สารประกอบของธาตุคาร์บอนที่เกิดขึ้นในธรรมชาติมีมากมายจนสาขาเคมีที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะ การสังเคราะห์ และการศึกษาคุณสมบัติของสารประกอบเหล่านี้เรียกว่า เคมีอินทรีย์ กลุ่มสารประกอบที่ใหญ่ที่สุด ได้แก่ ไฮโดรคาร์บอน ตามชื่อที่แนะนำ สิ่งเหล่านี้คือสารประกอบของคาร์บอนและไฮโดรเจน เนื่องจากสารเหล่านี้มีความหลากหลายจึงมีบทบาทสำคัญในเศรษฐกิจหลายสาขา
ไฮโดรคาร์บอน — บทนำ
สารประกอบของคาร์บอนและไฮโดรเจนเรียกว่า ไฮโดรคาร์บอน ชื่อเฉพาะของพวกมันมาจากชื่อภาษากรีกโดยตรงสำหรับจำนวนอะตอมของคาร์บอนในสายโซ่ ไฮโดรคาร์บอนที่ง่ายที่สุดคือมีเทน ในโมเลกุลของมันมีคาร์บอน 1 อะตอม ซึ่งเชื่อมต่อกับไฮโดรเจน 4 อะตอม โครงสร้างนี้เป็นผลมาจากคุณสมบัติของสารประกอบอินทรีย์ ในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์ คาร์บอนจะมีสถานะเป็นเตตระวาเลนต์เสมอ นอกจากนี้ยังหมายความว่ามีความสัมพันธ์ใกล้ชิดระหว่างจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนและปริมาณของไฮโดรเจน หากมีเพียงพันธะเดี่ยวระหว่างอะตอมของคาร์บอน – เราก็กำลังจัดการกับไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว มิฉะนั้น (พันธะคู่หรือสามพันธะหนึ่งพันธะขึ้นไป) พวกมันจะเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว การก่อตัวของอนุกรมที่คล้ายคลึงกัน ได้แก่ ชุดของสารประกอบที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน เป็นลักษณะของไฮโดรคาร์บอน พวกมันเกิดขึ้นจากการติดกลุ่ม -CH 2 ที่ต่อเนื่องกันเข้ากับสายโซ่ของโมเลกุล ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับการคล้ายคลึงกันทั้งหมดในชุดเฉพาะ มีความสัมพันธ์ระหว่างจุดเดือดและจุดหลอมเหลว ความหนาแน่น และคุณสมบัติทางเคมีกายภาพอื่นๆ นอกจากไฮโดรคาร์บอนแล้ว เช่น แอลกอฮอล์ หรือกรดคาร์บอกซิลิกก็สร้างอนุกรมที่คล้ายคลึงกันได้เช่นกัน ในบรรดาไฮโดรคาร์บอน สารประกอบส่วนใหญ่มีสูตรเอมพิริคัลเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างต่างกัน กล่าวคือ มีสูตรโครงสร้างต่างกัน พวกมันถูกเรียกว่า ไอโซเมอร์ และขึ้นอยู่กับไอโซเมอร์ที่เกิดขึ้น
- ไอโซเมอร์ของโซ่หมายถึงโซ่คาร์บอน isomerism นี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของความยาวและจำนวนขององค์ประกอบแทนที่
- isomerism ตำแหน่งพันธะหลายตัวหมายถึงความเป็นไปได้ของพันธะไม่อิ่มตัวระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่แตกต่างกันในสายโซ่
- ไอโซเมอร์ซิส-ทรานส์ เป็นลักษณะของโมเลกุลที่ไม่มีความเป็นไปได้ของการหมุนรอบพันธะ มักพบในอัลคีนและไซคลิกไฮโดรคาร์บอน
โครงสร้างและสมบัติของสายโซ่ไฮโดรคาร์บอน
ในอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนที่มีพันธะจะสร้างสายโซ่ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งประกอบด้วยกลุ่ม -CH 2 ที่ต่อเนื่องกัน ดังนั้นจึงเรียกว่าโซ่ไฮโดรคาร์บอน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างสามารถแยกความแตกต่างของโซ่ตรงและกิ่งได้ ในทางกลับกัน เมื่อคำนึงถึงการเกิดพันธะหลายตัว เราสามารถแยกความแตกต่างของแอลเคน แอลคีน และแอลไคน์ได้ ไฮโดรคาร์บอนสายโซ่อิ่มตัวของ อัลเคน เรียกว่า แอลเคน พวกมันก่อตัวเป็นอนุกรมที่คล้ายคลึงกัน โดยที่สูตรทั่วไปของโมเลกุลคือ C n H 2n+2 (โดยที่ n คือจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล) พันธะทั้งหมดระหว่างอะตอมในโมเลกุลของอัลเคนเป็นแบบอะตอมเดี่ยว แอลเคนสามตัวแรก (มีเทน อีเทน โพรเพน) มีโมเลกุลสายโซ่ตรง อันถัดไป – บิวเทน – มีรูปแบบกิ่ง (ไอโซบิวเทน) แม้จะมีสูตรเชิงประจักษ์ที่เหมือนกัน แต่รูปแบบเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในคุณสมบัติของมัน เช่น จุดเดือด อัลเคนส่วนใหญ่มีสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน พวกมันแสดงความเฉื่อยชาทางเคมีอย่างมาก ทำปฏิกิริยากับสารเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เช่น