烃
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烴(tīng),又稱碳氫化合物(英语:hydrocarbon),是有機化合物的一種,只由碳和氫組成。烴類包括了烷烴、烯烴、炔烴及芳香烴,是許多其他有機化合物的基體。
目录
1 名稱
1.1 字形
1.2 发音
2 定义
3 性質
4 分類與命名
4.1 烷烴類
4.2 烯烴類
4.3 炔烴類
4.4 環烴類
4.5 芳香烴
5 用途
5.1 各方面的應用
5.2 石油與分餾
6 注释
7 參見
8 参考文献
名稱
字形
「烃」字是化學家取碳和氫兩個字中的單元組合成的[1],由「碳」字右下處的「火」以及「氫」字下半部的「巠」所組合而成。
发音
- 中國大陆普通话為「聽」(tīng,ㄊㄧㄥ),此乃取碳的聲母和氫的韻母組合[2]。
- 在台灣,教育部定國語發音為「輕」(ㄑㄧㄥ,qīng)[3][4],此乃取「氫」的發音,微軟新注音輸入法的「烴」(正體字)亦是採用此發音。除此之外,亦可發「聽」(ㄊㄧㄥ,tīng)。[5]
- 在粵語中,「烴」音同「境」(gìng),亦可取「碳氫切」讀為「聽」(tīng,ㄊㄧㄥ)。
定义
仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物。
性質
烴類皆難溶於水,在完全燃燒下可轉化為二氧化碳和水[6],反應式如下:
- CmHn+(m+n4) O2→m CO2+n2 H2O{displaystyle {rm {C_{m}H_{n}+(m+{frac {n}{4}}) O_{2}rightarrow m CO_{2}+{frac {n}{2}} H_{2}O}}}
烴類會因組合結構的不同,其性質可能會有極大的差異。若結構相似,則性質相近;若結構不同,性質不同。正因此,烴類種類繁多,是化學中的大宗;但也由此許多化學式相同的物質,其性質不相同。例如:1-丁烯和環丁烷,化學式皆為C4H8{displaystyle C_{4}H_{8}},但1-丁烯的沸點為-6.3℃[7],環丁烷的沸點卻為12.5 °C[8]。
環丁烷結構圖,為環烷烴的一種,皆以單鍵連接 | 1-丁烯結構圖,部分為雙鍵連接 |
分類與命名
烴類的分類法有許多種,可依其分子結構分為鏈烴及環烴,其中鏈烴分子中的碳原子是以開鏈方式連結,例如:鏈烷、鏈烯與鏈炔,環烴的分子結構則為環狀,包含脂環烴(環烷、環烯與環炔)及芳香烴兩類。烴類也可依其原子間的鍵結方式分為飽和烴及不飽和烴,飽和烴是指烴分子中的碳原子只以單鍵結合者,包含各種烷類,不飽和烴則是指烴分子中的碳原子兼含有雙鍵或叄鍵者,例如烯類、炔類及芳香烴等。此外,烴類依其化學性質也可分為脂肪烴及芳香烴兩大類,脂肪烴為鏈烴和脂環烴的合稱,芳香烴則是指分子結構中帶苯環的烴。另外,芳香烴之環上接有脂肪族者稱為脂芳烴。[9]
烴類的命名,多採用IUPAC命名法。
命名烴類,須先了解其共價鍵,若其皆為單鍵,命名其為烷烴;若有雙鍵,命名為烯烴;若有三鍵,則初步命名為炔烴。若組成為環狀,則初步命名為環烴。但若结构中出现苯环,則其為芳烴[10]。
烷烴類
不考慮環烷烴的情況下,此類的化學式通式為:CnH2n+2。
[11]
烷烴類的命名方法為:找出最長的碳鍵作為主鍵,依碳數命名之。若碳數小於十,以天干[註 1]命名;若碳數多於十時,以中文數字命名,如:十一烷。
然後,再從最近的取代基開始以阿拉伯數字前冠,並以「-」隔開阿拉伯數字與中文,再依照同主鍵的方法命名之。若有多個相同取代基,則再用國文小寫數字前冠。
因為烷類一般簡單,故亦會使用「正、異、新」去區隔同樣化學式的烷類。IUPAC也曾推薦過此種命名方式[12]。如例戊烷的命名方式[13]:
正戊烷 戊烷 | 异戊烷 2-甲基丁烷 | 新戊烷 2,2-二甲基丙烷 |
烯烴類
若不考慮二烯、三烯、環烯烴等狀況,此類的化學式通式為:CnH2n。
[14]
烯烴的命名方式和烷烴相似,惟須注意以下幾點:
- 烯烴須把雙鍵的最長鍵作為主鍵。
- 若結構裡出現了多次雙鍵的情形,則依其出現次數作國文小寫數字的前冠。例如:二烯、三烯等。
- 烯烴的異構體可用「順、反」作標示,亦有些用「正、異」標示。
根據以上規則的某些實例:
順、反丁烯:
順-2-丁烯
反-2-丁烯
異戊二烯[15][16]
異戊二烯
炔烴類
若不考慮雙鍵及三鍵同時出現的狀況,以及二炔、環炔烴等狀況,此類的化學式通式為:CnH2n-2。
[17]
炔類的命名方式也相似於烷類,但有以下幾點不同:
- 炔類須把三鍵的最長鍵當主鍵。
- 炔類沒有異構體但有環狀形態,例如:環辛炔。
根據以上規則的某些實例:
乙炔、丙炔[18][19]:
乙炔
丙炔
環烴類
環烴類的命名,首先必須確定碳原子以環狀排列,且並不屬於芳香烴類。然後,再確定其皆為單鍵組成,抑或是有雙鍵、參鍵的部分。如皆為單鍵,則和烷類的命名方式相同,僅需在前添加一環字,以做識別。如有雙鍵部分,則和烯類的命名方式相同,但須在前添加一環字識別。如有参鍵部分,則和炔類的命名方式相同,但須在前添加一環字識別。
