Bài viết Ankan là gì? Tính chất, ứng dụng và cách điều chế Ankan? được Luật Gia Bùi tổng hợp và điều chỉnh chính xác thông tin và đăng tải lại trên website. Nếu bạn có bất cứ nhu cầu cần tư vấn về Luật, hãy liên hệ với dịch vụ tư vấn pháp luật của chúng tôi.
1. Ankan là gì?
1. Ankan là gì?
Ankan là một loại hợp chất hữu cơ thuộc nhóm ankan, có công thức phân tử là CnH2n+2 (n ≥ 1), trong đó n là số nguyên dương. Ankan có cấu trúc phân tử gồm các nguyên tử carbon liên kết với nhau bằng các liên kết đơn, và mỗi nguyên tử carbon liên kết với hai hoặc ba nguyên tử hydro.
Ankan là hydrocacbon no, mạch hở, không tạo mạch vòng. Ankan đơn giản nhất là metan (CH4). Các ankan có thể có mạch cacbon không phân nhánh hoặc phân nhánh, và có thể có các đồng phân cấu tạo khác nhau. Tên gọi của ankan được xác định theo số nguyên tử cacbon trong mạch chính và vị trí của các nhóm ankyl (CnH2n+1) trên mạch chính. Ví dụ: CH3-CH2-CH(CH3)-CH3 là 2-metylbutan.
Ankan là một loại chất hóa học thuộc nhóm hydrocarbon mạch hở. Điều này có nghĩa là các phân tử ankan chỉ chứa các liên kết C-C và C-H. Ankan cũng được gọi là alkane và parafin. Đây là nhóm chất hữu cơ cơ bản trong lĩnh vực hóa học.
Ankan có thể được phân loại theo số lượng nguyên tử carbon trong phân tử. Ankan đơn giản chỉ có một nguyên tử carbon là metan (CH4), ankan đơn vị có hai nguyên tử carbon là etan (C2H6), ankan ba đơn vị có ba nguyên tử carbon là propan (C3H8), và cứ thế tăng lên theo quy tắc IUPAC. Ankan cũng có thể có cấu trúc phân nhánh, nghĩa là có một hoặc nhiều nhóm metyl (-CH3) gắn vào chuỗi chính của ankan. Ví dụ như isobutan (C4H10) có một nhóm metyl gắn vào nguyên tử carbon thứ hai của propan. Ankan cũng có thể có cấu trúc vòng, nghĩa là các nguyên tử carbon liên kết với nhau tạo thành một hình tròn. Ví dụ như xiclopropan (C3H6) có ba nguyên tử carbon liên kết với nhau tạo thành một tam giác đều.
2. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của ankan:
2.1. Tính chất vật lý:
Tính chất vật lý của ankan là những đặc điểm liên quan đến trạng thái tồn tại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng, độ tan và tính phân cực của các hợp chất này. Các tính chất vật lý của ankan phụ thuộc vào số nguyên tử cacbon trong phân tử và cấu trúc mạch cacbon. Một số tính chất vật lý cơ bản của ankan là:
– Ở điều kiện thường, 4 ankan đầu trong dãy đồng đẳng từ CH4 đến C4H10 có dạng khí. Các ankan tiếp theo ở dạng lỏng, từ C18H38 trở đi là ở dạng rắn.
– Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cũng như khối lượng riêng của các ankan tăng theo số lượng nguyên tử cacbon trong phân tử tức là chiều tăng của phân tử khối.
– Khối lượng riêng của ankan nhẹ hơn nước.
– Ankan là dung môi không phân cực, không tan trong nước mà chỉ tan trong dung môi hữu cơ.
– Ankan có tính phân cực thấp do liên kết C-C và C-H là liên kết không phân cực.
2.2. Tính chất hóa học:
– Trong nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa.
– Khi được đun nóng hoặc chiếu sáng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hidro và phản ứng cháy.
