a. Nguồn alkane trong tự nhiên

– Bề mặt những vũng đầm lầy thường xuất hiện các bong bóng khí, đó là alkane đơn giản nhất, có tên gọi methane

– Dầu mỏ trong tự nhiên cũng chứa thành phần chính là các alkane.

b. Công thức chung của alkane

 

– Các hydrocarbon trên đều có cấu tạo hoá học tương tự, phân tử chỉ chứa các liên kết đơn.

– Alkane không phân nhánh có mạch carbon chỉ chứa nguyên tử carbon bậc I và bậc II. Alkane phân nhánh có chứa nguyên tử carbon bậc III, bậc IV.

– Methane, ethane, propane, … là những chất đầu tiên của dãy đồng đẳng alkane.

– Alkane là những hydrocarbon mạch hở chỉ chứa liên kết đơn trong phân tử và có công thức chung C_nH_2n+2 (n≥1).

Bậc của một nguyên tử carbon trong phân tử alkane được xác định bằng số nguyên tử carbon liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon đó. Bậc của các nguyên tử carbon được kí hiệu bằng số La Mã.

 

Tên theo danh pháp thay thế của 10 alkane không phân nhánh đầu tiên trong dãy đồng đẳng được trình bày trong Bảng 12.1.

Bảng 12.1. Tên gọi 10 alkane không phân nhánh đầu tiên và một số tính chất vật lí của chúng

 

– Tên theo danh pháp thay thế của các alkane phân nhánh được gọi như sau:

+ Chọn mạch chính là mạch carbon dài nhất. Đánh số Ả Rập các nguyên tử carbon trên mạch chính sao cho tổng số chỉ vị trí các nhánh là nhỏ nhất.

+ Tên nhánh là tên gốc alkyl. Gốc alkyl là phần còn lại sau khi loại đi 1 nguyên tử H của alkane.

+ Tên gốc alkyl được gọi theo tên alkane nhưng bỏ ane, thêm yl (thay đuôi ane trong alkane bång yl).

+ Giữa phần số với phần chữ dùng dấu “-” giữa phần số với phần số dùng dấu“, ”

+ Khi đọc tên nhánh phải kèm theo số chỉ vị trí của nhánh. Nếu có nhiều nhánh, ưu tiên tên các nhánh theo thứ tự chữ cái đầu tiên của tên nhánh.

+ Khi có 2, 3 hoặc 4, … nhánh giống nhau, dùng các tiếp đầu ngữ di, tri hoặc tetra, …

Ví dụ:

 

– Tên theo danh pháp thay thế của alkane không phân nhánh

 Tiền tố ứng với số nguyên tử carbon của alkane

– Tên theo danh pháp thay thế của alkane phân nhánh

– Ở điều kiện thường, alkane từ C1 đến C4 và neopentane ở trạng thái khí, từ C5 đến C17 (trừ neopentane) ở trạng thái lỏng, không màu, alkane từ C18 trở lên là chất rắn màu trắng (còn gọi là sáp paraffin).

– Các alkane mạch nhánh thường có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân alkane mạch không phân nhánh.

– Alkane không tan hoặc tan rất ít trong nước và nhẹ hơn nước, tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ.

Do phân tử chỉ chứa liên kết \(\sigma\) bền, không phân cực nên alkane tương đối trơ về mặt hoá học.

Hình 12.1. Mô hình phân tử methane và ethane

 

a. Phản ứng thế halogen

Phản ứng thế halogen là phản ứng đặc trưng của alkane. Nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc cao dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử carbon bậc thấp hơn.

 

Ví dụ: CH4 + Cl2 \(\xrightarrow{ánh\,sáng}\) CH3Cl + HCl

b. Phản ứng cracking

Cracking alkane là quá trình “bẻ gãy” các phân tử alkane mạch dài thành các phân tử hydrocarbon mạch ngắn hơn.

 

Ví dụ:

c. Phản ứng refoming

Reforming là quá trình biến đổi cấu trúc phân tử hydrocarbon từ mạch không nhánh thành mạch nhánh, từ mạch hở thành mạch vòng, từ không thơm thành thơm. Quá trình reforming thường diễn ra ở nhiệt độ cao và có xúc tác.

 

Ví dụ:

d. Phản ứng oxi hoá

Oxi hoá hoàn toàn: Các alkane thường dễ cháy và toả nhiều nhiệt nên nhiều alkane được dùng làm nhiên liệu.

Ví dụ:

 

CH₄(g) + 2O₂(g) \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) CO₂(g) + 2H₂O(g)                           \({{\rm{\Delta }}_{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{0}}\) = – 890 kJ/mol

C₃H₈(g) + 5O₂(g) \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 3O₂(g) + 4H₂O(g)                          \({{\rm{\Delta }}_{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{0}}\) = – 2216 kJ/mol

 

Oxi hoá không hoàn toàn: Trong trường hợp thiếu oxygen, phản ứng cháy xảy ra không hoàn toàn, tạo CO và có thể có C, gây ô nhiễm môi trường.

Ví dụ: 2C₅H₁₂ + 11O₂ \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 10CO + 12H₂O

a. Ứng dụng

Hình 12.2. Một số ứng dụng của alkane trong đời sống

 

b. Điều chế

– Từ dầu mỏ, bằng phương pháp chưng cất phân đoạn, thu được các alkane ở các phân đoạn khác nhau như xăng, dầu hoả, dầu diesel, dầu nhờn, … và nhựa đường.

– Trong công nghiệp, alkane được khai thác, chế biến từ khí thiên nhiên, khí đồng hành, dầu mỏ.

c. Một số nguyên nhân gây ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông và cách giảm thiểu, hạn chế

– Khí thải do các phương tiện giao thông hoạt động thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu là hỗn hợp của các khí và các hạt khác nhau.

– Khói thải và các hạt bụi mịn thải vào khí quyển là tác nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ người dân.

Hình 12.3. Nguồn ô nhiễm do các phương tiện giao thông