Hidrocarburile sunt compuși organici esențiali formați din carbon și hidrogen. Aceste molecule stau la baza multor combustibili și materiale industriale.

Hidrocarburile pot avea legături diferite între atomii de carbon, modificându-le structura și proprietățile. Unele hidrocarburi au doar legături simple, în timp ce altele pot avea legături duble sau triple.

Această varietate le permite să fie clasificate ca alcani, alchene și alchine. Structura lor chimică influențează, de asemenea, modul în care reacționează cu alte substanțe, făcând hidrocarburile incredibil de versatile.

Hidrocarburi: Rezumat rapid

Aveți nevoie doar de elementele de bază? Iată o explicație simplă a hidrocarburilor:

🟠 Hidrocarburile sunt compuși organici din hidrogen și carbon, împărțiți în saturați (alcani) și nesaturați (alchene și alchine).

🟠 Alcanii sunt hidrocarburi saturate cu legături simple, în timp ce alchenele și alchinele conțin legături duble și triple.

🟠 Hidrocarburile aromatice, precum benzenul, au o structură inelară unică, cu alternanță de legături simple și duble, ceea ce le conferă o stabilitate deosebită.

🟠 Hidrocarburile ciclice formează inele, precum cicloalcanii (legături simple) și cicloalchenele (legături duble).

🟠 Regulile de denumire IUPAC utilizează prefixe precum met-, et- și prop- în funcție de numărul de carboni și sufixe precum -ane, -ene și -ine pentru tipurile de legături.

🟠 Unele hidrocarburi, cum ar fi benzenul și acetilena, urmează excepții de denumire și sunt adesea denumite prin numele lor comune.

Dacă hidrocarburile aromatice, ciclice și alifatice vi se par dificile, nu vă faceți griji! Meditațiile personalizate sau lecțiile interactive de chimie fac aceste concepte mai simple. Explorați mai multe subiecte de chimie și extindeți-vă cunoștințele cu blogurile gratuite Lumea chimiei.

Ce sunt hidrocarburile?

Hidrocarburile sunt compuși organici constând numai din atomi de carbon și hidrogen. Atomii de carbon formează lanțuri sau inele, iar atomii de hidrogen formează legături. Hidrocarburile sunt clasificate în funcție de tipurile de legături dintre atomii de carbon.

Alcanii sunt hidrocarburi saturate cu o singură legătură între atomii de carbon, după formula generală CnH₂n₊₂. Un exemplu comun este metanul (CH₄).

Alchenele și alchinele, cunoscute sub denumirea de hidrocarburi nesaturate, conțin legături duble (C=C), respectiv triple (C≡C). De exemplu, etena (C₂H₄) este o alchenă, în timp ce etina (C₂H₂) este o alchină.

Diferitele tipuri de legături modifică reactivitatea și proprietățile fiecărei hidrocarburi.

Tipuri de hidrocarburi: Alcani, alchene și alchine

Putem grupa hidrocarburile în diferite tipuri în funcție de legăturile dintre atomii de carbon. Aceste legături le determină structura, formula chimică și reactivitatea.

Cele trei tipuri principale de hidrocarburi sunt alcanii, alchenele și alchinele.

Alcani: Hidrocarburi saturate cu legături simple

Alcanii sunt hidrocarburi saturate, ceea ce înseamnă că toți atomii de carbon sunt conectați prin legături simple. Acest lucru permite fiecărui atom de carbon să se lege cu numărul maxim de atomi de hidrogen, ceea ce le face "saturate".

Formula generală pentru alcani este:

CnH₂n₊₂

n reprezintă numărul de atomi de carbon.

De exemplu, metanul (CH₄) este cel mai simplu alcan, în timp ce propanul (C₃H₈) are trei atomi de carbon.

Alcanii pot avea structuri cu lanț drept sau cu lanț ramificat. Alcanii cu lanț drept, precum butanul (C₄H₁₀), au atomi de carbon conectați într-o linie continuă. Alcanii ramificați, precum izobutanul, au atomi de carbon ramificați din lanțul principal.

Datorită stabilității legăturilor lor simple, alcanii sunt mai puțin reactivi decât alte hidrocarburi. Ei suferă în principal reacții de combustie, ceea ce îi face utili ca și combustibili.

