الخواص الفيزيائية
- الألكانات لا تذوب في الماء.
- كثافة الألكانات أقل من الماء.
- تزيد نقطة الانصهار والغليان للألكانات بصفة عامة بزيادة الوزن الجزيئي وأيضا بزيادة طول سلسلة الكربون الرئيسية.
- في الظروف القياسية فإن الألكانات من CH4 إلى C4H10 تكون في الحالة الغازية, ومن C5H12 إلى C17H36 تكون في الحالة السائلة, وبعد C18H38 تكون في الحالة الصلبة.
الخواص الكيميائية
- الألكانات نشاطيتها منخفضة لأن الروابط الاحادية بين C-C, و C-H ومن نوع سيجما التي تكون ثابتة نسبيا, وصعبة التكسير وغير قطبية. ولا تتفاعل الألكانات مع الأحماض, الألكيلات, الفلزات, العوامل المؤكسدة. ومن العجيب أن النفط (أوكتان) لا يتفاعل مع حمض الكبريتيك المركز, فلز الصوديوم, منجنيز البوتاسيوم. وهذا الخمول هو أصل كلمة "برافينات" (الأصل اللاتيني "بارا"+"أفين", يعنى هنا لا يوجد انجذاب).
التفاعلات
التكسير
التكسير هو تكسر الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر. ويمكن أن يتم هذا إما بالحرارة أو باستخدام عامل حفاز. يتبع عملية التكسير الحراري آلية تماثل, أي انه, تتكسر الروابط بتماثل وتنتج أزواج من الجذور الحرة (Free Radiacl). ويتضمن التكسير الحفزى تواجد حمض حفاز (غالبا ما يكون حمض صلب مثل سيليكا-ألومينا وزيولايت) وهذا يؤدى لتكسير غير متماثل للروابط مما ينتج أزواج من الأيونات بشحنات متضادة, غالبا كاتيون كربوني أو شرجبة كربونية، وأنيون الهيدريد (شرسبة الهيدريد الغير ثابت. الشق الحر لذرات الكربون المتمركزة والكاتيونات ثابتهم ضعيف للغاية, وبالتالى يحدث إعادة ترتيب للسلسلة, يحدث انقسام C-C في الموضع بيتا (تكسر) وينتقل الهيدروجين داخل الجزيئات, وبين الجزيئات أو انتقال هيدريد. وفى كل من العمليتين, فإن المتفاعلات الوسيطة (شق, أيونات) تتجدد باستمرار, أي أنه يكون لها نظام تجدد ذاتي. وتنتهى سلسلة التفاعل في آخر الأمر بإتحاد شق أو أيون.
مثال للتكسير ف ىالبيوتان CH3-CH2-CH2-CH3
- الاحتمال الأول)48 %) أن يحدث التكسر عند CH3-CH2 bond.
CH3* / *CH2-CH2-CH3
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان وألكين.
CH4 + CH2=CH-CH3
- الاحتمال الثاني (38 %) أن يحدث التكسير عند CH2-CH2 bond.
CH3-CH2* / *CH2-CH3
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان وألكين من عدة أنواع : CH3-CH3 + CH2=CH2
- الاحتمال الثالث (14 %) تكسر الرابطة C-H
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكين وغاز هيدروكربوني: CH2=CH-CH2-CH3 + H2
تفاعلات الهلجنة
R + X2 ? RX + HX
الخطوات الآتية تمثل عملية كلورة الميثان. وهو تفاعل تفاعل طارد للحرارة بشدة, وقد يؤدى إلى انفجار.
1. خطوة البداية: فصل جزيء الكلور لتكوين ذرتين كلور. وكل ذرة كلور لديها 2 إلكترون حر تتصرف كشق حر.
Cl2 ? Cl* / *Cl
يتك إمداد التفاعل بالطاقة عن طريق UV
2. الانتشار (خطوتين): تسحب ذرة هيدروجين من الميثان ثم يقوم الميثيل بسحب ذرة كلور من Cl2.
CH4 + Cl* ? CH3* + HCl
CH3* + Cl2 ? CH3Cl + Cl*
وهذا ينتج المركب المطلوب بالإضافة إلى جذر كلور آخر. ويقوم هذا الجذر بخطة انتشار أخرى ويسبب استمرار تسلسل التفاعل. وفى حالة وجود زيادة في الكلور, فإنه من الممكن تكون نواتج أخرى مثل CH2Cl2.
3. خطوة الانتهاء: إعادة اتحاد جذرين حرين من الكلور.
- Cl* + Cl* ? Cl2, أو
- CH3* + Cl* ? CH3Cl, أو
- CH3* + CH3* ? C2H6.
الاحتمال الأخير لخطوة الانتهاء يؤدى إلى عدم نقاء الخليط الناتج, ومن الواضح في هذا التفاعل أنه نوتجه لها سلسلة كربونية أكبر من المتفاعلات.
الاحتراق
R + O2 ? CO2 + H2O + H2
الاحتراق تفاعل طارد للحرارة بشدة. وفى حالة عدم كفاية الأكسجين O2, فسيؤدى هذا لتكون غاز أول أكسيد كربون (CO) السام. المثال الآتى للميثان:
CH4 + 2 O2 ? CO2 + 2 H2O
عند عدم توفر الأكسجين O2:
2CH4 + 3 O2 ? 2 CO + 4 H2O
وفى حالة أن الأكسجين O2 أقل:
CH4 + O2 ? C + 2 H2O