กับคลอรีน เมื่อจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลเพิ่มขึ้น จุดเดือดของมันก็เพิ่มขึ้น ดังนั้น แอลเคนสี่ตัวแรกในอนุกรมที่คล้ายคลึงกันจึงเป็นก๊าซ ไฮโดรคาร์บอนที่สูงขึ้น (จนถึงเพนทาดีเคน) เป็นของเหลวและตัวต่อไปคือของแข็ง อัลเคนทั้งหมดติดไฟได้ Alkenes Alkenes มีพันธะคู่หนึ่งพันธะในโมเลกุล ดังนั้น พวกมันจึงมีไฮโดรเจนสองอะตอมน้อยกว่าเมื่อเทียบกับโมเลกุลของอัลเคน สูตรของแอลคีนในอนุกรมที่คล้ายคลึงกันคือ C n H 2n ตัวแรกในซีรีส์คือ ethene Ethene และอันถัดไป: เพนทีนไม่มีไอโซเมอร์ อย่างไรก็ตามจากบิวทีนมีไอโซเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของพันธะคู่ในโมเลกุล นอกจากนี้ยังมีสารประกอบที่มีพันธะคู่สองตัว พวกเขาเรียกว่าอัลคาดีน การมีพันธะคู่มีอิทธิพลมากที่สุดต่อคุณสมบัติของอัลคีน ทำให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติมกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย พวกเขายังไวต่อการเกิดพอลิเมอไรเซชัน เป็นผลมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชันของ เอทิลีน ทำให้ได้โพลิเอทิลีน เป็น พลาสติก ที่นิยม แอลคีนเช่นเดียวกับแอลเคน เปลี่ยนสถานะของสสารโดยขึ้นอยู่กับความยาวของสายโซ่ ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ไม่ละลายในน้ำ อั ลไคน์ ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะสามพันธะคืออัล ไคน์ ในอนุกรมอัลไคน์ที่คล้ายคลึงกัน โมเลกุลถัดไปมีลักษณะตามสูตร C n H 2n-2 อัลไคน์ตัวแรกคือเอไทน์หรือที่เรียกว่าอะเซทิลีน เริ่มต้นด้วยบิวไทน์ มีไอโซเมอร์ในอัลไคน์เนื่องจากตำแหน่งของพันธะสาม อัลไคน์มีระดับความไม่อิ่มตัวสูงกว่าอัลคีน ดังนั้นจึงมีความว่องไวทางเคมีมากกว่า พวกเขายังแสดงแนวโน้มที่จะพอลิเมอไรเซชัน โมเลกุลที่เล็กที่สุดคือก๊าซ ความผันผวนจะลดลงเมื่อขนาดโมเลกุลเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่ละลายในน้ำ 
โครงสร้างและสมบัติของไฮโดรคาร์บอนแบบไซคลิกและอะโรมาติก
ไซคลิกไฮโดรคาร์บอน เป็นสารประกอบของคาร์บอนและไฮโดรเจนที่ก่อตัวเป็นระบบปิดที่เรียกว่าวงแหวน ไซโคลแอลเคนที่ง่ายที่สุดคือวงแหวนคาร์บอนสามตัว – ไซโคลโพรเพน ไซโคลอัลเคนที่สำคัญที่สุดคือ ไซโคลเฮกเซน ซึ่งไม่เหมือนกับไซโคลโพรเพนหรือไซโคลบิวเทนตรงที่ไม่มีความเครียดเป็นวงแหวน และโมเลกุลของมันสามารถสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า นอกจากไซโคลแอลเคนแล้ว ยังมีไซโคลแอลคีนและไซโคลแอลไคน์ด้วย อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน เป็นกลุ่มของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่อิ่มตัว สารประกอบที่ง่ายที่สุดในกลุ่มนี้คือ เบนซิน ที่มีสูตรเชิงประจักษ์ C 6 H 6 . ไม่มีพันธะคู่ทั่วไปในโมเลกุลของสารประกอบนี้ แต่เรากำลังพูดถึงอิเล็กตรอน π ที่ไม่ได้แปลเป็นภาษาท้องถิ่น โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน มีคุณสมบัติแตกต่างกันเล็กน้อย พวกมันมีวงแหวนมากกว่าหนึ่งวงในโมเลกุล ไฮโดรคาร์บอนที่สำคัญที่สุดในกลุ่มนี้คือ แน พทาลีน
การได้รับไฮโดรคาร์บอน
แหล่งไฮโดรคาร์บอนในธรรมชาติ ได้แก่ น้ำมันดิบ และ ก๊าซธรรมชาติ แอลเคน เช่น มีเทนและอีเทนเป็นส่วนหนึ่งของก๊าซธรรมชาติ แม้ว่าอาจมีแอลเคนอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยเช่นกัน น้ำมันดิบประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดที่มีสายโซ่ยาวและแตกแขนงต่างกัน มันถูกแยกออกเป็นเศษส่วนในกระบวนการกลั่น พวกมันเป็นแหล่งของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญ ส่วนที่มีโซ่คาร์บอนยาวเกินไปจะถูกแปรรูปเพิ่มเติมในกระบวนการ แคร็ก ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกส่วนใหญ่ได้มาจาก การกลั่นถ่านหินแห้ง (การให้ความร้อนโดยไม่ต้องใช้อากาศ) เบนซีนยังได้มาจากน้ำมันดิบในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของแอลเคนและไซโคลแอลเคน
