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組員:林佑俊 4BS1030077 陳柏彣 4BS1030061 黃琮勝 4BS1030058 林裕錡 4BS1030055
有機化學 組員:林佑俊 4BS 陳柏彣 4BS 黃琮勝 4BS 林裕錡 4BS
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烷烴 又稱石蠟烴,是碳氫化合物下的一種飽和烴,其整體構造大多僅由碳、氫、碳-碳單鍵與碳氫單鍵所構成,同時也是最簡單的一種有機化合物,而其下又可細分出鏈烷烴與環烷烴。其名烷是化學家取「碳」右下角之「火」,加上「完」以造出的字,讀音同「完」。「碳」表示其結構中含有碳,而「完」表示其分子結構中碳原子化合價完足的意思。
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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,反應式如下:
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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。
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物理性質 烷烴有許多物理性質: 密度皆小於一。 不溶於水,但溶於有機溶劑。
熔點與沸點隨著分子量增大和碳鏈增長而升高,同碳數的烷烴,支鏈越多沸點越低。 一般情況下,碳數小於5的烷類(甲烷到丁烷)為氣態,5-17之間的烷類(戊烷到十七烷)為液態,18個碳(十八烷)以上的烷類為固態。
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化學性質 在正常情況下,烷烴性質很穩定,因為碳-氫鍵和碳-碳鍵相對穩定,難以斷裂、以及烷烴不會搶奪官能團,所以不容易發生反應,除了下面三種反應,小分子的烷烴幾乎不能進行其他反應。但支鏈多的烷烴,鍵角可能不同於109.5度,導致其容易發生反應。
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燃燒反應 反應通式: 所有的烷烴都能燃燒,而且反應放熱極多。烷烴完全燃燒生成CO2和H2O。如果O2的量不足,就會產生有毒氣體一氧化碳(CO),甚至炭黑(C)。 分子量大的烷烴經常不能夠完全燃燒,它們在燃燒時會有黑煙產生,就是炭黑。
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鹵代反應 反應通式: 由於烷烴的結構太牢固,一般的有機反應不能進行。烷烴的鹵代反應是一種自由基取代反應,反應的起始需要光能來產生自由基。
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命名 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。但若結構中出現苯環,則其為芳烴。
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鏈烷烴 化學通式: 鏈烷烴的命名步驟為: 找出最長的碳鏈當主鏈,依碳數命名主鏈,前十個以天干代表碳數,碳數多於十個時,以中文數字命名,如:十一烷。 從最近的取代基位置編號:1、2、3...(使取代基的位置數字越小越好)。以數字代表取代基的位置。數字與中文數字之間以 - 隔開。 有多個取代基時,以取代基數字最小且最長的碳鏈當主鏈,並依甲基、乙基、丙基的順序列出所有取代基。 有兩個以上的取代基相同時,在取代基前面加入中文數字:一、二、三...,如:二甲基,其位置以「,」(逗號)隔開,一起列於取代基前面。 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。
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結構 烷烴中,每個碳原子都是四價的,採用sp3混成軌道,與周圍的4個碳或氫原子形成牢固的σ鍵,可以旋轉,故烷類無順反異構物。 為了使鍵的排斥力最小,連接在同一個碳上的四個原子形成四面體。甲烷是標準的正四面體形態,其鍵角為),大約等於109°。
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異構體 烷類的異構物大多鏈異構(由於支鏈不同而造成的異構物)。超過3個碳原子的烷烴可以以多種方式排列,形成同分異構體。烷烴異構物的數目會隨著碳數增加而增加。
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例子 C1:沒有同素異構體: 甲烷 C2:沒有同素異構體: 乙烷 C3:沒有同素異構體: 丙烷 C4:兩個異構體: 正丁烷, 異丁烷 C5:三個異構體: 正戊烷, 異戊烷, 新戊烷 C6:五個異構體: 己烷
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工業上的應用 由於烷烴的製取成本較高(一般要用烯烴催化加氫),所以在工業上不製取烷烴,而是直接從石油中提取。由於烷烴不易發生反應,所以工業上也不把它作為化工基本原料。烷烴的作用主要是做燃料。天然氣和沼氣(主要成分為甲烷)是近來廣泛使用的清潔能源。
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