Alkane SVIP

I. KHÁI NIỆM VÀ DANH PHÁP

1. Khái niệm

- Alkane là hydrocarbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn C-C và C-H.

- Công thức phân tử: C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

Ví dụ: Một số alkane thường gặp: CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂,...

Mô hình phân tử methane (CH₄)

Mô hình phân tử ethane (C₂H₆)

- Trong phân tử alkane, mỗi nguyên tử carbon ở tâm tứ diện có thể liên kết với bốn nguyên tử/nhóm nguyên tử ở bốn đỉnh của tứ diện.

2. Đồng phân

Alkane có 4 nguyên tử carbon trở nên có đồng phân mạch carbon

Ví dụ: C₄H₁₀ có hai đồng phân như sau:

3. Danh pháp

Danh pháp thay thế:

(Tên gốc alkyl = phần tiền tố chỉ số nguyên tử C + yl)

⚠ Lưu ý:

- Mạch chính là mạch carbon dài nhất và chứa nhiều nhánh nhất.

- Đánh số mạch chính từ đầu gần nhánh nhất để số chỉ vị trí nhánh là nhỏ nhất.

- Khi có nhiều nhánh giống nhau thì thêm tiền tố di- (2), tri- (3), tetra- (4),... để chỉ số lượng. Tên nhánh viết theo thứ tự bảng chữ cái.

Ví dụ:

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Alkane tồn tại ở thể khí, lỏng hoặc rắn tùy theo số nguyên tử carbon. Chúng kém tan trong nước, nhẹ hơn nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Alkane chỉ có liên kết cộng hoá trị bền, kém phân cực nên khó tham gia phản ứng hoá học.

- Các phản ứng đặc trưng của alkane là thế halogen, cracking, reforming và cháy.

⚡ THÍ NGHIỆM 1

- Thêm khoảng 1 mL nước bromine vào ống nghiệm có chứa khoảng 1 mL hexane. Lắc đều ống nghiệm.

- Nút miệng ống nghiệm bằng bông tẩm NaOH rồi đặt vào cốc nước khoảng 50 ^oC.

⚡ THÍ NGHIỆM 2

- Thêm vài giọt dung dịch KMnO₄ 1% vào ống nghiệm có chứa khoảng 1 mL hexane.

- Lắc đều ống nghiệm khoảng 5 phút rồi để yên trong khoảng 10 phút.

1. Phản ứng thế halogen

Khi có ánh sáng hoặc đun nóng, alkane phản ứng với halogen tạo thành dẫn xuất halogen.

Ví dụ: Methane với chlorine dưới ánh sáng tử ngoại.

\(CH_4+Cl_2\overset{ánh\ sáng}{\rightarrow}CH_3Cl+HCl\)

\(CH_3Cl+Cl_2\ \overset{ánh\ sáng}{\rightarrow}CH_2Cl_2+HCl\)

\(CH_2Cl_2+Cl_2\overset{ánh\ sáng}{\rightarrow}CHCl_3+HCl\)

\(CHCl_3+Cl_2\overset{ánh\ sáng}{\rightarrow}CCl_4+HCl\)

Phản ứng halogen hóa alkane có 3 nguyên tử carbon trở lên sẽ tạo thành hỗn hợp sản phẩm. Trong đó, nguyên tử H ở carbon bậc cao dễ bị thế hơn so với nguyên tử H ở carbon bậc thấp.

Ví dụ:

2. Phản ứng cracking và phản ứng reforming

- Khi đun nóng ở nhiệt độ cao và có xúc tác thích hợp, alkane có thể bị cracking tạo thành các hợp chất mạch carbon ngắn hơn.

- Trong cùng điều kiện, phản ứng reforming cũng xảy ra, cho sản phẩm chứa nhiều mạch nhánh hoặc mạch vòng.

3. Phản ứng oxi hóa

IV. NGUỒN ALKANE TRONG TỰ NHIÊN, ỨNG DỤNG CỦA ALKANE

1. Nguồn alkane trong tự nhiên - Điều chế alkane trong công nghiệp

- Alkane trong công nghiệp chủ yếu có nguồn gốc từ dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu, trong đó methane là thành phần chính của khí thiên nhiên.

- Việc điều chế alkane thường dựa vào chưng cất phân đoạn dầu mỏ để tách các hydrocarbon theo nhiệt độ sôi khác nhau.

2. Ứng dụng

 Alkane được sử dụng chủ yếu để làm nhiên liệu và nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất.

- Alkane là thành phần chính của nhiều loại nhiên liệu như khí đốt, LPG, xăng, dầu hỏa, dầu diesel.

- Alkane còn được dùng làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất hữu cơ quan trọng như acetylene, hydrogen, ethylene, propylene, butadiene…

- Một số alkane còn ứng dụng trong sản xuất dung môi, sơn, nến, dầu nhờn và chất hoạt động bề mặt.

3. Nhiên liệu và môi trường

Quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ thải ra khí CO₂, NO_x, SO_x gây ô nhiễm khí quyển.

- Khí thải động cơ không chỉ có CO₂, H₂O mà còn lẫn CO, các oxide của nitrogen và alkane dư chưa cháy hoàn toàn.

- Để giảm ô nhiễm, người ta dùng chất xúc tác trong ống xả để chuyển hóa các chất độc hại thành CO₂, H₂O và N₂.