De exemplu, octanul este o componentă cheie a benzinei. Stabilitatea alcanilor îi face, de asemenea, potriviți pentru utilizarea în lubrifianți și solvenți.

Alchene: Hidrocarburi nesaturate cu legături duble

Alchenele sunt hidrocarburi nesaturate care conțin cel puțin o dublă legătură (C=C) între atomii de carbon. Această dublă legătură le face mai reactive decât alcanii.

Formula generală pentru alchene este:

CnH₂n

De exemplu, etena (C₂H₄), cunoscută și sub numele de etilenă, este o alchenă simplă utilizată în mod obișnuit pentru a produce materiale plastice precum polietilenă.

Prezența dublei legături conferă alchenelor o structură plană în jurul legăturii, restricționând rotația între cei doi atomi de carbon implicați. Această diferență structurală contribuie la reactivitatea lor mai mare.

Alchenele sunt implicate în numeroase reacții, inclusiv polimerizare și reacții de adiție. Etilena, de exemplu, este esențială în producerea polimerilor și joacă un rol în maturarea fructelor.

Alchine: Hidrocarburi cu legături triple

Alchinele sunt un alt grup de hidrocarburi nesaturate, dar conțin cel puțin o legătură triplă (C≡C) între atomii de carbon.

Formula generală pentru alchine este:

CnH₂n₋₂

O alchină bine cunoscută este etilena (C₂H₂), cunoscută sub denumirea de acetilenă, utilizată în sudură datorită temperaturii sale ridicate de ardere.

Alchinele au o structură liniară în jurul triplei legături, ceea ce înseamnă că atomii conectați de tripla legătură se află în linie dreaptă. Tripla legătură face ca alchinele să fie mai reactive decât alcanii și alchenele.

Alchinele participă la reacții de adiție și sunt utilizați pentru producerea multor substanțe chimice organice, inclusiv produse farmaceutice și fibre sintetice.

Numirea hidrocarburilor: Reguli și exemple IUPAC

Denumirea hidrocarburilor urmează reguli clare IUPAC pentru a descrie cu exactitate structura lor. Denumirea fiecărei hidrocarburi constă dintr-un prefix și un sufix care reprezintă numărul de atomi de carbon și tipurile de legături din moleculă.

Prefixe precum met- (1 atom de carbon), et- (2 atomi de carbon) și prop- (3 atomi de carbon) identifică numărul de atomi de carbon din lanț.

De exemplu, metanul (CH₄) este cea mai simplă hidrocarbură, în timp ce etanul (C₂H₆) are doi atomi de carbon.

Pe măsură ce numărul de atomi de carbon crește, prefixele continuă, cum ar fi but- (4 atomi de carbon) și pent- (5 atomi de carbon).

Sufixul arată tipul de legătură:

• -an pentru legături simple, ca în propan (C₃H₈),
• -en pentru legături duble, ca în butenă (C₄H₈),
• -in pentru legături triple, ca în propenă (C₃H₄).

Numerotarea atomilor de carbon începe de la capătul cel mai apropiat de o ramificare sau legătură dublă/triplă. Acest lucru asigură faptul că substituenții sau legăturile primesc cel mai mic număr posibil. De exemplu, în 2-butenă, dubla legătură începe la carbonul 2.

Pentru hidrocarburile ramificate, lanțul principal este identificat primul, în timp ce ramificațiile sunt denumite ca grupe alchil, precum metil sau etil, cu precizarea poziției lor. De exemplu, 2-metilpropan descrie un lanț cu trei atomi de carbon cu o grupare metil pe al doilea carbon.

Hidrocarburile ciclice, precum ciclohexanul, sunt denumite prin adăugarea ciclo- la denumirea de bază a compusului.

