Усе про вуглеводні алкани, алкени та алкіни

Вуглеводні — це органічні сполуки, які складаються лише з атомів Карбону (C) і Гідрогену (H). Вони є основою органічної хімії, адже з них починається розуміння складніших речовин.

Серед усіх вуглеводнів особливо важливі три групи — алкани, алкени та алкіни. Вони відрізняються між собою типом зв’язків між атомами Карбону, і саме це визначає їхні властивості.

У цій статті ми розповімо вам про формули алканів, алкенів та алкінів, їхні хімічні властивості, відмінності та реакції.

Що таке алкани?

Алкани — це насичені вуглеводні, у яких між атомами Карбону є тільки одинарні зв’язки (—C—C—). Це найпростіший і найстабільніший клас органічних сполук.

Простіше кажучи, алкани — це «максимально насичені» молекули, де кожен атом Карбону зв’язаний із максимально можливою кількістю атомів Гідрогену.

Формули алканів

Загальна формула алканів: CnH2n+2

Це означає, що: якщо в молекулі n атомів Карбону — то Гідрогену буде 2n + 2.

Приклади:

• CH₄ — метан;

• C₂H₆ — етан;

• C₃H₈ — пропан;

• C₄H₁₀ — бутан.

З кожним новим атомом Карбону утворюється новий представник ряду — це називається гомологічний ряд.

Хімічні та фізичні властивості алканів

Алкани — досить спокійні та малоактивні, адже всі їхні зв’язки міцні.

Хімічні властивості:

• горіння — основна реакція, за якої виділяється багато тепла;

• реакції заміщення — атоми Гідрогену можуть замінюватися іншими елементами;

• термічний розклад — розщеплення великих молекул на менші.

Фізичні властивості:

• перші алкани (метан, етан) — гази;

• середні — рідини;

• великі — тверді речовини;

• не розчиняються у воді;

• добре горять.

Де застосовують алкани?

Алкани мають величезне практичне значення. Фактично, більшість енергетики базується саме на алканах:

• паливо (природний газ, бензин, пропан-бутан);

• сировина для хімічної промисловості;

• виробництво пластмас;

• мастильні матеріали;

• парафін (свічки, косметика).

Що таке алкени?

Алкени — це ненасичені вуглеводні, які містять хоча б один подвійний зв’язок між атомами Карбону (C=C).

Саме цей подвійний зв’язок робить їх значно більш реакційно здатними, ніж алкани.

Формули алкенів

Загальна формула алкенів: CnH2n

Приклади:

• C₂H₄ — етен (етилен);

• C₃H₆ — пропен;

• C₄H₈ — бутен.

Подвійний зв’язок — це, умовно, слабке місце молекули, де найчастіше відбуваються реакції.

Хімічні властивості алкенів

Алкени набагато активніші за алкани. Їхні основні реакції:

• реакції приєднання (до подвійного зв’язку приєднуються інші атоми);

• гідрування (приєднання водню);

• галогенування (приєднання галогенів);

• гідратація (приєднання води);

• полімеризація;

• молекули з’єднуються у довгі ланцюги — утворюються полімери (наприклад, з етену отримують поліетилен).

Де застосовують алкени?

Алкени — основа сучасної хімічної промисловості. Майже весь пластик навколо нас — це результат реакцій алкенів:

• виробництво пластмас (поліетилен, поліпропілен);

• синтез спиртів, кислот;

• виробництво каучуків;

• виготовлення пакувальних матеріалів.

Що таке алкіни?

Алкіни — це ненасичені вуглеводні, які мають потрійний зв’язок між атомами Карбону (C≡C).

Це ще більш «енергетично насичені» та реакційно активні сполуки.

Формули алкінів

Загальна формула алкінів: CnH2n–2

Приклади:

• C₂H₂ — етин (ацетилен);

• C₃H₄ — пропін;

• C₄H₆ — бутин.

