4.2. Жидкие алканы

Как было уже отмечено ранее, к жидким алканам относятся углеводороды С₅ – С₁₅. Среди них углеводороды С₅ – С₉ встречаются главным образом в бензиновых фракциях, а С₁₀ – С₁₅ – в керосино-газойлевых фракциях.

В бензиновых фракциях выявлено наличие всех пяти возможных изомеров пентана и гексана, семи из девяти возможных изомеров гептана; 16 из 18 изомеров октана и 24 из 35 возможных изомеров нонана. Количество сильно разветвленных изомеров незначительно.

Химический состав средних дистиллятов исследован значительно хуже. Во фракциях 180 – 350 ^оС Ромашкинской и Арланской нефтей выявлены все возможные н-алканы от С₁₁ до С₂₀ (эйкозан) включительно. Анализ 77 образцов нефтей различных месторождений позволил установить присут­ствие в них десяти изомеров декана.

В Сургутской нефти определены семь из 13 возможных изомерных диметилдеканов, причем на изомер 3,7-диметилгексан изопреноидного типа приходится почти 25 % всех возможных диметилдеканов.

К изопреноидным углеводородам относят такие углеводороды, в кото­рых метильные заместители располагаются регулярно через три мети­лено­вые группы – СН₂ – : 2,6-диметилалканы С₅ – С₁₃; 7-диметилалканы С₁₁-С₁₄; 2,6,10-триметилалканы С₁₄–С₁₈; 3,7,11-триметилалкан С₁₈; 2,6,10,14-тетра­метилалканы С₁₉ – С₂₅ и т. д. Содержание изопреноидов составляет 3 – 4 % на нефть, а иногда и более.

Среди изопреноидов, обнаруженных в парафинистых нефтях, преоб­ладают фитан (С₂₀) и пристан (С₁₉). Их образование связывают с наличием в растениях, из которых образуется нефть, фитола. Для сравнения ниже приведены формулы фитола хлорофилла растений и пристана

СН₃ +2Н₂

СН – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – С = СН – СН₂ОН

СН₃ – Н₂О

СН₃ СН₃ СН₃

фитол хлорофилла

СН₃

СН – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – СН – СН₃

СН₃

СН₃ СН₃ СН₃

пристан (2,6,10,14-тетраметилпентадекан)

Пристан встречается в «готовом» виде в организмах некоторых животных.

4.3. Твердые алканы

К твердым алканам относятся углеводороды от С₁₆ и выше. Они являются основными компонентами парафинов и церезинов.

При одинаковой температуре плавления церезины превосходят парафи­ны по молекулярной массе, плотности и вязкости. Церезины активно взаимодействуют с серной и хлорсульфоновой кислотами, а парафины практически не взаимодействуют с ними. С помощью нитрования показано, что в церезинах содержится значительно больше изоалканов, чем в пара­финах.

Нефтяные парафины – это смесь, состоящая преимущественно из алканов нормального строения, а церезины в основном состоят из нафте­новых углеводородов с длинными алкановыми заместителями.

Плотность парафинов в зависимости от месторождения нефти равна 865–940 кг/м³. Они довольно хорошо растворимы в сероуглероде и в легком бензине (до 12 % в каждом).

4.4. Физические свойства алканов

Атомы углерода в алканах связаны между собой простыми связями в незамкнутые линейные или зигзагообразные разветвленные цепи, лежащие в одной плоскости. Длина связи С – С составляет 0,154 нм, а С – Н – 0,109 нм. Угол между связями С – С – С в газовом состоянии равен 109,28^о. В кристалллических структурах этот угол выше на 2^о или несколько более. Кри­сталлическая структура н-алкана тетраэдрическая. В центре тетраэдра находится атом углерода, валентные связи которого направлены к вершинам тетраэдра.

На температуру плавления кристаллов твердых алканов влияет гео­метрия упаковки молекул в решетке кристалла. Чем симметричнее молекула, тем легче и прочнее ее упаковка в кристалле и тем выше температура плавления.

Алканы почти нерастворимы в воде и сами ее не растворяют. Алканы растворяют галогены, некоторые соли, например BF₃, NiCl₂, некоторые кристаллические модификации серы, фосфора. В свою очередь, алканы хо­ро­шо растворимы в углеводородах, простых и сложных эфирах. Зна­чительно хуже алканы растворяются в этаноле, пиридине, алифатических аминах. Они мало растворимы в метаноле, ацетоне, фурфуроле, феноле, анилине и нитро­бензоле. Как правило, растворимость алканов падает с увеличением поляр­ных заместителей в растворителе и возрастает с увеличением длины угле­род­ной цепи алкана.