Hiđrocacbon là gì? Tổng hợp kiến thức về hiđrocacbon

Chu Văn An

Hydrocarbon là những hợp chất hữu cơ quan trọng tạo nên các chất trong thực phẩm, sinh vật và con người. Vậy hydrocarbon là gì? Có bao nhiêu loại hiđrocacbon và đặc điểm của chúng là gì?… Hãy cùng Trường Chu Văn An giải đáp những câu hỏi này trong bài viết dưới đây.

I. Hydrocarbon là gì?

1. Định nghĩa

Hydrocarbon theo định nghĩa là một loại hợp chất hữu cơ chỉ bao gồm carbon (C) và hydro (H). Chúng có thể được liên kết với nhau bằng liên kết đơn, đôi hoặc ba.

2. Phân loại hydrocarbon

Dựa vào liên kết giữa nguyên tử C và H, hiđrocacbon thường được chia làm 3 loại như sau:

• Hydrocarbon bão hòa: trong phân tử chỉ có liên kết đơn, gồm hai nhóm chính là ankan và xycloalkan.
• Hydrocacbon không bão hòa: Trong phân tử có liên kết đôi hoặc liên kết ba, gồm 3 nhóm chính là anken (chứa 1 liên kết đôi), alkadien (chứa 2 liên kết đôi) và alkynes (chứa 1 liên kết ba).
• Hydrocacbon thơm: Các nguyên tử C khép kín tạo thành vòng.

Hợp chất hydrocarbon là gì?

II. Tìm hiểu về hiđrocacbon bão hòa

Hãy cùng tìm hiểu thêm về các loại Hydrocarbon khác nhau. Dưới đây là những tính năng nổi bật của hydrocarbon bão hòa.

1. Tìm hiểu về Ankan

Ankan là hydrocacbon không tuần hoàn, mỗi phân tử chứa số nguyên tử hydro tối đa và không chứa liên kết đôi. Ankan còn được gọi là parafin.

– Công thức tổng quát: ???2?+2(? ≥1)

– Tên:

• Tên thay thế: Mã địa điểm chi nhánh + tên chi nhánh + mạch nhánh chính + an
• Tên thường gọi: Nếu chỉ có một nhánh CH3 ở nguyên tử C 2 thì thêm tiền tố iso. Nếu có 2 nhánh CH3 tại C số 2 thì thêm neo tiền tố.

– Tính chất vật lý của Ankan

• Ở nhiệt độ thường, ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí; từ C5 đến C10 ở trạng thái lỏng; từ khoảng C10 trở lên ở trạng thái rắn.
• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và mật độ của ankan thường tăng theo số lượng nguyên tử C trong phân tử, nghĩa là theo khối lượng phân tử. Ankan nhẹ hơn nước.
• Ankan không tan trong nước và là chất không màu.

Một số hợp chất của ankan

– Tính chất hóa học của Ankan

• Phản ứng thay thế bằng halogen:

Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan. Lưu ý: Sản phẩm thay thế được ưu tiên bằng H có giá trị C cao hơn.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

• Phản ứng tách.

Tách H2 (để hydro hóa)

Phản ứng Cracking (phá vỡ chuỗi carbon)

• Phản ứng oxy hóa hoàn toàn (phản ứng đốt cháy): CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 → n CO2 + (n+1)H2O

– Chuẩn bị ankan

Tùy theo các điều kiện khác nhau, ankan được điều chế theo nhiều cách khác nhau như:

• Phòng thí nghiệm: CnH2n +H2 (Pt, Ni hoặc Pd), nhiệt độ —> CnH2n+2
• Về mặt công nghiệp, khí mê-tan và các chất tương tự của nó được tách ra khỏi khí tự nhiên và dầu mỏ.

– Chú ý:

• Phân biệt isoalkane với isoankyl và neoalkane với neoankyl.
• Isooctan là 2,2,4 – trimethylpentane.

– Ứng dụng: Hydrocacon có hàm lượng C1 đến C20 dùng làm nhiên liệu và điều chế môi chất lạnh. Nhờ tác dụng của nhiệt và các phản ứng oxi hóa không hoàn toàn sẽ hình thành HCHO, rượu metylic, axit axetic, v.v. Ngoài ra, nhiều ankan còn được dùng làm dung môi hữu cơ và chất bôi trơn máy móc.

2. Tìm hiểu về Cycloankan

– Định nghĩa: Xycloalkan là hydrocacbon mạch vòng, chỉ chứa các liên kết đơn trong phân tử.

– Công thức tổng quát: ???2?(? ≥3).

Tên Cycloalkane: Tên = số vị trí chi nhánh + tên chi nhánh + xích lô + tên chuỗi chính + an

– Tính chất hóa học:

• Phản ứng thay thế: Khi được chiếu sáng hoặc đun nóng, nguyên tử hydro được thay thế bằng nguyên tử halogen.