– Phản ứng thế là phản ứng mà một nguyên tố hoạt động hóa học mạnh hơn trong hợp chất sẽ thay thế nguyên tố hoạt động hóa học yếu hơn. Ankan có thể bị thế một hoặc nhiều nguyên tử hydro bằng các nhóm chức khác như halogen, nitro, sunfonic, hydroxyl,… Phản ứng thế thường xảy ra khi ankan tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như Cl2, Br2, HNO3, H2SO4,…
Phản ứng thế có công thức tổng quát như sau:
CnH2n+2 + xX2 → CnH2n+2-xXx + xHX
Trong đó X là halogen, HX là axit halohydric.
Phản ứng thế của ankan có thể xảy ra theo cơ chế gốc tự do – dây chuyền gồm 3 giai đoạn: khơi mào, phát triển và tắt mạch. Phản ứng thế cũng phụ thuộc vào bậc của nguyên tử cacbon trong phân tử ankan. Bậc của nguyên tử C được tính bằng số liên kết của chính nó với các nguyên tử C khác. Khả năng phản ứng của các nguyên tử C trong ankan là: Cbậc 3 > Cbậc 2 > Cbậc 1.
Ví dụ: CnH2n+2 + xCl2 → CnH2n+2-x Clx + xHCl (x ≤ 2n+2).
– Phản ứng tách hidro (cracking) là phản ứng mà ankan bị tách thành các hiđrocacbon không no và hidro. Ankan có thể bị tách thành các ankan nhỏ hơn hoặc các hidrocacbon không no khác. Phản ứng tách thường xảy ra khi ankan được gia nhiệt ở nhiệt độ cao hoặc có xúc tác.
Phương trình tổng quát của phản ứng là:
CnH2n+2 → CnH2n + H2
Trong phản ứng này, hai nguyên tử hidro gắn với hai nguyên tử cacbon liền kề nhau sẽ tách ra cùng nhau, tạo ra một liên kết pi giữa hai nguyên tử cacbon đó. Phản ứng này chỉ xảy ra với những ankan có từ hai nguyên tử cacbon trở lên, và ưu tiên tách hidro ở cacbon bậc cao.
Ví dụ: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl.
– Phản ứng oxi hóa của ankan là phản ứng mà ankan phản ứng với oxi để tạo ra các sản phẩm khác nhau. Phản ứng oxi hóa quan trọng nhất của ankan là phản ứng đốt cháy, trong đó ankan cháy hoàn toàn trong không khí hay oxi tạo ra nước và khí carbon dioxide. Phản ứng này giải phóng nhiều nhiệt và ánh sáng. Phương trình tổng quát của phản ứng đốt cháy ankan có dạng:
CnH2n+2 + (n + n/2)O2 → nCO2 + (n + 1)H2O
Ví dụ: Phản ứng đốt cháy metan (CH4):
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Ngoài ra, ankan cũng có thể bị oxi hóa không hoàn toàn tạo ra các sản phẩm khác như ancol, andehit, xeton, axit carboxylic… Tuy nhiên, phản ứng này yêu cầu nhiệt độ cao hoặc có mặt xúc tác.
Ankan có thể bị oxi hóa thành các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào điều kiện phản ứng. Nếu oxi hóa hoàn toàn, ankan sẽ tạo ra CO2 và H2O. Nếu oxi hóa không hoàn toàn, ankan sẽ tạo ra CO và H2O hoặc C và H2O.
– Phản ứng nhiệt phân của Ankan là phản ứng mà ankan bị tách thành các hidrocacbon nhỏ hơn do tác dụng của nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác. Phản ứng này có thể tạo ra các sản phẩm là ankan khác, anken, ankin, benzen, toluen, hidro hoặc các hợp chất halogen hóa. Phản ứng nhiệt phân của Ankan có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp hóa dầu, vì nó giúp chuyển hóa các dầu thô nặng thành các sản phẩm nhẹ hơn có giá trị cao hơn như xăng, dầu diesel, khí tự nhiên.
Ví dụ: C 10 H 22 → C 6 H 14 + C 4 H 8 (phản ứng cracking)
C 6 H 14 → C 6 H 6 + 4H 2 (phản ứng đề hydro hóa)
C 10 H 22 + Cl 2 → C 10 H 21 Cl + HCl (phản ứng halogen hóa)
3. Điều chế ankan:
– Để điều chế ankan trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng các phương pháp sau:
+ Phản ứng vôi tôi xút: Đun nóng muối của axit cacboxylic với hỗn hợp vôi tôi xút để tạo ra ankan và cacbonat kim loại kiềm. Ví dụ:
CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3 (CaO, nhiệt độ)
+ Cộng H2 vào hợp chất không no: Cho hợp chất không no đi qua Ni nóng đỏ để cộng H2 thành ankan. Ví dụ:
C2H4 + H2 → C2H6 (Ni, nhiệt độ)
– Để điều chế ankan trong công nghiệp, có thể sử dụng các phương pháp sau:
+ Chưng cất phân đoạn dầu mỏ: Dầu mỏ được đun nóng ở nhiệt độ cao để tách ra các thành phần khác nhau theo điểm sôi, trong đó có các ankan.
C + 2H2 → CH4 (Ni, 500 độ C)
CO + 3H2 → CH4 + H2O (nhiệt độ, xúc tác)
+ Đi từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ: Khí thiên nhiên và khí dầu mỏ chủ yếu là metan và etan, có thể được sử dụng trực tiếp hoặc tổng hợp thành các ankan khác.
+ Cracking ankan: Đun nóng ankan ở nhiệt độ cao để phân rã thành các ankan nhỏ hơn và các sản phẩm khác. Ví dụ:
C10H22 → C5H12 + C3H8 + C2H2
4. Ứng dụng của ankan:
– Ankan được dùng làm nhiên liệu, như metan, etan, propan, butan, xăng, dầu hỏa, dầu diesel… Ankan có khả năng cháy tốt và sinh ra nhiều nhiệt lượng. Ankan cũng được dùng trong đèn xì để hàn, cắt kim loại.
– Ankan được dùng làm dung môi không phân cực, hòa tan tốt các chất không phân cực khác như dầu, mỡ, sáp… Ankan không tan trong nước và không phản ứng với axit, bazơ hay chất oxi hóa mạnh.
– Ankan được dùng làm dầu bôi trơn, chất chống gỉ cho các bộ phận máy móc. Ankan có khả năng giảm ma sát và bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.
– Ankan được dùng làm sáp đun nấu và pha thuốc mỡ. Sáp là một loại ankan rắn có khả năng giữ nhiệt và tạo độ bóng cho các sản phẩm.
– Ankan được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác như các dẫn xuất halogen, các hidrocacbon không no, các ancol, andehit, axit cacboxylic…
5. Bài tập vận dụng:
Câu 1: Ankan là một chất dẫn điện kém vì
A. Không có khả năng tạo ra dòng điện.
B. Thiếu các điện tử tự do để dẫn điện.
C. Không có điện tích.
D. Các phân tử ankan quá nhỏ để dẫn điện>
Đáp án: B.
Câu 2: Ankan được phân loại là hợp chất phân tử có độ dẫn điện kém là vì
A. Không có liên kết ion.
B. Có tính khử mạnh.
C. Khó tan trong nước.
D. Có cấu trúc phân tử hóa học.
Đáp án: D.
Câu 3: Ankan phản ứng với clo thành hợp chất nào?
A. Cl2
B. C2H4Cl2
C. HCl
D. C2H6
Đáp án: B.
Câu 4: Điểm sôi của ankan là bao nhiêu?
A. -161 độ C
B. -269 độ C
C. 0 độ C
D. 100 độ C
Đáp án: A.
Câu 5: Công thức phân tử của metan là gì?
A. CH4
B. C2H6
C. C3H8
D. C4H10
Đáp án: A
Liên hệ dịch vụ luật chuyên nghiệp – Luật Gia Bùi
CÔNG TY TNHH LUẬT GIA BÙI
Địa chỉ: Số 2, ngách 1, ngõ 243 Trung Văn, P Trung Văn, Nam Từ Liêm, Hà Nội
Hotline: 0971106895
Nguồn: https://luatduonggia.vn/ankan-la-gi-tinh-chat-ung-dung-va-cach-dieu-che-ankan/
