Hydrocarbon

Hydrocarbon là các hợp chất hữu cơ mà phân tử chỉ gồm carbon và hydro. Chúng lại được chia thành hydrocarbon no, hydrocarbon không no, cycloalkan và hydrocarbon thơm.

Hydrocarbon no

Hydrocarbon no là các Hydrocarbon mà các nguyên tử Carbon trong phân tử của nó liên kết với nhau bằng liên kết đơn. Còn những hóa trị còn lại được bão hòa bởi các nguyên tử hydrogen. Hydrocarbon no bao gồm hai loại: loại thứ nhất là alkan (hay còn gọi là paraffin) có công thức tổng quát là C_nH_2n+2 (n≥1) và loại thứ hai là cycloalkan với công thức tổng quát C_nH_2n (n≥3).

Alkan

• Alkan là tên gọi theo danh pháp quốc tế các hợp chất hữu cơ.
• Paraffin là tên gọi xuất phát từ tiếng Latinh parum (nghĩa là 'ít') và affinitas (nghĩa là 'ái lực') vì chúng ít có khả năng phản ứng với các chất khác.

Các đồng đẳng của methane có công thức tổng quát CH₄(CH₂)_n; ví dụ C₂H₆ (ethane), C₃H₈ (propane), C₄H₁₀ (butane),...

Tính chất vật lý

Ở điều kiện thông thường

-Từ 1C đến 4C: thể khí mới

-Từ 5C-10C: thể lỏng.

-Từ 10C trở lên: thể rắn hơn.

• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng theo phân tử khối (tức càng nhiều C sẽ có nhiệt độ sôi và nóng chảy cao hơn).
• Khi số nguyên tử carbon tăng thì phân tử khối tăng nên nhiệt độ sôi cũng tăng. Mạch carbon càng phân nhánh thì bề mặt tiếp xúc càng giảm dẫn đến lực hút giữa các phân tử giảm, do đó nhiệt độ sôi cũng giảm do làm gia tăng cấu trúc cầu.
• Do không có liên kết hydrogen với nước nên tất cả Hydrocarbon no đều không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

Tính chất hóa học đã thay đổi

• Phản ứng cháy: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Tổng quát: C_nH_2n+2 + (3n+1)/2 O₂ → n CO₂ + (n+1)H₂O

• Phản ứng thế halogen:

CH₄ + Cl

₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

• Phản ứng nhiệt phân: tùy theo điều kiện mà có sản phẩm khác nhau
• Ngoài các tính chất trên, các hợp chất trong dãy alkane cũng có phản ứng cracking

Phương pháp sản xuất

• Hydro hóa alcohol hoặc alkyn:

C_nH_2n +H₂ (Pt, Ni hoặc Pd), nhiệt độ ---> C_nH_2n+2

Ví dụ: C₂H₄ + H₂ ---> C₂H₆

Hydrocacbon no

Hydrocacbon không no là các hydrocacbon có các liên kết đôi hoặc liên kết ba giữa các nguyên tử carbon. Tùy thuộc vào loại liên kết bội mà hydrocacbon không no được chia thành các loại sau:

• Alken: chứa 1 liên kết đôi
• Alkadien: chứa 2 liên kết đôi
• Alkyn: chứa 1 liên kết ba

Danh sách một số hydrocacbon không no

• CH₂=CH₂ (Etylen)
• C₃H₆ (Propylen)
• C₄H₈ (Buten)
• CH₂=CH-CH=CH₂ (Butadien)
• CH≡CH (Acetylen)

Đặc tính vật lý

• Chất khí từ 1 → 4°C: không màu, không mùi.
• Chất lỏng từ 5 → 17°C.
• Từ 18°C trở lên: chất rắn.

Tính chất hóa học

Ở điều kiện bình thường, các hydrocarbon phản ứng với halogen dưới ánh sáng và nhiệt độ. Phản ứng tuân theo quy tắc Markovnikov, trong đó hydro bậc cao hơn dễ bị thế hơn.

1. Phản ứng oxy hóa hoàn toàn:

C_nH_2n + O₂ ==>n CO₂ + n H₂O

C_nH_2n-2 + O₂ ==>n CO₂ + (n-1) H₂O

phản ứng trên còn được gọi là phản ứng cháy (oxy hóa hoàn toàn);

1. Phản ứng oxy hóa không hoàn toàn:

C_nH_2n+2 ==>C_nH_2n + H₂

Phản ứng trên còn được gọi là phản ứng tách hydro hay phản ứng dehydro hóa.

Phương pháp điều chế

a) Sử dụng dầu mỏ (cùng với khí tự nhiên) thông qua phương pháp cracking và chưng cất phân đoạn.

b) Phương pháp gia tăng mạch cacbon

C₂H₅OH ---> C₂H₄ + H₂O

C₂H₆ ---> C₂H₄ +H₂

C₂H₂ -(nhị hợp)--> C₄H₄

C2H2-(hợp thành)-->C6H6 (điều kiện)

C₄H₄ -(Thêm Hydro)---> C₄H₈

Xicloparafin

Xicloparafin là các hydrocarbon có phân tử của nó gồm mạch carbon kết thành vòng.

Xicloparafin còn được gọi là polymethylene với công thức chung là C_nH_2n.

Hydrocarbon thơm

Hydrocarbon thơm là các hydrocarbon có phân tử của chúng chứa nhân benzen - C₆H₆. Một số hydrocarbon thơm khác có cấu trúc phức tạp hơn với một số nhân benzen được kết hợp như naphtalen-C₁₀H₈, antracen-C₁₄H₁₀

Một số chất thuộc nhóm Hydrocarbon thơm

• Benzen
• Toluên
• Naphtalen
• Antracen
• Xylen
• Etilbenzen
• Stiren