Bạn thường nghe đến hidrocacbon và một số ứng dụng của nó trong cuộc sống. Vậy thực chất hidrocacbon là gì? Hidrocacbon có những loại nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu ngay trong bài viết này nhé.
TÓM TẮT
Hidrocacbon là gì?
Hiđrocacbon là một loại hợp chất hữu cơ mà trong cấu tạo chỉ bao gồm cacbon (C) và hidro (H). Chúng có thể liên kết với nhau bằng các liên kết đơn, đôi hoặc ba.
Hidrocacbon được phân loại như thế nào?
Dựa vào các liên kết các nguyên tử C và H mà hidrocacbon thường được chia làm 3 loại như sau:
Hidrocacbon no: Trong phân tử chỉ có liên kết đơn. Hidrocacbon no gồm 2 nhóm chính là ankan và cycloankan.
Hidrocacbon không no: Trong phân tử có các liên kết đôi hoặc ba. Hidrocacbon không no gồm 3 nhóm chính anken (chứa 1 liên kết đôi), ankadien (chứa 2 liên kết đôi) và ankin (chứa 1 liên kết ba).
Hidrocacbon thơm: Các nguyên tử C khép kín tạo thành vòng.
Hidrocacbon no
Hidrocarbon no là hợp chất chỉ chứa các liên kết đơn của các nguyên tử carbon trong phân tử. Những vị trí còn lại sẽ được bão hòa bởi các nguyên tử hydro.
Hidrocacbon no gồm 2 nhóm chính:
- Nhóm 1: Ankan có công thức tổng quát là CnH2n+2 (n≥1), tồn tại dưới dạng mạch hở.
- Nhóm 2: Cycloankan với công thức tổng quát CnH2n (n≥3), tạo thành vòng.
Tính chất, điều chế, ứng dụng của ankan
Ankan là các hidrocacbon không tạo mạch vòng, trong mỗi phân tử chứa số nguyên tử hydro cực đại và không chứa các liên kết đôi. Ankan còn có tên gọi khác là parafin.
Tính chất vật lý của Ankan
- Ở nhiệt độ thường: Các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến C10 ở trạng thái lỏng và từ khoảng C10 trở lên ở trạng thái rắn.
- Xét theo chiều tăng của phân tử khối thì nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các ankan nói chung tăng dần.
- Ankan nhẹ hơn nước nên đa số ankan không tan trong nước và sẽ nổi trên mặt nước.
- Ankan là dung môi không phân cực, có thể hòa tan trong các chất không phân cực như benzen, dầu mỡ…
- Ankan hầu hết đều là những chất không màu.
Tính chất hóa học của Ankan
- Phản ứng thế bởi Halogen: Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan.
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
- Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.
- Đối với ankan có mạch cacbon từ 3 C trở lên, clo và brom sẽ ưu tiên thế H ở các cacbon có bậc cao tạo thành sản phẩm chính.
- Vì ankan có phản ứng mãnh liệt với flo nên sẽ bị phân hủy thành C và HF.
- Ankan không phản ứng thế với Iot.
- Phản ứng tách hay còn gọi là phản ứng đề hidro hóa: Dưới tác dụng của nhiệt và những chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ sẽ bị tách hiđro thành hidrocacbon không no tương ứng.
- Phản ứng cracking là phản ứng làm gãy mạch cacbon.
- Phản ứng oxi hóa hoàn toàn tạo ra CO2 và H20 với phương trình tổng quát:
CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 → n CO2 + (n+1)H2O
Điều chế ankan
- Trong phòng thí nghiệm, metan được điều chế bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút.
- Trong công nghiệp, một lượng lớn ankan (CH4, C2H6, C3H8, C4H10 …) được tìm thấy trong dầu mỏ, khí dầu mỏ, khí thiên nhiên,… Thông qua phương pháp chưng cất phân đoạn, ankan trong công nghiệp thu được ở những phân đoạn chưng cất khác nhau.
Ứng dụng
Ankan được sử dụng để làm nhiên liệu trong hàn cắt kim loại, dầu bôi trơn và chất dung môi. Ngoài ra, còn được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác như: CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2, … Đặc biệt, CH4 có thể ứng dụng để điều chế nhiều chất khác nhau như: Hỗn hợp CO + H2, ammoniac, C2H2, rượu metylic, andehit fomic,…
Tính chất, điều chế, ứng dụng của xicloankan
Xicloankan là những hidrocacbon no mạch vòng, chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử.
Tính chất vật lý
Xicloankan tương tự như ankan về các tính chất vật lý chung, nhưng chúng lại có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng cao hơn ankan.
Tính chất hóa học
- Phản ứng thế: Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, nguyên tử hidro bị thay thế bởi nguyên tử halogen.
- Phản ứng tách mở vòng để tạo hydrocarbon mạch hở.
- Riêng cyclopropan có phản ứng với dung dịch nước brom hoặc axit.
- Phản ứng oxy hoá: Khi đốt cháy xicloankan sẽ tạo ra CO2 và H20.
Điều chế
- Xicloankan được điều chế bằng phương pháp chưng cất dầu mỏ, khí tự nhiên chưng cất phân đoạn. Ngoài ra, nó còn có thể điều chế bằng cách H2, đóng vòng ankan.
