Hidrokarbonlar ve Alkanlar

Ocakta yanan doğal gazın neredeyse tamamı metandır. Ortadaki koyu top bir karbon atomu, çevresindeki dört küçük top hidrojen. Yalnızca C ve H atomlarından oluşan bileşiklere hidrokarbon denir.

Karbon dört bağ kurar. Bağlar birbirini iter ve olabildiğince uzaklaşır: dört H, bir düzgün dörtyüzlünün köşelerine yerleşir. Her H–C–H açısı $109{,}5^\circ$ olur.

Bir karbon başka bir karbona bağlanabilir. Uçtaki H dışarı kayar, araya yeni bir C girer ve iki H daha bağlanır: zincir bir $\text{CH}_2$ uzar. Metan, etan, propan, bütan böyle sıralanır.

Raftakilerin hepsinde altı karbon var. Hekzan düz zincir, siklohekzan halka; ikisinde de yalnızca tekli bağ olduğu için doymuştur. Hekzende bir çift bağ var: doymamış. Benzen halkası ise aromatiktir.

$n$ karbonlu açık zincirli doymuş molekül en çok H'yi taşır: $2n+2$. Her halka ya da her $\pi$ bağı iki H eksiltir. Hekzan $\text{C}_6\text{H}_{14}$; siklohekzan ve hekzen ikişer H eksik: $\text{C}_6\text{H}_{12}$.

Bütün bağları tekli olan zincirlere alkan denir; her karbon dört bağlıdır ($sp^3$). Ardışık üyeler bir $\text{CH}_2$ farkla dizilir: bu aileye homolog seri denir. Beşten sonra adlar Yunanca sayılardan gelir: pentan, hekzan, heptan, oktan.

Ad, en uzun karbon zincirinden gelir. Bu modelde düz görünen zincir beş karbonlu; ama dördüncü karbondaki etilin iki karbonu zincirin devamıdır. Parlayan yol altı karbonludur: kök hekzan.

Zinciri dala en yakın uçtan numarala. Kırmızı halkalı iki metil 2. ve 4. karbonda kalır; aynı dal iki kez olduğu için di- eklenir. Ad: 2,4-dimetilhekzan, $\text{C}_8\text{H}_{18}$.

Bir karbonun türü, bağlı olduğu karbon sayısıdır. İzooktanda beş $\text{CH}_3$ birincil ($1^\circ$), $\text{CH}_2$ ikincil ($2^\circ$), CH üçüncül ($3^\circ$); dört karbona bağlı ortadaki C dördüncüldür ($4^\circ$).

Üç modelin üçü de $\text{C}_5\text{H}_{12}$: beş C, on iki H. Değişen yalnızca karbon iskeleti: düz pentan, bir dallı 2-metilbütan, çok dallı 2,2-dimetilpropan. Formülü aynı, yapısı farklı moleküllere yapı izomeri denir.

Alkan molekülleri yalnızca London kuvvetleriyle çekişir. Dallanan molekül küreye yaklaşır, komşusuna değen yüzeyi küçülür: kabuklar küçülür, termometre $36$, $28$ ve $10\,^\circ\text{C}$'ye iner.

Metan iki $\text{O}_2$ ile karşılaşır; bağlar kopar, atomlar yeniden dizilir: bir $\text{CO}_2$, iki $\text{H}_2\text{O}$. Atom sayıları iki yanda eşittir (1 C, 4 H, 4 O). Tepkime ısı verir: alkanlar bu yüzden yakıttır.

Işık $\text{Cl}_2$'yi böler. Bir Cl bir H'nin yerine geçer, öbür Cl o H ile HCl olur. Her basamakta bir $\text{Cl}_2$ harcanır, bir HCl ayrılır; dört basamakta $\text{CCl}_4$ oluşur. Alkanlar katılma değil, yer değiştirme yapar.

Alkanlar $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$, apolar ve tepkimeye isteksizdir: yanar ve ışıkta halojenle yer değiştirir. Uzun zincir yüksek, dallı izomer düşük kaynar. Bu dallı alkan izooktandır: benzinin oktan ölçeğinde $100$ kabul edilir, n-heptan $0$.