Hidrokarbon

Hidrokarbon – pengenalan

Sebatian karbon dan hidrogen dipanggil hidrokarbon . Nama khusus mereka datang terus dari nama Yunani untuk bilangan atom karbon dalam rantai mereka. Hidrokarbon yang paling mudah ialah metana. Dalam molekulnya, ia mempunyai satu atom karbon, yang disambungkan kepada empat atom hidrogen. Struktur ini terhasil daripada sifat sebatian organik. Dalam molekul sebatian organik, karbon sentiasa tetravalen. Ia juga bermakna terdapat hubungan rapat antara bilangan atom karbon dalam molekul hidrokarbon dan jumlah hidrogen. Jika terdapat hanya ikatan tunggal antara atom karbon – maka kita berurusan dengan hidrokarbon tepu, jika tidak (satu atau lebih ikatan berganda atau rangkap tiga) ia adalah hidrokarbon tak tepu. Pembentukan siri homolog, iaitu set sebatian dengan struktur dan sifat yang serupa, adalah ciri hidrokarbon. Mereka terbentuk hasil daripada melekatkan berturut-turut -CH ₂ – kumpulan kepada rantai molekul. Selain itu, untuk semua homolog dalam siri tertentu, terdapat hubungan antara takat didih dan lebur, ketumpatan dan sifat fizikokimia yang lain. Selain hidrokarbon, contohnya alkohol atau asid karboksilik juga membentuk siri homolog. Di antara hidrokarbon, kebanyakan sebatian mempunyai formula empirik yang sama, tetapi struktur yang berbeza, iaitu formula struktur yang berbeza. Ia dipanggil isomer , dan bergantung kepada isomerisme yang berlaku, yang berikut dibezakan:

• Isomer rantai merujuk kepada rantai karbon. Isomerisme ini berkaitan dengan perubahan panjangnya dan bilangan substituen.
• Isomeri kedudukan ikatan berganda merujuk kepada kemungkinan ikatan tak tepu antara atom karbon yang berbeza dalam rantai.
• Isomerisme Cis-trans adalah ciri molekul di mana tidak ada kemungkinan putaran di sekeliling ikatan. Ia sering dijumpai dalam alkena dan hidrokarbon kitaran.

