Les alcanes

Le cours

1. Introduction\n\nLes alcanes sont des hydrocarbures saturés acycliques (chaîne ouverte) de formule générale $C_nH_{2n+2}$. Ce sont les principaux constituants du pétrole brut, ressource naturelle exploitée en Côte d'Ivoire (champs offshore de la Baie de Sassandra).\n\n## 2. Structure des alcanes\n\nCaractéristiques :\n- Liaisons C-C simples (σ)\n- Liaisons C-H simples\n- Chaîne carbonée saturée (pas de doubles/triples liaisons)\n- Tétraédrie autour du carbone (angles ≈ 109,5°)\n\nExemple : Méthane CH₄\nStructure tétraédrique : 1 atome C au centre, 4 atomes H aux sommets.\n\nDescription du schéma 1: Modèle tétraédrique du méthane. Représenter l'atome de carbone central, les 4 atomes d'hydrogène aux sommets d'un tétraèdre. Indiquer les longueurs de liaison C-H (110 pm) et l'angle H-C-H (109,5°).\n\n## 3. Formule générale\n\nPour les alcanes à chaîne linéaire ou ramifiée (non cyclique) :\n$$C_nH_{2n+2}$$\n\nAvec n = nombre d'atomes de carbone.\n\nPremiers termes :\n- n=1 : méthane CH₄\n- n=2 : éthane C₂H₆\n- n=3 : propane C₃H₈\n- n=4 : butane C₄H₁₀\n- n=5 : pentane C₅H₁₂\n- etc.\n\n## 4. Nomenclature des alcanes\n\nRègles IUPAC :\n1. Chaîne principale : la plus longue chaîne carbonée continue.\n2. Numérotation : pour donner les indices les plus faibles aux substituants.\n3. Nom : préfixe (position-substituant) + nom de la chaîne principale en -ane.\n\nSubstituants (groupes alkyles) : R- dérivé de l'alcane (ex : CH₃- = méthyl, C₂H₅- = éthyl).\n\nExemples :\n- CH₃-CH₂-CH₃ : propane\n- CH₃-CH(CH₃)-CH₃ : 2-méthylpropane (isobutane)\n\nDescription du schéma 2: Formules développées du butane et du 2-méthylpropane (isobutane). Montrer les deux isomères avec atomes de carbone numérotés. Indiquer la chaîne principale pour chaque.\n\n## 5. Isomérie de chaîne\n\nÀ partir de n=4, plusieurs structures sont possibles pour une même formule brute : ce sont des isomères.\n\nButane C₄H₁₀ : 2 isomères\n- Butane (linéaire)\n- 2-méthylpropane (ramifié)\n\n## 6. Propriétés chimiques : Combustion\n\nRéaction exothermique avec le dioxygène :\n\nCombustion complète (excès de O₂) :\n$$C_nH_{2n+2} + \\frac{3n+1}{2} O₂ \\rightarrow n CO₂ + (n+1) H₂O$$\n\nExemple pour le butane :\n$$2 C₄H₁₀ + 13 O₂ \\rightarrow 8 CO₂ + 10 H₂O$$\n\nCombustion incomplète (déficit de O₂) : formation de CO et/ou C (suie).\n\n## 7. Propriétés chimiques : Substitution (halogénation)\n\nSous l'action de la lumière (UV) ou à haute température, un atome d'hydrogène peut être remplacé par un halogène (Cl, Br).\n\nChloration du méthane :\n$$CH₄ + Cl₂ \\xrightarrow{h\\nu} CH₃Cl + HCl$$\nPuis substitution successive possible : CH₂Cl₂, CHCl₃, CCl₄.\n\nDescription du schéma 3: Schéma réactionnel de la chloration du méthane. Montrer la molécule de CH₄, une flèche avec hν (lumière), et les produits CH₃Cl + HCl. Représenter les molécules avec modèles boules-bâtonnets.\n\n## 8. Importance des alcanes en Côte d'Ivoire\n\n1. Carburants : Essence (C₅-C₁₀), gazole (C₁₂-C₂₀), kérosène (C₁₀-C₁₆).\n\n2. Combustibles : Gaz de pétrole liquéfié (GPL : propane, butane) pour la cuisson.\n\n3. Pétrochimie : Matières premières pour plastiques, solvants, médicaments.\n\n4. Exportation : Le pétrole brut et les produits raffinés contribuent à l'économie nationale.\n\n## 9. Impact environnemental\n\n- CO₂ : Gaz à effet de serre issu de la combustion.\n- CO : Toxique, produit lors de combustions incomplètes (moteurs mal réglés).\n- Particules : Suies cancérigènes.\n- Déversements : Pollution des sols et des eaux (nappes, lagune Ébrié).\n\nSolutions : Catalyseurs d'échappement, meilleure efficacité des moteurs, développement des énergies renouvelables.