Hidrocacbon là gì? Kiến thức cần biết về các loại hidrocacbon

Hydrocarbon là gì?

Hydrocarbon là gì?

Hydrocarbon là một loại hợp chất hữu cơ chỉ bao gồm carbon (C) và hydro (H). Chúng có thể được liên kết với nhau bằng 1, 2 hoặc 3 liên kết.

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

• Hydrocarbon bão hòa: Trong phân tử chỉ có 1 liên kết đơn, gồm 2 nhóm chính là ankan và xycloalkan.
• Hydrocarbon không bão hòa: Phân tử có liên kết đôi hoặc liên kết ba và được chia thành 3 nhóm chính: anken (có 1 liên kết đôi), alkadiene (có 2 liên kết đôi) và alkynes (có 1 liên kết ba). .
• Hydrocacbon thơm: Các nguyên tử C liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành vòng.

Chi tiết về các loại hydrocarbon

Hydrocacbon bão hòa

Hydrocacbon bão hòa là những hydrocacbon có nguyên tử C trong phân tử liên kết với nhau bằng liên kết đơn. Hóa trị còn lại sẽ được bão hòa với các nguyên tử hydro.

Hydrocacbon bão hòa gồm có hai loại: ankan (paraffin) và xycloalkane

Ankan

Ankan (alkan) là những hydrocacbon không tạo thành vòng và mỗi phân tử chứa số nguyên tử hydro tối đa và không chứa liên kết đôi. Công thức chung của ankan là CnH2n+2 (n ≥1).

– Tên:

• Tên thay thế của ankan: Số vị trí nhánh + tên nhánh + chuỗi nhánh chính + đuôi “an”
• Tên thường gọi: Nếu chỉ có một nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố “iso”, còn nếu có 2 nhánh CH3 ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố “neo”.

– Tính chất vật lý

• Ở nhiệt độ thường, các ankan từ C1 – C4 (như metan, etan, propan và butan) tồn tại ở trạng thái khí, từ C5 – C10 (như hexan, heptan, octan,…) tồn tại ở trạng thái lỏng và từ khoảng C10 trở lên là trạng thái rắn.
• Ankan có đặc tính cách điện tốt, ít tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ.
• Điểm sôi, điểm nóng chảy và mật độ của ankan thường tăng theo số lượng nguyên tử C trong phân tử (tăng theo khối lượng phân tử).

– Tính chất hóa học

Ankan là hợp chất hữu cơ bão hòa nên khá trơ với nhiều phản ứng hóa học. Tuy nhiên, nó có thể tham gia vào các phản ứng như phản ứng halogen hóa, phản ứng đốt cháy và phản ứng cắt.

• Phản ứng halogen hóa

Clo có thể thay thế tuần tự các nguyên tử hydro trong phân tử CH4, sản phẩm thay thế được ưu tiên là hydro ở nhiệt độ C cao hơn.

Cl2 + CH4 → CH3Cl + HCl

Cl2 + CH3Cl → CH2Cl2 + HCl

Cl2 + CH2Cl2 → CHCl3 + HCl

Cl2 + CHCl3 → CCl4 + HCl

• Phản ứng tách hydro để hydro hóa
• Phản ứng Cracking là phản ứng bẻ gãy chuỗi cacbon
• Phản ứng oxy hóa hoàn toàn

CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 → nCO2 + (n+1)H2O

Ví dụ: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

– Chuẩn bị ankan

Tùy theo điều kiện, ankan sẽ được điều chế theo những cách khác nhau như:

• Phòng thí nghiệm (với chất xúc tác Pt, Ni hoặc Pd và gia nhiệt): CnH2n +H2 → CnH2n+2
• Trong công nghiệp: Khí mê-tan và các chất tương tự của nó được tách ra khỏi khí tự nhiên và dầu mỏ thông qua quá trình tinh chế và cải cách. Chúng cũng có thể được tạo ra từ phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ khác như halogenua và rượu.

– Ứng dụng

Hydrocacon từ C1 – C20 được dùng làm nhiên liệu và điều chế môi chất lạnh. Dưới tác dụng của nhiệt và phản ứng oxy hóa không hoàn toàn sẽ hình thành các sản phẩm như HCHO, rượu metyl, axit axetic,…. Ngoài ra, nhiều ankan còn được dùng làm chất bôi trơn máy móc và dung môi hữu cơ.

Xycloalkan

Xycloalkan là hydrocacbon bão hòa tuần hoàn và phân tử chỉ chứa các liên kết đơn. Nó có công thức chung CnH2n (n ≥3).

– Tên

Tên của cycloalkane sẽ là: Số vị trí nhánh + tên nhánh + “cyclo” + tên chuỗi chính + kết thúc là “an”.

– Tính chất vật lý

• Xycloalkan nhẹ tồn tại ở dạng khí ở nhiệt độ và áp suất phòng
• Cycloalkan có trọng lượng phân tử cao hơn tồn tại ở dạng lỏng.
• Cycloalkan có trọng lượng phân tử rất lớn tồn tại ở dạng rắn.
• Cycloalkan không tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ.

– Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của xycloalkan tương tự như các ankan tuyến tính tương ứng của chúng nhưng có một số khác biệt do lực căng lập thể.

Ở nhiệt độ cao > 500°C và có mặt chất xúc tác (Pt, Ni, …), xycloalkan bị khử hydro thành hydrocacbon thơm. Phản ứng này được sử dụng trong phương pháp Reforming để tăng trị số octan hoặc tạo ra các hydrocacbon thơm (benzen, xylene, toluene,…).

– Khi xúc tác là AlCl3 hoặc AlBr3 thì cyclopropan sẽ bị đồng phân hóa thành propene còn các cycloalkan khác sẽ bị đồng phân hóa thành vòng 6 cạnh ổn định hơn.

