Węglowodory (alkany, alkeny, alkiny)

Węglowodory (alkany, alkeny, alkiny)

Wpis ten jest wstępem do chemii organicznej, zawiera bardzo elementarne informacje o węglowodorach.

Chemia organiczna nazywa się organiczną, bo dawno temu naukowcom wydawało się, że są pewne związki chemiczne, w syntezie których niezbędna jest tajemnicza “energia życiowa”. Teoria padła, gdy związki organiczne zaczęto syntezować in vitro, ale tradycyjny podział na chemię organiczną i nieorganiczną pozostał.

Obecnie chemia organiczna to chemia związków węgla. Węgiel jest pierwiastkiem o tyle specyficznym, że może zarówno przyjąć, jak i oddać 4 elektrony (jego minimalny stopień utlenienia to –IV, a maksymalny to IV). Węgiel jest zawsze czterowartościowy.

Najbardziej podstawowymi związkami chemicznymi są węglowodory, czyli związki węgla i wodoru. Mają one postać łańcuchów węgla, do których przyłącza się wodór. Podstawowy podział węglowodorów dzieli te związki na nasycone i nienasycone, gdzie nasycone to alkany, a nienasycone to alkenyalkiny. Tyle wstępu, zacznijmy od omówienia budowy alkanów.

Węglowodory nasycone – alkany

Alkany nie odbiegają od ogólnej budowy węglowodorów – łańcuchy węgla nasycone wodorem. Zapisujemy je w ten sposób, że najpierw tworzymy prosty łańcuch węglowy, gdzie każdy kolejny węgiel jest połączony ze sobą wiązaniami pojedynczymi.

szkielet_pentanu

W tym wypadku jest szkielet pentanu. Nazwa węglowodoru zależy od ilości zawartych w nim atomów węgla, o czym więcej poniżej. Kolejnym krokiem jest dodanie do każdego tyle atomów wodoru, żeby każdy atom węgla był połączony z czterema innymi atomami.

pentan

Szereg homologiczny alkanów

Jeżeli zestawimy ze sobą kolejne alkany:

metan

etan

propan

zauważymy, że kolejne alkany różnią się od siebie pojedynczą grupą CH2. Szereg homologiczny przypomina ciąg arytmetyczny, gdzie różnicą ciągu jest właśnie CH2. Stąd też możemy wyznaczyć wzór ogólny alkanów:

alkany

Szereg homologiczny alkanów układa się następująco:

  1. Metan
  2. Etan
  3. Propan
  4. Butan
  5. Pentan
  6. Heksan
  7. Heptan
  8. Oktan
  9. Nonan
  10. Dekan

Możemy zauważyć, że nazwy węglowodorów (od pentanu) biorą się bezpośrednio z liczby atomów węgla w łańcuchu (penta, heksa, hepta…). W warunkach normalnych pierwsze 4 węglowodory to  gazy, od 5. do 15. to ciecze, a posiadające 16 atomów węgla i więcej są w warunkach normalnych ciałami stałymi.

Węglowodory nienasycone – alkeny

Alkeny to węglowodory bardzo podobne do alkanów, ale różniące się tym, że w swoim łańcuchu mają jedno wiązanie podwójne pomiędzy węglami. Metan ma tylko jeden węgiel w łańcuchu, więc nie może wytworzyć wiązania podwójnego między węglami, także więc najprostszy alken to eten.

eten

Nazwę alkenu tworzymy zamieniając w nazwie odpowiadającego mu alkanu końcówkę –an na –en, czyli z etanu będzie eten, z propanu propen i tak dalej. Dokładne nazewnictwo alkenów omówimy przy izomerii. Wzór ogólny alkenów to:

alkeny

Alkeny nazywamy węglowodorami nienasyconymi, bo są one nienasycone wodorem. Mają w cząsteczce wiązanie podwójne, które jakby pękło, pozwoliłoby przyłączyć jeszcze dwa wodory. Alkany są nasycone, bo tak nie ma gdzie wstawić więcej wodoru, nawet teoretycznie.

Węglowodory nienasycone – alkiny

Alkiny są bardzo podobne do alkenów z tą różnicą, że to jedno wiązanie wielokrotne pomiędzy węglami nie jest podwójne, a potrójne. Najprostszym alkinem jest propyn.

propyn

Ogólnie nazewnictwo dla alkinów działa tak, że końcówkę zamieniamy na –yn (lub –in po pewnych samogłoskach, ale dla pierwszych dziesięciu węglowodorów łapie się do tej zasady tylko dekin). Wzór ogólny alkinów to:

alkiny

Ze względu na obecność wiązań wielokrotnych, węglowodory nienasycone są aktywniejsze chemicznie od węglowodorów nasyconych. Na reakcje, jakim ulegają węglowodory w ogóle, przeznaczymy osobny wpis. Kolejny wpis natomiast będzie dotyczył izomerii i dokładniejszego nazewnictwa węglowodorów nienasyconych.

Bibliografia

  • Litwin, M., Styka-Wlazło, S., Szymońska, J. and Świderska, G. (2016). To jest chemia 2. Warszawa: Nowa Era.
  • Zeszyt z chemii podyktowany przez Panią Profesor C.

Licencja Creative Commons
Węglowodory (alkany, alkeny, alkiny) by Stowarzyszenie Evviva l’arte / Jakub Jędrusiak is licensed under a Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowe License.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.