Alkane SVIP

I. Khái niệm về alkane

1. Nguồn alkane tự nhiên

Bề mặt những vũng đầm lầy thường xuất hiện các bong bóng khí, đó là methane (alkane đơn giản nhất).

Trong các mỏ dầu, khí mỏ dầu và dầu mỏ có thành phần chính là các alkane.

2. Công thức cấu tạo và công thức chung alkane

Alkane là các hydrocarbon no mạch hở chỉ chứa liên kết đơn (liên kết \(\sigma\)) C-H và C-C trong phân tử.

Ví dụ 1: Công thức cấu tạo của methane, ethane, và propane:

Công thức phân tử chung của alkane: C_nH_2n+2 (n là số nguyên, n \(\geq\) 1).

Alkane không phân nhánh có mạch carbon chỉ chứa nguyên tử carbon bậc I và bậc II. Alkane phân nhánh có chứa nguyên tử carbon bậc III và bậc IV.

II. Danh pháp của alkane 

Tên theo danh pháp thay thế của 10 alkane không phân nhánh đầu tiên trong dãy đồng đẳng:

Tên theo danh pháp thay thế của alkane phân nhánh được gọi như sau:

- Chọn mạch chính là mạch carbon dài nhất. Đánh số nguyên tử carbon mạch chính sao cho tổng số chỉ vị trí các nhánh là nhỏ nhất.

- Tên nhánh là tên gốc alkyl: phần còn lại sau khi bỏ đi một nguyên tử hydrogen từ phân tử alkane.

- Tên gốc alkyl: được gọi theo tên alkane nhưng bỏ ane, thêm yl.

Ví dụ 2: methyl (CH₃-) , ethyl (C₂H₅-), propyl (C₃H₇-),...

- Giữa phần số với phần chữ dùng dấu "-", giữa phần số với phần số dùng dấu ",".

- Khi đọc tên nhánh phải kèm theo số chỉ vị trí của nhánh. Nếu có nhiều nhánh, ưu tiên tên các nhánh theo thứ tự chữ cái đầu tiên của tên nhánh.

- Khi có 2, 3 hoặc 4,... nhánh giống nhau, dùng tiếp đầu ngữ di, tri hoặc tetra,...

Ví dụ 3:

III. Tính chất vật lí

Ở điều kiện thường:

+ Trạng thái khí: alkane từ C₁ đến C₄ và neopentane.

+ Trạng thái lỏng, không màu: từ C₅ đến C₁₇ (trừ neopentane).

+ Trạng thái rắn, màu trắng (sáp paraffin): alkane từ C₁₈ trở lên.

Khi số nguyên tử carbon tăng, tương tác van der Waals  giữa các phân tử alkane tăng, dẫn đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các alkane nói chung cũng tăng.

Do alkane không phân cực nên không tan hoặc tan rất ít trong nước và nhẹ hơn nước, tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ.

IV. Tính chất hóa học

1. Đặc điểm liên kết hóa học trong phân tử alkane

Trong phân tử alkane, nguyên tử carbon luôn nằm ở tâm tứ diện mà bốn đỉnh là các nguyên tử hydrogen hoặc carbon với các góc liên kết C-C-C, C-C-H và H-C-H đều gần bằng 109,5^o.

Do phân tử alkane chỉ chứa liên kết \(\sigma\) bền vững và kém phân cực, nên chúng tương đối trơ về mặt hóa học.

2. Tính chất hóa học của alkane

a. Phản ứng thế halogen

Thí nghiệm 1: Phản ứng thế bromine vào hexane

Bước 1: Dùng ống hút nhỏ giọt nhỏ 2 mL hexane vào ống nghiệm chứa khoảng 2 mL nước bromine.

Bước 2: Ngâm ống nghiệm trong cốc nước nóng khoảng 50 ^oC.

Khi có ánh sáng khuyết tán hoặc khi đun nóng, các alkane tham gia phản ứng thế với halogen (chlorine, bromine).

Ví dụ 4:

\(C_6H_{14}+Cl_2\overset{askt}{\rightarrow}C_6H_{13}Cl+HCl\)

Trong phản ứng thế halogen, nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử carbon bậc thấp.

Sản phẩm thế halogen của hydrocarbon gọi là dẫn xuất hydrocarbon.

b. Phản ứng cracking

Cracking alkane là quá trình phân cắt liên kết C-C (bẻ gãy mạch carbon) của các alkane mạch dài để tạo thành hỗn hợp các hydrocarbon có mạch carbon ngắn hơn.