Хімічні властивості алкінів

Алкіни — дуже реакційно здатні через потрійний зв’язок. Основні реакції:

• реакції приєднання (подібні до алкенів, але інтенсивніші);

• приєднання водню;

• приєднання галогенів;

• приєднання води;

• горіння (горять дуже яскравим полум’ям);

• полімеризація (у деяких випадках).

Де застосовують алкіни?

Найвідоміший представник — ацетилен. Його використовують для газового зварювання та різання металів, у хімічному синтезі, для виробництва пластмас і розчинників, а також — у лабораторіях. Ацетиленове полум’я дуже гаряче, тому воно ідеально підходить для обробки металів.

Гомологічний ряд: алкани, алкени, алкіни

Гомологічний ряд — це послідовність органічних сполук, у якій кожна наступна речовина відрізняється від попередньої на одну групу —CH₂—.

Для алканів:

• метан CH₄;

• етан C₂H₆;

• пропан C₃H₈;

• бутан C₄H₁₀.

Кожен наступний має +CH₂.

Для алкенів:

• етен C₂H₄;

• пропен C₃H₆;

• бутен C₄H₈.

Для алкінів:

• етин C₂H₂;

• пропін C₃H₄;

• бутин C₄H₆.

У межах одного гомологічного ряду речовини мають подібні хімічні властивості. Але фізичні властивості (температура кипіння, агрегатний стан) поступово змінюються.

Алкани, алкени, алкіни: приклади

Щоб не плутатися, зручно порівнювати ці три класи одночасно:

Головна різниця:

• алкани мають тільки одинарні зв’язки;

• алкени — один подвійний;

• алкіни — один потрійний.

Через це алкани — найменш активні, а алкени й алкіни — значно реакційніші.

Поширені запитання

1. До якого класу вуглеводнів відносяться алкани?

Алкани належать до насичених вуглеводнів, тому що між атомами Карбону є лише одинарні зв’язки, а всі можливі зв’язки «заповнені» атомами Гідрогену.

2. З чим взаємодіють алкани?

Алкани малоактивні, але можуть реагувати з киснем (реакція горіння) та галогенами (реакції заміщення, наприклад із хлором). Більшість інших речовин із ними не реагує без спеціальних умов (світло, нагрівання).

3. З яким із галогенів алкани не взаємодіють?

Алкани практично не реагують із фтором у контрольованих умовах, бо реакція відбувається надто бурхливо й некеровано. Також дуже слабка взаємодія спостерігається з йодом.

4. Чи розчиняються алкани у воді?

Ні, алкани не розчиняються у воді. Причина проста: вода — полярна речовина, а алкани — неполярні. Зате вони добре розчиняються в органічних розчинниках.

5. З якою речовиною реагують алкени, алкіни та спирти?

Спільною реакцією для цих речовин є взаємодія з киснем (O₂) — усі вони можуть горіти. Також алкени й алкіни активно реагують із галогенами, а спирти — з активними металами та кислотами

6. Із яких природних сировин добувають алкани?

Основні джерела: природний газ, нафта і кам’яне вугілля (частково). Саме тому алкани є основою паливної енергетики.

7. Як алкани реагують з киснем?

Алкани горять, утворюючи вуглекислий газ (CO₂) та воду (H₂O), і виділяють багато тепла Якщо кисню недостатньо — може утворюватися чадний газ (CO) або сажа.

8. Які алкани є газами?

Перші представники гомологічного ряду: метан (CH₄), етан (C₂H₆), пропан (C₃H₈), бутан (C₄H₁₀).

Отже, підсумовуємо:

Алкани — стабільні й використовуються як паливо.

Алкени — активні та лежать в основі виробництва пластмас.

Алкіни — ще реакційніші й застосовуються в техніці та синтезі.

Ця тема стане значно зрозумілішою, якщо її розібрати на прикладах і задачах з репетитором хімії. Головне — практика, завдяки якій ви зможете використовувати ці формули автоматично.

Для ефективної підготовки до НМТ з хімії додаткові заняття з викладачем необхідні, щоб закріпити весь матеріал в індивідуальному форматі.