Excepții de denumire a hidrocarburilor

Iată o listă de hidrocarburi comune care se abat de la regulile stricte de denumire IUPAC:

• Benzen (C₆H₆): Cunoscut pentru inelul său aromatic, evitând numele formal ciclohexatrien.
• Toluen (C₆H₅CH₃): Numit pentru grupul său metil atașat la un inel de benzen.
• Acetilenă (C₂H₂): Denumită în mod obișnuit acetilenă, deși IUPAC preferă etilena.
• Stiren (C₆H₅CH=CH₂): Utilizat pe scară largă în contexte comerciale și academice.
• Etilenă (C₂H₄): Denumită încă etilenă, mai degrabă decât denumirea formală etenă.
• Propilenă (C₃H₆): Denumirea comună propilenă este mai frecventă decât propenă.
• Acetonă (CH₃COCH₃): Denumită în mod obișnuit acetonă, deși IUPAC o numește propan-2-onă.
• Formaldehida (CH₂O): Mai bine cunoscută ca formaldehidă decât denumirea sa IUPAC, metanal.
• Isoprene (C₅H₈): Denumit în mod obișnuit izopren în loc de 2-metil-1,3-butadienă.

Nomenclatura și formula hidrocarburilor: Exerciții

🟠 Nomenclatura hidrocarburilor Exercițiul 1

Numiți hidrocarbura CH₃CH₂CH(CH₃)CH₃ folosind regulile IUPAC.

Soluție: Lanțul cel mai lung are patru atomi de carbon, ceea ce face ca denumirea rădăcină să fie butan. O grupă metil (CH₃) este atașată celui de-al treilea carbon, deci denumirea IUPAC corectă este 3-metilbutan.

🟠 Nomenclatura hidrocarburilor Exercițiul 2

Scrieți formula moleculară pentru 2-butenă.

Soluție: Rădăcina "but-" indică patru atomi de carbon, iar "-enă" înseamnă o dublă legătură între doi atomi de carbon. Formula generală pentru alchene este CnH₂n, deci 2-butena are formula moleculară C₄H₈.

Hidrocarburi saturate vs. nesaturate

Hidrocarburile saturate conțin doar legături simple între atomii de carbon, ceea ce le face mai stabile.

Cunoscute sub denumirea de alcani, acestea urmează formula generală CnH₂n₊₂. Fiecare atom de carbon dintr-o hidrocarbură saturată se leagă cu alți patru atomi, de obicei hidrogen sau carbon.

De exemplu, etanul (C₂H₆) are doi atomi de carbon conectați printr-o singură legătură, cu fiecare atom de carbon legat de trei atomi de hidrogen.

Hidrocarburile nesaturate au cel puțin o legătură dublă sau triplă între atomii de carbon. Această categorie include alchenele (legături duble) și alchinele (legături triple).

Alchenele urmează formula CnH₂n, în timp ce alchinele folosesc CnH₂n₋₂. Acești compuși sunt mai reactivi chimic decât alcanii datorită legăturilor lor multiple.

De exemplu, etena (etilena, C₂H₄) are o dublă legătură între atomii săi de carbon, iar etina (acetilena, C₂H₂) are o triplă legătură.

Hidrocarburi ciclice: Structură și nomenclatură

Hidrocarburile ciclice sunt hidrocarburi în care atomii de carbon formează o structură inelară. Două tipuri principale sunt:

🟠 Cicloalcani (saturați)

🟠 Cicloalchene (nesaturate)

Cicloalcanii sunt formați numai din legături simple între atomii de carbon, cu formula generală CnH₂n. Un exemplu este ciclohexanul (C₆H₁₂), unde șase atomi de carbon creează un inel închis, cu fiecare carbon legat de doi atomi de hidrogen. Cicloalcanii mai mici prezintă adesea deformări inelare din cauza unghiurilor de legătură mai mici.

În schimb, cicloalchenele conțin cel puțin o dublă legătură carbon-carbon. Formula lor generală este CnH₂n₋₂. De exemplu, ciclopentena (C₅H₈) are cinci atomi de carbon dispuși într-un inel cu o legătură dublă.

În nomenclatura IUPAC, se utilizează prefixul "ciclo-" cu numele de bază al alcanului sau al alchenei, în funcție de numărul de atomi de carbon. De exemplu, un inel cu șase atomi de carbon cu legături simple se numește ciclohexan, în timp ce un inel cu cinci atomi de carbon cu o legătură dublă se numește ciclopentan. Numerotați atomii de carbon pornind de la legătura dublă în cazul cicloalchenelor sau de la poziția substituentului în cazul inelelor substituite.

