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Dans lesquelles des phases suivantes les alcanes peuvent-ils exister à la température ambiante ? (A) solide et liquide, (B) solide, liquide et gazeuse, (C) solide et gazeuse, (D) gazeuse, (E) liquide et gazeuse.
Dans le cadre de cette question, nous devons identifier tous les états physiques possibles des alcanes à la température ambiante. Tout d’abord, les alcanes sont des hydrocarbures saturés contenant uniquement des liaisons simples entre leurs atomes de carbone. Le méthane est l'alcane le plus petit et sa formule chimique est CH4. Le décane est un alcane beaucoup plus gros et sa formule chimique est C10H22. Ces deux molécules sont des alcanes, car elles contiennent seulement des liaisons simples entre leurs atomes de carbone.
Une relation importante qui peut nous aider à répondre à cette question stipule que les alcanes avec des chaînes carbonées plus longues ont tendance à avoir des points de fusion et d’ébullition plus élevés que les alcanes avec des chaînes carbonées plus courtes. Les points de fusion et d’ébullition du méthane sont bien inférieurs à la température ambiante. Par conséquent, le méthane est un gaz à la température ambiante. Nous pouvons constater que le décane a des points de fusion et d’ébullition significativement plus élevés que le méthane. Étant donné que son point de fusion est inférieur et que son point d’ébullition est supérieur à la température ambiante, le décane est liquide à la température ambiante.
Les molécules d’alcanes avec une chaîne carbonée plus longue ont tendance à avoir des points de fusion et d’ébullition plus élevés, car les forces de dispersion entre leurs molécules sont plus fortes. En effet, plus la chaîne carbonée est longue, plus la surface de contact entre les molécules est grande.
Complétons le tableau suivant pour les alcanes à chaîne droite. Si l’alcane à chaîne droite contient entre un et quatre atomes de carbone, il sera gazeux à la température ambiante. En effet, ces alcanes ont les forces de dispersion les plus faibles entre leurs molécules, et très peu d’énergie thermique est nécessaire pour perturber ces forces et modifier leur état physique. Les alcanes à chaîne droite contenant entre cinq et 16 atomes de carbone sont liquides à la température ambiante, étant donné que les forces de dispersion entre leurs molécules sont plus fortes. Enfin, si un alcane à chaîne linéaire contient 17 atomes de carbone ou plus, il sera solide à la température ambiante. Ces alcanes ont les forces de dispersion les plus fortes, et une grande quantité d’énergie thermique est nécessaire pour perturber leurs forces de dispersion et passer à une autre phase.
Alors, dans lesquelles des phases suivantes les alcanes peuvent-ils exister à la température ambiante ? La réponse est solide, liquide et gazeuse, soit le choix de réponse (B).
