3.14: Yanma Enerjisi: Alkanlar ve Sikloalkanlarda Kararlılığın Bir Ölçüsü

Alkanlardaki düşük reaktivite, C–C ve C–H σ bağlarının polar olmayan doğasına atfedilebilir. Bu nedenle alkanlar başlangıçta "parafinler" olarak Latince kelimelerden türetildi: "çok az" anlamına gelen parum ve "afinite" anlamına gelen affinis.

Alkanlar, aşırı oksijen ve yüksek sıcaklık koşullarında yanarak karbondioksit ve su verirler. Yanma reaksiyonu, doğalgaz, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG), akaryakıt, benzin, dizel yakıt ve havacılık yakıtındaki enerji kaynağıdır. Yanma ısısı (-ΔH°) adı verilen yanma sırasında açığa çıkan enerji, alkanlar ve sikloalkanlardaki göreceli stabilitelerin tahmin edilmesine yardımcı olur.

Düz zincirli alkanlar için yanma ısısı, CH₂ grubunun art arda eklenmesiyle kademeli olarak artar. Bununla birlikte, daha yüksek alkanlarda, yanma ısısı artan dallanma ile birlikte azalır; bu da dallanmış izomerlerin düz zincirli (doğrusal) alkanlara kıyasla daha düşük potansiyel enerjiye ve daha yüksek stabiliteye sahip olduğunu gösterir.

Sikloalkanlarda göreceli stabilite, açısal, burulma ve sterik gerilimlerin birleşik sonucu olan gerilim enerjisine bağlıdır. Gerilim enerjisi, gerçek ve öngörülen yanma ısıları arasındaki fark olarak belirlenir. Halka boyutunun bir fonksiyonu olarak gerilim enerjisi üzerine yapılan bir çalışma, en küçük sikloalkanın (C3), bağ açılarının aşırı sıkıştırılmasından dolayı maksimum gerilim sergilediğini ortaya koymaktadır. Halka boyutu arttıkça bağ açıları ideal değer olan 109°'ye yaklaşır ve sikloheksan (C6) gerilimsizdir. Daha yüksek sikloalkanlardaki (C7 ila C9) diğer türler, ideal olmayan bağ açılarından kaynaklanır.

Alkanlar, güçlü polar olmayan C-C ve C-H σ bağları nedeniyle düşük reaktivite sergiler.

Alkanların yüksek sıcaklık koşullarında fazla oksijende yanması, karbondioksit ve su verir.

Yanma reaksiyonları, ısı ve güç için enerji kaynaklarının temelini oluşturur.

Yanma sırasında açığa çıkan enerji - yanma ısısı olarak adlandırılır - alkanların ve sikloalkanların nispi stabilitelerini tahmin etmeye yardımcı olur.

Bir dizi düz zincirli alkan için, bir CH₂ grubunun sıralı ilavesi, yanma ısısını kademeli olarak ortalama 658.5 kJ ^mol-1 değerinde arttırır.

Şimdi, aynı mol ürün ve farklı deneysel yanma ısıları üretmek için yanmaya maruz kalan farklı oktan izomerlerini düşünün.

Düz zincirli izomer, en yüksek negatif yanma ısısına sahiptir. Salınan ısı miktarı dallanma ile marjinal olarak azalır, bu da artan dallanmanın potansiyel enerjiyi düşürdüğünü ve izomerin stabilitesini artırdığını düşündürür.

Birkaç CH₂ grubunun C-C bağları ile birbirine bağlandığı sikloalkanlarda, tahmin edilen yanma ısısı "bir CH₂ grubunun ortalama yanma enerjisinin n katı" dır.

Gerilmiş sikloalkanlar için, gerçek yanma ısısı tahmin edilen değerlerden biraz daha yüksektir. Gerçek ve tahmin edilen değer arasındaki fark, gerinim enerjisini verir.

Halka boyutunun bir fonksiyonu olarak gerinim enerjisinin bir grafiği, siklopropanın bağ açılarının 109.5° ila 60° arasında aşırı sıkıştırılması nedeniyle maksimum gerilmeye sahip olduğunu gösterir.

Siklobütan ve ardından siklopentan için enerjideki bir azalma, azalmış genel suşlarına göredir, sikloheksan ise neredeyse suş içermez.

C7 ila C9 sikloalkanlardaki orta gerinim enerjileri, esas olarak, konformasyonlarındaki ideal olmayan bağ açılarından kaynaklanan burulma ve sterik gerinimlerden kaynaklanır.