• Phản ứng cộng mở vòng

Cyclopropan tham gia phản ứng cộng mở vòng 3,4 giống như anken:

Cyclobutane chỉ tham gia phản ứng cộng mở vòng ở điều kiện nhiệt độ cao hơn cyclopropane và không phản ứng với các chất còn lại.

Các vòng có từ 5 thành viên trở lên không có sức căng nội phân tử cao nên chúng phản ứng giống như ankan mạch hở. Chúng chỉ được hydro hóa để mở vòng ở nhiệt độ rất cao, trên > 500°C và khi có mặt chất xúc tác.

– Điều chế

Cycloalkan có trong dầu mỏ (khoảng 30 60%) ở dạng vòng 5 và 6 cạnh, phân nhánh từ 1 đến hàng chục nguyên tử cacbon. Ngoài ra còn có polycycloalkan 2, 3, 4 hoặc 5 vòng (naphthenic hydrocarbon). Khi chưng cất dầu mỏ, xycloalkan vòng 5,6 cạnh sẽ thu được ở phần sôi ở nhiệt độ 60 – 90°C. Từ phần này, cyclohexane, methylcyclopentane, v.v. có thể được thu hồi và sử dụng trong công nghiệp.

Ngoài ra, chúng ta cũng có thể điều chế xycloalkan bằng cách phản ứng với H2 và đóng vòng ankan.

– Ứng dụng

Hydrocacbon naphthenic là thành phần quan trọng trong chất bôi trơn và nhiên liệu động cơ. Nó là nguồn nguyên liệu quý cho tổng hợp hữu cơ, ví dụ cyclohexane từ phần sôi ở 60 – 90°C là nguyên liệu quan trọng trong tổng hợp nylon-6 và nylon-6,6.

Cyclohexane và các chất tương tự của nó cũng được sử dụng để sản xuất benzen, toluene và xylene. Một số cycloalkan như cyclohexane có thể gây ung thư.

Hydrocacbon không bão hòa

Hydrocacbon không bão hòa là những hydrocacbon có chứa ít nhất một liên kết đôi hoặc nhiều hơn trong cấu trúc phân tử của chúng. Tuy nhiên, phân tử hydrocacbon không bão hòa bên phải không có chuỗi vòng như hydrocacbon thơm mà chỉ có dạng phân nhánh hoặc dạng chuỗi. thẳng.

Hydrocacbon không bão hòa được chia thành 3 loại chính:

• Anken (chứa 1 liên kết đôi): CnH2n có n ≥2
• Alkadiene (chứa 2 liên kết đôi): CnH2n-2 có n ≥3.
• Alkynes (có 1 liên kết ba): CnH2n-2 với n ≥2.
• Dạng hỗn hợp của ba dạng trên.

Ngoài ra, một số hydrocacbon không bão hòa chứa liên kết đôi được chia thành các đồng phân cis-trans vì các nhóm này có liên kết đôi khác nhau ở mỗi bên. Vì vậy khi nó quay quanh mặt phẳng chứa liên kết đôi sẽ có hình dạng khác nhau.

– Tính chất hóa học

• Phản ứng với hydro tạo thành hydrocacbon bão hòa nếu hydro hóa hoàn toàn

H2 + C3H6 → C3H8

2H2+C3H4→C3H8

• Phản ứng oxy hóa: Phản ứng đốt cháy, andehit, rượu,…

CnH2n + (3n/2)O2 → nCO2 + nH2O

CnH2n-2 +((3n-1)/2)O2 → nCO2 + (n-1)H2O

• Phản ứng với HCl tạo ra dẫn xuất halogen

HCl + C3H6 → C3H7Cl

CH≡CH+HCl → CH2=CHCl

– Ứng dụng

Alken được sử dụng trong sản xuất keo, sản xuất nhựa PVC và PE, nguyên liệu hóa chất, sản xuất axit hữu cơ,…

Ứng dụng của anken

Hydrocacbon thơm

Hydrocacbon thơm là hydrocacbon có phân tử bao gồm các nguyên tử C khép kín. Ở nhiệt độ phòng, hydrocacbon thơm là chất lỏng hoặc chất rắn có nhiệt độ sôi tăng theo khối lượng phân tử. Benzen và alkylbenzen là những chất không màu, không tan trong nước nhưng tan mạnh trong dung môi hữu cơ, có mùi đặc trưng.

Hydrocacbon thơm bao gồm

• Tương đồng benzen và benzen: Benzen và các hydrocacbon thơm khác tạo thành chuỗi tương đồng có công thức phân tử chung CnH2n-6 (n ≥6).
• Hydrocacbon thơm có nhiều hạt nhân có cấu trúc phức tạp hơn với nhiều vòng benzen trong phân tử.
• Hydrocacbon thơm không chứa vòng benzen mà chứa các vòng khác.

– Tính chất hóa học

• Phản ứng thay thế hydro của vòng benzen bằng chất xúc tác bột sắt.
• Phản ứng oxy hóa không hoàn toàn
• Phản ứng cộng

– Điều chế

Benzen, toluene, xylene thường được tách ra bằng cách chưng cất nhựa than đá, dầu mỏ hoặc được điều chế từ ankan và xycloalkan.

– Ứng dụng

Sản xuất dung môi, thuốc nổ TNT, thuốc nhuộm, dược phẩm, polyme…

Trên đây là những thông tin về hydrocarbon là gì mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng bài viết này sẽ mang đến cho các bạn những kiến ​​thức hữu ích để áp dụng trong học tập và cuộc sống. Đừng quên liên hệ với Hóa Chất Đông Á khi bạn có nhu cầu mua hóa chất xử lý nước như PAC, Javel,…