Hidrocarburi aromatice: Benzen și derivații săi

Hidrocarburile aromatice conțin cel puțin un inel de benzen, o structură de șase atomi de carbon dispuși în formă hexagonală.

Benzenul (C₆H₆) este cea mai simplă hidrocarbură aromatică. Structura inelară prezintă alternanță de legături simple și duble, dar în loc de legături localizate, apare rezonanța.

În rezonanță, electronii sunt delocalizați pe întreg inelul, ceea ce oferă stabilitate moleculei.

Printre derivații comuni ai benzenului se numără toluenul (C₆H₅CH₃), în care o grupare metil înlocuiește un atom de hidrogen, și xilenul (C₆H₄(CH₃)₂), în care două grupe metil se atașează inelului. Acești derivați mențin stabilitatea inelului benzenic, dar dobândesc proprietăți unice în funcție de grupurile atașate.

Hidrocarburile aromatice suferă în principal reacții de substituție electrofilă, în care un alt atom sau grup înlocuiește un atom de hidrogen din inelul benzenic. Exemple de astfel de reacții includ nitrarea, în care o grupare nitro (NO₂) înlocuiește un hidrogen, sau halogenarea, în care un atom de halogen înlocuiește un atom de hidrogen.

Datorită stabilității lor, hidrocarburile aromatice sunt mai puțin reactive decât alchenele sau alchinele, dar joacă totuși un rol-cheie în industria chimică.

Acestea sunt utilizate în mod obișnuit în producerea de plastice, coloranți și farmaceutice. Combinația dintre rezonanță și o structură inelară stabilă distinge hidrocarburile aromatice de alte tipuri.

Îmbunătățiți-vă cunoștințele în alcani, alchene și alchine

Hidrocarburile sunt dificile pentru dumneavoastră? Un meditator de chimie calificat poate explica subiecte complexe într-un mod care are sens pentru dumneavoastră, făcând chimia anorganică și chimia anorganică inteligibile și plăcute.

Căutați un meditator folosind fraze precum "meditator chimie organică Suceava" sau "profesor chimie anorganică Timișoara" pe platforme precum meet'n'learn. Veți găsi pe cineva care poate adapta lecțiile la nevoile dumneavoastră.

Dacă preferați să învățați în grup, căutați online "clase de chimie Brașov" sau "lecții de chimie Cluj". Căutarea vă va conduce la meditații de chimie în apropiere.

Hidrocarburi: Întrebări frecvente

1. Din ce sunt compuse hidrocarburile?

Hidrocarburile sunt formate în întregime din atomi de hidrogen și carbon legați între ei în diferite structuri.

2. Care este formula generală pentru alcani?

Alcanii urmează formula generală CnH₂n₊₂, unde "n" reprezintă numărul de atomi de carbon din lanț.

3. Care este diferența dintre hidrocarburile saturate și nesaturate?

Hidrocarburile saturate (alcani) au legături simple între atomii de carbon, în timp ce hidrocarburile nesaturate (alchene și alchine) conțin legături duble sau triple.

4. Cum sunt denumite hidrocarburile folosind regulile IUPAC?

Hidrocarburile sunt denumite pe baza numărului de atomi de carbon și a tipurilor de legături, folosind prefixe precum "met-" pentru un carbon și sufixe precum "-an" pentru legături simple.

5. Ce sunt hidrocarburile ciclice?

Hidrocarburile ciclice sunt hidrocarburi în care atomii de carbon formează un inel închis, cum ar fi în cicloalcani și cicloalchene.

6. Ce este o hidrocarbură aromatică?

Hidrocarburile aromatice, precum benzenul, au o structură inelară cu electroni delocalizați, oferind stabilitate și reactivitate unică.

7. Care este denumirea comună pentru etenă?

Etena este cunoscută în mod obișnuit ca etilenă, un nume utilizat pe scară largă în aplicații industriale.

8. De ce este benzenul o excepție de la regulile de denumire IUPAC?

Benzenul își păstrează denumirea comună datorită utilizării sale istorice și extinse, chiar dacă nu urmează convențiile standard de denumire IUPAC.

Referințe:

1. ThoughtCo
2. Britannica
3. Wikipedia