Ví dụ 5:

\(C_{12}H_{26}\overset{t^o,p}{\rightarrow}C_7H_{16}+C_5H_{10}\)

c. Phản ứng reforming

Reforming alkane là quá trình chuyển các alkane mạch không phân nhánh thành các alkane mạch phân nhánh, từ mạch hở thành mạch vòng, từ không thơm thành thơm. Quá trình reforming thường diễn ra ở nhiệt độ cao và thường có xúc tác.

Ví dụ 6:

d. Phản ứng oxi hóa

Phản ứng oxi hóa hoàn toàn 

Các alkane thường dễ cháy và tỏa nhiệt nên nhiều alkane được dùng làm nhiên liệu.

Ví dụ 7:

Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

Trong trường hợp thiếu oxygen, phản ứng cháy xảy ra không hoàn toàn, tạo thành CO, có thể là C gây ô nghiễm môi trường.

Ví dụ 8:

\(2C_5H_{12}+11O_2\overset{t^o}{\rightarrow}10CO+12H_2O\)

Thí nghiệm 2: Đốt cháy hexan

Cho khoảng 1 mL hexane vào bát sứ. Dùng que đóm dài, cẩn thận châm lửa đốt hexane.

Thí nghiệm 3: Tìm hiểu khả năng phản ứng của hexane với dung dịch KMnO₄

Bước 1: Dùng ống hút nhỏ giọt cho khoảng 2 mL hexane vào hai ống nghiệm chứa 2 mL dung dịch KMnO₄.

Bước 2: Ngâm ống nghiệm trong cốc nước nóng khoảng 60 ^oC trong 2 phút.

​@202992872525@

V. Ứng dụng

1. Ứng dụng của alkane

Alkane được dử dụng làm nhiên liệu, dung môi, dầu nhờn,... và nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ khác.

2. Điều chế alkane trong công nghiệp

Các alkane ở thể khí chủ yếu được lấy từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ.

Từ khí thiên nhiên và khí đồng hành thu được CH₄, C₂H₆, C₃H₈ và C₄H₁₀.

Từ dầu mỏ, bằng phương pháp chưng cất phân đoạn, thu được alkane ở các phân đoạn khác nhau như xăng, dầu hỏa, dầu diesel, dầu nhờn,... và nhựa đường.

3. Một số nguyên nhân gây ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông và cách giảm thiểu hạn chế

Khí thải do các phương tiện giao thông hoạt động thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu là hỗn hợp của các khí và các hạt khác nhau.

Khói thải và các hạt bụi mịn thải vào khí quyển là tác nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.

Để giảm thiểu, hạn chế ô nhiễm cần hạn chế các phương tiện cá nhân, khuyến khích đẩy mạnh hình thức vận tải công cộng, tăng cường các nguồn nhiên liệu sạch.

1. Alkane là những hydrocarbon mạch hở chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử và có công thức chung C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

2. Tên theo danh pháp thay thế của alkane không phân nhánh

Tiền tố ứng với số nguyên tử carbon + ane.

Tên theo danh pháp thay thế của alkane phân nhánh

Số chỉ vị trí nhánh - Tên nhánh + Tiền tố ứng với số nguyên tử carbon mạch chính + ane.

3. Các alkane đều nhẹ hơn nước, không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi không phân cực.

4. Phản ứng thế halogen là phản ứng đặc trưng của alkane. Nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao dễ bị thế bởi nguyên tử hydrogen hơn so với nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc thấp.

5. Cracking alkane là quá trình "bẻ gãy" các phân tử alkane mạch dài thành những hydrocarbon mạch ngắn hơn

6. Reforming là quá trình biến đổi cấu trúc phân tử các alkane mạch không phân nhánh, mạch hở, không thơm thành hydrocarbon có mạch nhánh hoặc mạch vòng.

7. Alkane dễ cháy, phản ứng cháy tỏa nhiều nhiệt. Alkane không làm mất màu KMnO₄.

8. Trong công nghiệp, nguyên liệu sản xuất alkane lấy từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.

9. Alkane được dùng làm nhiên liệu, dung môi, dầu nhờn,... và là nguyên liệu trong tổng hợp hữu cơ.