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Quelles sont les particularités des gaz tels que le méthane ?

Par le 22/05/2007 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Les Alcanes
Table des matières

Présentation

Les alcanes sont des hydrocarbures saturés. C’est-à-dire qu’ils ne sont constitués que d’atomes de carbone (C) et d’hydrogène (H). Les alcanes se différencient des hydrocarbures insaturés par le fait que les atomes ne sont liés que par des liaisons simples, ce qui donne un nombre maximal d’atomes d’hydrogène (d’où le nom de « saturé »). Ils possèdent donc une formule brute de la forme CnH2n+2n est un entier naturel.

Nomenclature

Les premiers sont :

  • Le méthane CH4
  • L’éthane C2H6
  • Le propane C3H8
  • Le butane C4H10
  • Le pentane C5H12
  • L’hexane C6H14
  • L’heptane C7H16
  • L’octane C8H18
  • Le nonane C9H20
  • Le décane C10H22

Réactions chimiques des alcanes

Les alcanes existent en grande quantité sous forme de gisements naturels de gaz ou de pétrole. L’origine de ces gisements est attribuée à la fermentation de la cellulose des végétaux des temps préhistoriques.

Le gaz naturel est essentiellement constitué de méthane et les pétroles contiennent un mélange d’hydrocarbures (dont des alcanes allant de C1H4 à C40H82).

Le méthane, l’éthane, le propane et le butane sont des gaz à température ambiante.

À partir de C5, on rencontre des liquides et à partir de C17 des solides.

Les alcanes liquides ou solides ont une densité assez faible (environ 0,7). Comme tous les hydrocarbures, ils sont insolubles dans l’eau ; par contre, ils sont miscibles avec la plupart des liquides organiques et sont eux-mêmes des solvants pour de nombreux composés organiques.

D’une façon générale, les alcanes sont assez peu réactifs, autrement dit stables. Ceci s’explique par le fait que les liaisons C-C et C-H sont assez fortes :

C-C = 82,6 kcal/mol
C-H = 100 kcal/mol
(1 cal = 4,18 J)

Les alcanes peuvent réagir dans plusieurs réactions :

  • Réaction de combustion : on brise la liaison C-C (le squelette de la molécule). Il en existe deux types :
    • la complète qui produit du dioxyde de carbone et de l’eau
    • l’incomplète qui produit du carbone (solide) et de l’eau
  • Réaction de substitution : on brise la liaison C-H (on substitue H par un autre élément)
  • Exemple: chloration du méthane
    (formation de monochlorométhane et de chlorure d’hydrogène gazeux)
    (formation de dichlorométhane et de chlorure d’hydrogène gazeux)
    (formation de trichlorométhane (chloroforme) et de chlorure d’hydrogène gazeux)
    (formation de tetrachlorométhane et de chlorure d’hydrogène gazeux)
  • Réaction de déshydrogénisation: on créé une double liaison entre 2 carbones ( C=C ) de la chaînes en brisant la liaison de 2 H. Le produit resultant est un alcène.

La réaction de combustion des alcanes n’a pas un grand intérêt au niveau chimique car la molécule est complètement détruite. Par contre cette combustion a un grand intérêt pratique puisque les alcanes peuvent être utilisés comme carburant ou combustible du fait que cette réaction est très exothermique (libération de chaleur).

Formule développée de l’éthane:

En formule semi-développée : CH3 − CH3

Les différents alcanes alkyle
butane, 4 atomes de carbone :

  1. le méthylpropane
  • Isomères du pentane, 5 atomes de carbone :
  1. le méthylbutane, également appelé 2-méthylbutane,isopentane ou 1,1,2-triméthyléthane
  2. le 2,2-diméthylpropane, aussi appelé tétraméthylméthane, 1,1,1-triméthyléthane ou néopentane
  • Isomères de l’hexane, 6 atomes de carbone :
  1. le 2-méthylpentane
  2. le 3-méthylpentane
  3. le 2,2-diméthylbutane
  4. le 2,3-diméthylbutane
  • Isomères de l’heptane, 7 atomes de carbone :
  1. le 2-méthylhexane ou isoheptane
  2. le 3-méthylhexane ou 2-éthylpentane
  3. le 3-éthylpentane
  4. le 2,2-diméthylpentane
  5. le 3,3-diméthylpentane ou 2-éthyl-2-méthylbutane
  6. le 2,3-diméthylpentane
  7. le 2,4-diméthylpentane
  8. le 2,2,3-triméthylbutane ou triptane
  • Isomères de l’octane, 8 atomes de carbone :
  1. le 2-méthyleptane
  2. le 3-méthylheptane
  3. le 4-méthylheptane
  4. le 3-éthylhexane
  5. le 2,2-diméthylhexane
  6. le 3,3-diméthylhexane ou le 2-éthyl-2-méthylpentane
  7. le 2,3-diméthylhexane ou le 2-isopropylpentane
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