2,3-dimetilbutano pueden "encajar" mutuamente mejor que las moléculas de 2,2-dimetilbutano entre sí, con lo que hay mayores fuerzas de van der Waals.
Por otra parte, los cicloalcanos tienden a tener mayores puntos de ebullición que sus contrapartes lineales, debido a las conformaciones fijas de las moléculas, que proporcionan planos para el contacto intermolecular.{{cita requerida|date=April 2007}}
==== Punto de fusión ====
El [[punto de fusión]] de los alcanos sigue una tendencia similar al [[punto de ebullición]] por la misma razón que se explicó anteriormente. Esto es, (si todas las demás características se mantienen iguales), a molécula más grande corresponde mayor punto de fusión. Hay una diferencia significativa entre los puntos de fusión y los puntos de ebullición: los sólidos tienen una estructura más rígida y fija que los líquidos. Esta estructura rígida requiere energía para poder romperse durante la fusión. Entonces, las estructuras sólidas mejor construidas requerirán mayor energía para la fusión. Para los alcanos, esto puede verse en el gráfico anterior. Los alcanos de longitud impar tienen puntos de fusión ligeramente menores que los esperados, comparados con los alcanos de longitud par. Esto es debido a que los alcanos de longitud par se empacan bien en la fase sólida, formando una estructura bien organizada, que requiere mayor energía para romperse. Los alcanos de longitud impar se empacan con menor eficiencia, con lo que el empaquetamiento más desordenado requiere menos energía para romperse.<ref>{{Cita publicación| autor=Boese R, Weiss HC, Blaser D | título= The melting point alternation in the short-chain n-alkanes: Single-crystal X-ray analyses of propane at 30 K and of n-butane to n-nonane at 90 K | revista= Angew Chemie Int Ed | año=1999 | volumen=38 | páginas=988–992 |doi=10.1002/(SICI)1521-3773(19990401)38:7<988::AID-ANIE988>3.3.CO;2-S}}</ref>
Los puntos de fusión de los alcanos de cadena ramificada pueden ser mayores o menores que la de los alcanos de cadena lineal, dependiendo nuevamente de la habilidad del alcano en cuestión para empacarse bien en la fase sólida: esto es particularmente verdadero para los isoalcanos (isómeros 2-metil), que suelen tener mayores puntos de fusión que sus análogos lineales
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==== Solubilidad en agua ====
No forman [[enlace de hidrógeno|enlaces de hidrógeno]] y son insolubles en solventes polares como el agua. Puesto que los enlaces de hidrógeno entre las moléculas individuales de agua están apartados de una molécula de alcano, la coexistencia de un alcano y agua conduce a un incremento en el orden molecular (reducción de [[entropía]]). Como no hay enlaces significativos entre las moléculas de agua y las moléculas de alcano, la [[segunda ley de la termodinámica]] sugiere que esta reducción en la entropía se minimizaría al minimizar el contacto entre el alcano y el agua: se dice que los alcanos son [[hidrofóbicos]] (repelan el agua).
==== Solubilidad en otros solventes ====
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|-
|[[Decano (química)|Decano]]
|C<sub>10</sub>H<sub>22</sub>
| 174
| -30
| 0.730
|-
|[[Undecano]]
|C<sub>11</sub>H<sub>24</sub>
| 196
| -26
| 0.740
|-
|[[Dodecano]]
|C<sub>12</sub>H<sub>26</sub>
| 216
| -10
| 0.749
|-
|[[Triacontano]]
|C<sub>30</sub>H<sub>62</sub>
| 343
| 37
| sólido
|}
== Propiedades químicas ==
En general, los alcanos muestran una reactividad relativamente baja, porque sus enlaces de carbono son relativamente estables y no pueden ser fácilmente rotos. A diferencia de muchos otros compuestos orgánicos, no tienen [[grupo funcional]].
Sólo reaccionan muy pobremente con sustancias iónicas o polares. La [[constante de acidez]] para los alcanos tiene valores inferiores a 60, en consecuencia son prácticamente inertes a los ácidos y bases. Su inercia es la fuente del término ''parafinas'' (que significa "falto de afinidad"). En el [[petróleo crudo]], las moléculas de alcanos permanecen químicamente sin cambios por millones de años.
Sin embargo, es posible reacciones redox de los alcanos, en particular con el oxígeno y los halógenos, puesto que los átomos de carbono están en una condición fuertemente reducida; en el caso del metano, se alcanza el menor estado de oxidación posible para el carbono (-4). La reacción 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 complejos de metales de transición (ver: [[activación del enlace carbono-hidrógeno]]).
Los [[radical (química)|radicales libres]], moléculas con un número impar de electrones, juegan un papel importante en la mayoría de reacciones de los alcanos, tales como el cracking y el reformado, donde los alcanos de cadena larga se convierten en alcanos de cadena corta, y los alcanos de cadena lineal en los isómeros ramificados, respectivamente.
En los alcanos altamente ramificados, el ángulo de enlace puede diferir significativamente del valor óptimo (109,47°) para permitir alos diferentes grupos suficiente espacio. Esto origina una tensión en la molécula conocida como [[impedimento estérico]], y puede aumentar sustancialmente la reactividad.
=== Reacciones con oxígeno ===
Todos los alcanos reaccionan con [[oxígeno]] en una reacción de [[combustión]], si bien se torna más difícil de inflamar al aumentar el número de átomos de carbono. La ecuación general para la combustión completa es:
:C<sub>''n''</sub>H<sub>2''n''+2</sub> + (1,5''n''+0,5)O<sub>2</sub> → (''n''+1)H<sub>2</sub>O + ''n''CO<sub>2</sub>
En ausencia de oxígeno suficiente, puede formarse [[monóxido de carbono]] o inclusive [[negro de humo]], como se muestra a continuación:
:C<sub>n</sub>H<sub>(2n+2)</sub> + ½ n[[oxígeno|O<sub>2</sub>]] → (n+1)[[hidrógeno|H<sub>2</sub>]] + n[[monóxido de carbono|CO]]
por ejemplo [[metano]]:
:CH<sub>4</sub> + 2O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O
:CH<sub>4</sub> + O<sub>2</sub> → C + 2H<sub>2</sub>O
Ver [[cambio de entalpía estándar de formación (tabla)#Alcanos|tabla de calor de formación de alcanos]] para información detallada.
El [[cambio de entalpía estándar de combustión]], Δ<sub>c</sub>''H''<sup><s>o</s></sup>, para los alcanos se incrementa aproximadamente en 650 kJ/mol por cada grupo CH<sub>2</sub> en una serie homóloga. Los alcanos de cadena ramificada tienen menores valores de Δ<sub>c</sub>''H''<sup><s>o</s></sup> que los alcanos de cadena lineal del mismo número de átomos de carbono, por lo que pueden ser vistos como algo más estables.
=== Reacciones con halógenos ===
{{AP|Halogenación radicalaria}}
Los alcanos reaccionan con [[halógeno]]s en la denominada reacción de ''halogenación radicalaria''. Los átomos de hidrógeno del alcano son reemplazados progresivamente por átomos de halógeno. Los [[radical (química)|radicales libres]] son las especies que participan en la reacción, que generalmente conduce a una mezcla de productos. La reacción es altamente [[reacción exotérmica|exotérmica]], y puede resultar en una explosión.
Estas reacciones son una importante ruta industrial para los hidrocarburos halogenados.
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