Ứng dụng
Xicloankan có ứng dụng quan trọng trong việc sản xuất nhiên liệu, làm dung môi hữu cơ hoặc làm nguyên liệu để điều chế chất khác.
Hidrocacbon không no
Hidrocacbon là hidrocacbon có chứa ít nhất một liên kết đôi trở lên trong cấu trúc phân tử của nó, có dạng mạch thẳng hoặc phân nhánh. Số liên kết cộng hóa trị trong phân tử của nó gấp đôi hoặc gấp ba các nguyên tử carbon.
Các họ hydrocarbon không no
- Anken có công thức chung là CnH2n với n≥2
- Ankadien có công thức chung là CnH2n-2 với n≥3, trong phân tử có hai liên kết đôi
- Ankin có công thức chung là CnH2n-2 với n≥2, trong phân tử có một liên kết ba.
Tính chất hóa học
- Phản ứng với hidro tạo ra hidrocacbon no (nếu hidro hóa hoàn toàn):
H2+C3H6→C3H8
2H2+C3H4→C3H8
- Phản ứng oxi hóa gồm các phản ứng cháy, anđehit hóa, rượu hóa,…
- Phản ứng với hidro clorua tạo ra các chất 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 ankadien và ankin: CnH2n-2+((3n-1)/2)O2→nCO2+(n-1)H2O
Ứng dụng
- Các loại hidrocacbon không no được sử dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp. Chuyên dùng trong sản xuất keo dán, sản xuất chất dẻo PVC, PE, sản xuất axit hữu cơ, sản xuất nguyên liệu hóa học…
Hidrocacbon thơm
Hidrocacbon thơm là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc hình tròn và chứa liên kết sigma cùng với các điện tử pi được định vị. Chúng còn được nhắc đến với tên gọi khác là arenes hoặc aryl hydrocarbon.
Một định nghĩa khác: Hidrocacbon thơm là tập hợp những hidrocacbon không no có một hoặc nhiều vòng Benzen (C6H6), mà ở đó các nguyên tử hydro được gắn vào mỗi nguyên tử C. Độ dài liên kết C-C bằng nhau và độ dài liên kết C-H cũng bằng nhau. Ví dụ: Hidrocacbon thơm C8H10 vòng Benzen C6H6, Toluene, m-Xylene..
Phân loại hidrocacbon thơm
- Benzen và đồng đẳng của nó: Benzen C6H6 và các hiđrocacbon thơm khác như C6H6, C8H10… Chúng lập thành dãy đồng đẳng có công thức phân tử chung ???2?−6 (?≥6).
- Hiđrocacbon thơm có nhiều nhân: Cấu trúc phức tạp hơn, nhiều vòng benzen trong phân tử.
- Hợp chất thơm không chứa vòng benzen: Chứa những vòng khác không phải benzen.
Tính chất vật lý
- Hidrocacbon thơm là chất lỏng hoặc rắn ở điều kiện thường.
- Nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng của phân tử khối.
- Khi bị đốt cháy, các hydrocacbon thơm tạo ra ngọn lửa đỏ mạnh và có muội than ám trong khói đen.
- Benzen và ankylbenzen là những chất không màu, không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ, có mùi đặc trưng.
Tính chất hóa học
Phản ứng khớp nối hidrocacbon: Là sự kết hợp của hai mảnh với sự trợ giúp của chất xúc tác kim loại. Khi chúng trải qua các phản ứng liên kết sẽ hình thành lên các loại phản ứng sau:
- Liên kết Cacbon – Cacbon
- Liên kết Cacbon – Oxy
- Liên kết Cacbon – Nitơ
Phản ứng thay thế nhân thơm: Là việc thay thế một nhóm trên vòng thơm, thường là một nguyên tử hydro thành một nhóm thế khác. Một số phản ứng thay thế thường gặp nhất:
- Phản ứng thế thơm điện di
- Phản ứng thế nhân thơm
- Phản ứng thế một số nhân thơm gốc tự do
Phản ứng hydro hóa hình thành vòng bão hòa: Đây cũng là một phản ứng thường gặp của các Hidrocacbon thơm.
Ví dụ: Khử 1-naphtol thành hỗn hợp có chứa đồng phân khác nhau của decalin-ol
Ứng dụng của hidrocacbon thơm
Hidrocacbon đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất thức ăn ở thực vật, sản xuất băng phiến, tổng hợp thuốc nhuộm hay các chất nổ, nguyên liệu trong ngành công hiệp hoá dầu.
Chúng tôi vừa chia sẻ đến bạn những thông tin liên quan đến hidrocacbon như định nghĩa và phân loại. Ngoài ra còn cung cấp các thông tin về tính chất đặc trưng và ứng dụng của các loại hidrocacbon. Mong rằng sẽ hữu ích với các bạn đang tìm kiếm kiến thức về hoạt chất này.
Xem thêm:
- Phân kali: Phân loại, tác dụng và cách bón phân kali hiệu quả nhất
- Al2O3 là oxit gì? Tính chất, điều chế và ứng dụng của Al2O3
- Axit cacboxylic: Phân loại, tính chất, cách nhận biết và ứng dụng thực tế
- Muối axit là gì? Tổng hợp 5 loại muối axit phổ biến nhất
- Andehit axetic là gì? Tính chất đặc trưng, cách điều chế và ứng dụng thực tiễn