碳氢化合物

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May 26, 2022

碳氢化合物是仅含有碳原子和氢原子的有机化合物,广泛用作燃料,其在自然界中的主要来源是化石。

特征

碳原子 (C) 结合在一起形成分子的骨架,而氢原子 (H) 从该骨架中突出。碳氢化合物是唯一没有官能团的有机化合物,它们实际上仅由氢和碳原子组成。随着烃链中碳原子数的增加,可能的烃化合物的数量也增加。可能的最短链由单个碳原子组成,它对应于甲烷,具有粗略式 CH4。三种碳氢化合物具有两个碳原子:乙烷,式 C2H6,乙烯(或乙烯),C2H4,乙炔(或乙炔),C2H2。这三种碳氢化合物的不同之处在于将两个连续碳原子结合在一起的键数:在乙烷的情况下是一个键(所以我们说“单键”),在乙烯的情况下是两个键(“双键”),在乙炔的情况下是三个键(“三键”)。在一般碳氢化合物的结构中,每个碳原子使用一到三个价电子与相邻的碳形成键,而碳的剩余价电子则用于与氢原子形成键。然而,在烃分子内部,可能存在没有键合氢原子的碳原子,而只有其他碳原子(例如新戊烷分子的中心碳原子)。在乙炔的情况下,乙烯和三个键(“三键”)。在一般碳氢化合物的结构中,每个碳原子使用一到三个价电子与相邻的碳形成键,而碳的剩余价电子则用于与氢原子形成键。然而,在烃分子内部,可能存在没有键合氢原子的碳原子,而只有其他碳原子(例如新戊烷分子的中心碳原子)。在乙炔的情况下,乙烯和三个键(“三键”)。在一般碳氢化合物的结构中,每个碳原子使用一到三个价电子与相邻的碳形成键,而碳的剩余价电子则用于与氢原子形成键。然而,在烃分子内部,可能存在没有键合氢原子的碳原子,而只有其他碳原子(例如新戊烷分子的中心碳原子)。而碳的剩余价电子用于与氢原子形成键。然而,在烃分子内部,可能存在没有键合氢原子的碳原子,而只有其他碳原子(例如新戊烷分子的中心碳原子)。而碳的剩余价电子用于与氢原子形成键。然而,在烃分子内部,可能存在没有键合氢原子的碳原子,而只有其他碳原子(例如新戊烷分子的中心碳原子)。

碳氢化合物的分类

各种碳氢化合物之间的第一个区别是指它们在环境压力和温度条件下的物理状态,即: 固体或半固体碳氢化合物:沥青、沥青、石蜡等的成分。液态烃:(原油)石油、苯、己烷、辛烷等的成分。气态烃:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。 从化学性质上看,烃主要分为两大类: 芳香烃:具有“芳香性”,是由苯环赋予的化学性质,使它特别稳定;脂肪烃:不具有芳香性,下面描述的各种烃类(烷烃、烯烃等)统称为“同系”。这里描述的分类并不是详尽无遗的,实际上有许多类型的碳氢化合物不能很好地分类,例如链链,它由几个相互插入的环组成,因此每个环都可以独立移动另一个但没有“熔化”(类似于钢链的环,因此得名)。

脂肪烃

根据分子中存在的 CC 键的类型(单键、双键或三键)及其几何形状(线性、支链、环状),脂肪烃也分为: 饱和烃:只有单个 C-Calcane 键(或链烷烃) :非环状饱和烃,即具有自身不封闭的链;具有通式 CnH2n + 2。反过来,它们可以是直链的或支链的,这取决于碳原子是连续的还是分叉的环烃链与非环链相连)不饱和烃:包含至少一个多重(即双重或三重)CC 键。由构成分子骨架的碳链中存在的两个或多个原子形成的键具有三角几何形状,因为它们是 sp2 杂化,或者它们具有线性几何形状,因为它们是 sp 杂化;在分子骨架中至少有一个双键,σ + π;烯烃(或烯烃):非环状且具有 CC 双键,具有通式 CnH2n 二烯(或链二烯)、三烯(或 alcattriene)、多烯:非环状且分别具有两个、三个或多个双键 CC 环烯烃:环状,有一个CC双键,通式为CnH2n-2炔烃:非环状的,有一个C≡C三键,通式为CnH2n-2 环炔烃:环状,有一个三键,通式为CnH2n-4。环状脂肪烃称为脂环烃。