Struktur dan sifat rantai hidrokarbon

Dalam hidrokarbon alifatik, atom karbon terikat membentuk rantai ciri yang terdiri daripada kumpulan -CH ₂ – berturut-turut. Oleh itu, mereka dipanggil hidrokarbon rantai. Bergantung pada struktur, rantai lurus dan bercabang boleh dibezakan. Sebaliknya, dengan mengambil kira berlakunya pelbagai ikatan, kita boleh membezakan alkana, alkena dan alkuna. Alkana Hidrokarbon rantai tepu dipanggil alkana . Mereka membentuk siri homolog, di mana formula am molekul ialah C _n H _2n+2 (di mana n ialah bilangan atom karbon dalam molekul). Semua ikatan antara atom dalam molekul alkana adalah tunggal, atom. Tiga alkana pertama (metana, etana, propana) mempunyai molekul rantai lurus. Yang seterusnya – butana – juga mempunyai bentuk bercabang (isobutana). Walaupun formula empirik yang sama, bentuk ini berbeza dengan ketara dalam sifatnya, contohnya takat didih. Kebanyakan alkana mempunyai sifat fizikal dan kimia yang serupa. Mereka menunjukkan kepasifan kimia yang ketara, bertindak balas hanya dengan beberapa bahan, contohnya dengan klorin. Apabila bilangan atom karbon dalam molekul bertambah, takat didihnya meningkat. Oleh itu, empat alkana pertama dalam siri homolog ialah gas. Hidrokarbon yang lebih tinggi (sehingga pentadecane) adalah cecair dan yang seterusnya adalah pepejal. Semua alkana mudah terbakar. Alkena Alkena mengandungi satu ikatan rangkap dalam molekulnya. Oleh itu, mereka mempunyai dua atom hidrogen kurang berbanding dengan molekul alkana. Formula alkena dalam siri homolog ialah C _n H _2n . Yang pertama dalam siri ini ialah etena. Etena, dan yang seterusnya: pentene, tidak mempunyai isomer. Walau bagaimanapun, daripada butena terdapat isomerisme yang berkaitan dengan kedudukan ikatan berganda dalam molekul. Terdapat juga sebatian yang mempunyai dua ikatan rangkap. Mereka dipanggil alkadiena. Kehadiran ikatan rangkap mempunyai pengaruh yang paling besar terhadap sifat-sifat alkena. Ia menyebabkan mereka mudah menjalani tindak balas penambahan dengan molekul lain. Mereka juga terdedah kepada pempolimeran. Hasil daripada pempolimeran etena, polietilena diperoleh. Ia adalah plastik yang popular. Alkena, seperti alkana, mengubah keadaan jirimnya bergantung pada panjang rantai. Mereka tidak berwarna dan tidak berbau. Mereka tidak larut dalam air. Alkuna Hidrokarbon rantai terikat tiga ialah alkuna . Dalam siri homolog alkuna, molekul seterusnya dicirikan oleh formula C _n H _2n-2 . Yang pertama daripada alkuna ialah etana, juga dipanggil asetilena. Bermula dengan butina, terdapat isomerisme dalam alkuna kerana lokasi ikatan rangkap tiga. Alkuna mempunyai tahap ketidaktepuan yang lebih tinggi daripada alkena dan oleh itu lebih aktif secara kimia. Mereka juga menunjukkan kecenderungan untuk pempolimeran. Molekul terkecil ialah gas. Kemeruapannya berkurangan apabila saiz molekul bertambah. Selain itu, ia tidak berwarna, tidak berbau dan tidak larut dalam air.

Struktur dan sifat hidrokarbon kitaran dan aromatik

Hidrokarbon kitaran ialah sebatian karbon dan hidrogen yang membentuk sistem tertutup, dipanggil cincin. Sikloalkana yang paling mudah ialah cincin tiga karbon – siklopropana. Sikloalkana yang paling penting ialah sikloheksana , yang, tidak seperti siklopropana atau siklobutana, tidak mempunyai ketegangan cincin, dan molekulnya boleh membentuk konformasi yang dipanggil. Sebagai tambahan kepada sikloalkana, terdapat juga sikloalkena dan sikloalkana. Hidrokarbon aromatik ialah sekumpulan sebatian organik tak tepu. Sebatian termudah bagi kumpulan ini ialah benzena dengan formula empirik C ₆ H ₆ . Tiada ikatan berganda biasa dalam molekul sebatian ini, sebaliknya kita bercakap tentang elektron π yang dinyahtempatan. Hidrokarbon aromatik polisiklik mempunyai sifat yang sedikit berbeza. Mereka mempunyai lebih daripada satu cincin dalam molekul. Hidrokarbon terpenting kumpulan ini ialah naftalena .

Mendapatkan hidrokarbon

Sumber semula jadi hidrokarbon ialah minyak mentah dan gas asli . Alkana seperti metana dan etana adalah sebahagian daripada gas asli, walaupun ia mungkin mengandungi sejumlah kecil alkana lain juga. Minyak mentah mengandungi pelbagai hidrokarbon dengan panjang rantai dan cawangan yang berbeza. Ia dipisahkan kepada pecahan individu dalam proses penyulingan. Mereka adalah sumber penting sebatian organik. Mereka yang mempunyai rantai karbon yang terlalu panjang diproses selanjutnya dalam proses retak . Hidrokarbon aromatik sebahagian besarnya diperoleh hasil daripada penyulingan arang batu kering (pemanasan tanpa akses kepada udara). Benzena juga diperoleh daripada minyak mentah dalam proses pemangkinan pemprosesan alkana dan sikloalkana.