Phản ứng thay thế của Cycloalkanes

• Phản ứng cháy:

Phương trình tổng quát: ???2?+(3?/2)?2→???2+??2?⇒???2+??2?

• Phản ứng cộng

Ngoài phản ứng trên, Cyclopropan và Cyclobutane còn có phản ứng cộng mở vòng. Riêng Cyclopropan cũng phản ứng với brom hoặc axit:

Phản ứng cộng mở vòng của xycloalkan

– Điều chế xycloalkan:

Cycloalkane được điều chế bằng cách chưng cất phân đoạn dầu mỏ và khí tự nhiên.

Ngoài ra, nó còn có thể được điều chế bằng H2, đóng vòng ankan.

III. Tổng quan về hydrocarbon không bão hòa

Hydrocacbon không bão hòa theo định nghĩa là những hydrocacbon có chứa ít nhất một liên kết đôi trở lên trong cấu trúc phân tử của chúng, tuy nhiên phân tử không được có chuỗi vòng như hydrocacbon thơm mà chỉ có dạng chuỗi thẳng hoặc phân nhánh.

1. Phân loại hydrocacbon chưa bão hòa

Hydrocarbon không bão hòa được phân thành 3 nhóm chính dưới đây:

• Anken: CnH2n với n ≥2.
• Alkadiene: CnH2n-2 có n ≥3, trong phân tử có 2 liên kết đôi.
• Alkynes: CnH2n-2 có n ≥2, phân tử có một liên kết ba.
• Dạng hỗn hợp của ba dạng trên.

Ngoài ra, một số hydrocacbon không bão hòa có chứa liên kết đôi, chúng còn được chia thành các đồng phân cis-trans (đồng phân hình học) do các nhóm này khác nhau ở mỗi bên của liên kết đôi. Đó là lý do tại sao khi quay quanh mặt phẳng chứa liên kết đôi, nó có hình dạng khác nhau.

Đồng phân hình học của but-2-ene

2. Tính chất hóa học của hydrocacbon không bão hòa

Các phản ứng điển hình của hydrocacbon không bão hòa bao gồm:

• Phản ứng với hydro tạo ra hydrocacbon bão hòa (nếu hydro hóa hoàn toàn):

H2+C3H6→C3H8

2H2+C3H4→C3H8

• Phản ứng oxy hóa bao gồm phản ứng đốt cháy, aldehyd, rượu hóa,…

• Phản ứng với hydro clorua tạo ra các dẫn xuất halogen như:

HCl+C3H6→C3H7Cl

CH≡CH+HCl→CH2=CHCl

• Phản ứng cháy của anken: CnH2n+(3n2)O2→nCO2+nH2O

• Phản ứng cháy của alkadien và alkyn: CnH2n-2+((3n-1)/2)O2→nCO2+(n-1)H2O

IV. Tổng quan về Hydrocacbon thơm

Hydrocacbon thơm là hydrocacbon có phân tử bao gồm các nguyên tử cacbon kín.

1. Phân loại hydrocarbon thơm

Chúng bao gồm:

• Benzen và các chất đồng đẳng của nó: Benzen C6H6 và các hydrocacbon thơm khác như C6H6, C8H10… Chúng tạo thành dãy đồng đẳng có công thức phân tử tổng quát ???2?−6 (? ≥6).
• Hydrocacbon thơm có nhiều hạt nhân: Cấu trúc phức tạp hơn, trong phân tử có nhiều vòng benzen.
• Hợp chất thơm không chứa vòng benzen: Chứa các vòng không phải benzen.

2. Tính chất hóa học của hydrocacbon thơm

Phản ứng điển hình của hydrocacbon thơm:

• Phản ứng thế nguyên tử H của vòng Benzen.

Phản ứng của benzen với halogen

Benzen phản ứng với axit nitric

• Phản ứng cộng:
• Phản ứng oxy hóa không hoàn toàn:

Phản ứng của Toluen với KMnO4

• Phản ứng đốt cháy: ???2?−6+(3?−32)?2→???2+(?−3)?2?

Hydrocacbon thơm, đặc biệt là Benzen và toluene, là những nguyên liệu thô rất quan trọng được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa chất. Việc sản xuất benzen và toluene hiện nay chủ yếu từ nhựa và than đá hoặc từ các sản phẩm khử hydro có vòng hexan và heptan tương ứng.

Trên đây là những thông tin cơ bản về Hydrocarbon. Nếu có thắc mắc, bạn có thể liên hệ với chúng tôi tại thanh chat cuối màn hình hoặc tham khảo thêm các bài viết trên vietchem.com.vn.