芳烃

根据结构类型,芳烃可分为:苯和多核(或“多环”)芳烃衍生物

财产

一般来说,对于无环烷烃,分子量相近的烷烃具有相近的理化性质。自然界中存在各种烃类混合物,其化学物理特性介于一类和另一类之间。

聚合状态

烃的聚集状态(在室温和压力下)取决于它们的分子量:分子量较低的烃(例如甲烷、乙烷、丙烷)处于气态,而分子量较高的烃(例如苯、己烷)和辛烷)是液体,而分子量更高的则是蜡状固体。通常在温度和压力下以气体形式存在的碳氢化合物被保存在压力容器内(例如在钢瓶中),以便将它们保持在较小的体积中。事实上,在相同的温度和物质的数量下,随着压力的增加,气体所占的体积会减少(从理想气体的状态方程或其他状态方程可以推导出来),直到它(部分或全部)变成液态。例如,家庭中使用的常见“气瓶”包含在环境温度和压力下为气态的碳氢化合物(称为 LPG)的液体混合物。

稳定性/反应性

由少于六个碳原子组成的环状烃由于环很小而特别不稳定,这会导致高环电压(或“角张力”),这是一种储存在分子中的高能量,倾向于打开环. 一般而言,饱和烃虽然易燃,因此容易与氧气反应,但具有相对的化学惰性;出于这个原因,它们最初被称为石蜡(来自拉丁语 parum affinis,“不是很活泼”)。由于双键或三键,含有不饱和键的碳氢化合物具有其他特性,并且在含有双键或三键的位置具有更高的化学反应性或紧挨着他们。芳烃在稳定性方面形成了自己的一类,并且具有与脂肪烃非常不同的化学反应性。

极性

烷烃和环烷烃的分子是非极性的,因为即使共价 CH 键被极化,电负性差异也相当低 (0.4),四面体结构导致分子中的整体电荷分布对称。在溶解度测试中证实了对其分子结构的考虑:烷烃实际上不溶于水,而它们溶于非极性溶剂。

烃类的分离

许多碳氢化合物来自石油精炼过程,该过程由一系列化学-物理过程组成,旨在从原油中获得某些化学产品(燃料混合物、沥青、润滑剂等)。在炼油过程中使用的各种过程中,原油的蒸馏(或“打顶”)起着重要的作用。在蒸馏塔中,原油被分成几个“馏分”,这取决于构成所讨论馏分的烃的分子量(或更准确地说,挥发性)。每个切割由所讨论的切割分子中包含的碳原子数标识。例如,C4 馏分包含具有四个碳原子的烃类(如丁烷、丁烯及其异构体)。这是因为单独通过蒸馏分离具有接近甚至相同分子量的烃分子要困难得多。这反映了这样一个事实,即相似的烃类(即属于同一同源系列)彼此具有相似的物理和化学性质。

涉及碳氢化合物的化学过程

碳氢化合物是一类如此广泛的化合物,以至于不可能列举它们可能涉及的所有工业反应。在涉及烃的许多反应中,包括以下内容: 裂化:是一种工业化学过程,旨在从高分子量链烷烃开始形成低分子量链烷烃;催化重整:是一种旨在获得更高辛烷值产品的过程。从石蜡、烯烃、芳烃、支链异构体和较短链分子开始形成;聚合:用于获得聚合物或分子量非常高的分子;烃聚合物是例如聚乙烯和聚丙烯。

经济和地缘政治方面

所有碳氢化合物在现代经济和地缘政治中都具有巨大的重要性,这主要归功于它们作为能源的基本作用和广泛的工业应用。

笔记

参考书目

TW Graham Solomons,有机化学,G. Ortaggi, D. Misti 编辑,第 2 版,博洛尼亚,Zanichelli,1988 年,ISBN 88-08-09414-6。William D. Callister,材料科学与工程:简介,第 5 版,John Wiley & Sons Inc,1999,ISBN 0-471-35243-8。

相关项目

石油 化石燃料 天然气 有机化合物 石油的非生物来源 碳氢炉 聚合物

其他项目

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外部链接

(EN) Hydrocarbons,在 Encyclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc. 上的碳氢化合物的类型和结构 (PDF),在 treccani.it。MSN Encarta - 碳氢化合物,在 it.encarta.msn.com 上。2009 年 10 月 25 日检索(从 2009 年 5 月 23 日的原始网址存档)。Sapere.it - Sapere.it 上的碳氢化合物。(EN) 有机化合物的分子结构 - 碳氢化合物,在 csi.chemie.tu-darmstadt.de 上。