根據以上規則的某些實例:
環戊二烯[20]:
環戊二烯
丙烷和環丙烷:
[21]
丙烷,化學式為C3H8{displaystyle C_{3}H_{8}}
環丙烷,化學式為C3H6{displaystyle C_{3}H_{6}}
芳香烴
參見下表:
甲苯
鄰二甲苯
對二甲苯
間二甲苯
1,3,5-三甲苯
1,2,4,5-四甲苯
2-苯己烷
聯苯
用途
烴類是一個於生活中應用廣泛的化合物。
各方面的應用
烴類化合物最大的應用層面為能源資源,而其亦為地球上最重要的能源資源。
石油與分餾
但一般開採到的烴類,大多是石油等等的混合物,因此需要經過分餾的階段,以下是分餾溫度,碳數,以及用途的簡表:[22]
成分 | 碳數 | 分餾溫度 | 用途 |
---|---|---|---|
石油氣 | 1-4 | <20℃ | 燃料、化工原料 |
石油醚 | 5-6 | 20℃-60℃ | 有機溶劑 |
汽油 | 7-9 | 60℃-200℃ | 燃料 |
煤油 | 10-16 | 175℃-300℃ | 燃料 |
柴油 | 15-20 | 250℃-400℃ | 燃料 |
潤滑油 | 18-22 | >310℃ | 潤滑油 |
殘留物 | 18-40 | 瀝青、鋪路、防水材料 |
烴類在經濟上扮演著重要的角色,許多主要的化石燃料皆隸屬於其類別。如:煤炭、石油和天然氣,以及它的衍生物,塑料、石蠟、蠟等,還有一些會再工業上應用的部分溶劑與油皆屬於碳氫化合物。
注释
^ 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸
參見
维基共享资源中相关的多媒体资源:烃 |
- 有機化合物
- 烷烃
- 烯烃
- 炔烃
- 芳香烴
- 碳-碳鍵
- 分馏
- 官能团
参考文献
^ 漢語辭典
^ 在线新华字典
^ 中華民國教育部異體字字典 - 烴. 中華民國教育部.
^ 中華民國教育部重編國語辭典修訂本 - 烴. 中華民國教育部.
^ 化學命名原則 第四版. 國立編譯館. 2004.
^ 許立侖、許喆翔. 《國中自然與生活科技 第四冊學習講義》P138. 康軒文教事業.
^ 丁烯介紹,結構式為CH2=CHCH2CH3
^ 邢其毅等《基础有机化学》第三版上册。北京:高等教育出版社,2005年。ISBN 978-7-04-016637-8
^ 高雄市立高雄高級中學化學科研究. 高中基礎化學(二) 第三章 有機化合物. : 2 (中文(台灣)). 使用|accessdate=
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(帮助)
^ 參考自IUPAC命名法
^ Silderberg, 623
^ Panico, R.; & Powell, W. H. (Eds.). A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds 1993. Oxford: Blackwell Science. 1994. ISBN 978-0-632-03488-8.
^ 异戊烷
^ Silderberg, 628
^ Reimann, S., Calanca, P. and Hofer, P., The anthropogenic contribution to isoprene concentrations in a rural atmosphere. Atmospheric Environment 34 109-115(2000).
^ Sharkey T. D., and Singsaas E. L., Why plants emit isoprene. Nature 374:769(1995).
^ Silderberg,625
^ German Aerospace Center 互联网档案馆的存檔,存档日期2006-01-10.
^ [1](英文)
^ Valery I. Faustov, Mikhail P. Egorov, Oleg M. Nefedov and Yuri N. Molin. Ab initio G2 and DFT calculations on electron affinity of
cyclopentadiene, silole, germole and their 2,3,4,5-tetraphenyl substituted analogs : structure, stability and EPR parameters of the radical anions. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2: 4293–4297. doi:10.1039/b005247g. 参数|title=
值左起第58位存在換行符 (帮助)
^ Merck Index, 11th Edition, 2755.
^ [2]
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