alcani e combustione mappa concettuale

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Gli alcani sono idrocarburi saturi con legami singoli carbonio-carbonio, di formula generale CnH2n+2. Questa mappa copre la loro struttura, la nomenclatura IUPAC, gli isomeri strutturali e le proprietà fisiche che variano con la lunghezza della catena. Il fulcro è la combustione: completa con ossigeno abbondante, che produce anidride carbonica e acqua, e incompleta, che genera monossido di carbonio o fuliggine, con esempi come metano, propano e ottano.

Dalla struttura alla nomenclatura
Gli alcani costituiscono la famiglia più semplice degli idrocarburi: contengono solo carbonio e idrogeno legati da legami singoli, per questo si dicono saturi. I primi quattro membri della serie hanno nomi storici: metano, etano, propano e butano; dal quinto in poi si usano prefissi numerici greci, come pentano ed esano. Per i composti ramificati le regole IUPAC richiedono di individuare la catena più lunga come composto di base, numerarla dall'estremo che dà ai sostituenti gli indici più bassi e citarli in ordine alfabetico. L'isobutano, ad esempio, si chiama correttamente 2-metilpropano.

Isomeri e proprietà fisiche
Con quattro atomi di carbonio compare il primo caso di isomeria strutturale: il n-butano a catena lineare e il 2-metilpropano ramificato condividono la formula C4H10 ma hanno scheletri diversi. Aumentando gli atomi di carbonio il numero di isomeri cresce rapidamente, e gli isomeri si distinguono per proprietà fisiche misurabili: le catene ramificate, essendo più compatte, presentano forze intermolecolari meno efficaci e quindi punti di ebollizione più bassi. Tutti gli alcani sono apolari e insolubili in acqua, ma solubili in solventi organici; lo stato fisico a temperatura ambiente passa dal gas al liquido e infine al solido al crescere della lunghezza della catena.

Combustione completa e incompleta
La combustione è la reazione tipica degli alcani. In presenza di ossigeno in eccesso la reazione è completa: il carbonio si trasforma interamente in anidride carbonica e l'idrogeno in acqua, con notevole sviluppo di calore. Il metano brucia secondo l'equazione CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. Quando l'ossigeno è insufficiente la combustione è incompleta: può formarsi monossido di carbonio, un gas inodore e velenoso che lega l'emoglobina, oppure fuliggine, carbonio libero visibile come fiamma gialla e luminosa. Per questo la regolarità della fiamma e la ventilazione degli apparecchi a gas sono questioni di sicurezza reale.

Combustibili ed equilibrio chimico
Gli alcani sono i componenti principali dei combustibili di uso quotidiano: il metano alimenta le caldaie domestiche e la rete di distribuzione italiana, propano e butano riempiono le bombole del GPL, mentre la benzina contiene idrocarburi come l'ottano con catene di otto atomi di carbonio. Il potere calorifico di un combustibile dipende dalla quantità di calore rilasciata per unità di massa nella combustione completa. Sul piano ambientale, la CO2 prodotta dalla combustione di combustibili fossili contribuisce all'effetto serra: si tratta di un rilascio di carbonio geologicamente immagazzinato, distinto dal ciclo biologico del carbonio.