Węglowodory łańcuchowe

Węglowodory to takie związki chemiczne, które zawierają w swojej strukturze wyłącznie węgiel i wodór - żadnych innych pierwiastków! Wydawałoby się, że niewielki wybór elementów zaowocuje prostą budową i podobnymi właściwościami węglowodorów, tak jednak nie jest. Długość, budowa oraz liczba i lokalizacja wiązań nienasyconych sprawiają, że to zróżnicowana grupa związków.

Podział węglowodorów

Łańuchowe		Cykliczne
Nasycone alkany	Nienasycone alkeny i alkiny	Nasycone cykloalkany	Nienasycone cykloalkeny i cykloalkiny	Areny

Alkany

Alkany to węglowodory nieposiadające wiązań nienasyconych. Ich wzór ogólny to: \[ C_{n}H_{2n+2} \] Pierwszym związkiem rozpoczynającym szereg homologiczny alkanów jest metan. Szereg homologiczny to zbiór związków organicznych o bardzo podobnej strukturze, które różnią się wyłącznie liczbą grup metylenowych (-CH₂-) w swojej strukturze.

Źródło: e-biotechnologia.pl

Właściwości fizyczne

Alkany nie rozpuszczają się w wodzie. Wszystkie są bezbarwne i nie mają charakterystycznego zapachu. Im dłuższy jest łańcuch danego alkanu, tym mniejsza jest lotność. Bardziej rozgałęzione alkany są bardziej lotne, niż mniej rozgałęzione. Alkany o krótkich łańcuchach są gazami, nieco dłuższe alkany są cieczami, zaś te o najdłuższych łańcuchach - ciałami stałymi.

Właściwości chemiczne

Alkany są mało reaktywne, zaś najpopularniejszą ich reakcją jest spalanie oraz substytucja wolnorodnikowa.

• Spalanie
• całkowite \[ CH_{4} + 2 O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2 H_{2}O \]
• półspalanie \[ CH_{4} + 3/2 O_{2} \rightarrow CO + 2 H_{2}O \]
• niecałkowite \[ CH_{4} + O_{2} \rightarrow C + 2 H_{2}O \]
• Substytucja wolnorodnikowa \[ CH_{4} + Cl_{2} \xrightarrow{h \nu }CH_{3}Cl + HCl \]

W substytucji wolnorodnikowej otrzymuje się mieszaninę produktów podstawionych w różnym stopniu. W reakcji stosuje się wyłącznie chlor i brom - jod jest zbyt mało reaktywny i nie ulega tej reakcji, zaś fluor wręcz przeciwnie.

Alkeny

Alkeny różnią się od alkanów tym, że posiadają wiązania podwójne. Wzór ogólny alkenów ma postać: \[ C_{n}H_{2n} \]

Właściwości fizyczne

Właściwości fizyczne alkenów są bardzo podobne do alkanów, z tym tylko, że alkeny są bardziej lotne od alkanów, a mniej od alkinów.

Właściwości chemiczne

Podobnie jak alkany, alkeny również ulegają reakcji spalania. Dzięki posiadaniu wiązania podwójnego, alkeny ulegają również reakcjom addycji.

• Spalanie
• całkowite
• półspalanie
• niecałkowite
• Addycja
• addycja wodoru \[ CH_{2}=CH_{2} + H_{2} \xrightarrow{kat.} CH_{3}-CH_{3} \]
• addycja wody \[ CH_{2}=CH_{2} + H_{2}O \xrightarrow{H_{2}SO_{4}, HgSO_{4}} CH_{3}-CH_{2}OH \]
• addycja halogenu: \[ CH_{2}=CH_{2} + Cl_{2} \rightarrow CH_{2}Cl-CH_{2}Cl \]
• addycja kwasu (reguła Markownikowa) \[ CH_{2}=CH_{2} + HCl \rightarrow CH_{3}-CH_{2}Cl \]

Reguła Markownikowa mówi, że podczas addycji do niesymetrycznego alkenu, atom wodoru przyłącza się do tego atomu węgla, który ma więcej przyłączonych atomów wodoru.

Alkiny

Alkiny mają potrójne wiązania, a ich wzór ogólny ma postać: \[ C_{n}H_{2n-2} \]

Właściwości fizyczne

Analogicznie do alkanów i alkenów, alkiny są bezwonne, bezbarwne i nie rozpuszczają się w wodzie. Alkiny są bardziej lotne od alkanów i alkenów, większość jest gazami.

Właściwości chemiczne

Tak samo, jak alkeny, alkiny również ulegają reakcjom spalania i addycji z zachowaniem reguły Markownikowa. Jedynie addycja wody do alkinów zachodzi w nieco odmienny sposób - tworzy się nietrwały enol, który szybko ulega przekształceniu do aldehydu.

• Spalanie
• całkowite
• półspalanie
• niecałkowite
• Addycja
• addycja wodoru \[ CH≡CH + H_{2} \xrightarrow{kat.} CH_{2}=CH_{2} \]
• addycja halogenu: \[ CH≡CH + Cl_{2} \rightarrow CHCl=CHCl \]
• addycja kwasu (reguła Markownikowa) \[ CH≡CH + HCl \rightarrow CH_{2}=CHCl \]
• addycja wody \[ CH≡CH + H_{2}O \rightarrow [CH_{2}=CHOH] \rightarrow CH_{3}CHO \]