Ankan là gì? Tính chất vật lý, tính chất hóa học của Ankan, cách điều chế Ankan và ứng dụng - Hóa 11 bài 25

Bài viết này sẽ giúp các em hiểu rõ ankan là gì? đồng đẳng, đồng phân và danh pháp của ankan. Các tính chất vật lý, tính chất hóa học của ankan? cách điều chế ankan và ứng dụng.

I. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp

1. Dãy đồng đẳng ankan

- Công thức tổng quát chung cho ankan là C_nH_2n+2 (n ≥ 1).

- Tên gọi chung là ankan hay paraffin.

- Công thức đơn giản nhất là metan (CH₄).

- Mạch cacbon hở, có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh.

- Trong phân tử ankan chỉ có các liên kết đơn C - C, C - H. Các nguyên tử cacbon trong phân tử ankan (trừ C₂H₆) không cùng nằm trên một đường thẳng.

2. Đồng phân của ankan

- Ankan chỉ có đồng phân mạch C khi có từ 4C trở lên, tức là:

Từ C₄H₁₀ trở đi, ứng với mỗi công thức phân tử có các công thức cấu tạo mạch cacbon không phân nhánh và mạch cacbon phân nhánh của các đồng phân mạch cacbon.

* Ví dụ: Các đồng phân của C₅H₁₂ là:

3. Danh pháp ankan

• Một số ankan mạch cacbon không phân nhánh được giới thiệu trong bảng sau:

•  Phân tử có mạch nhánh thì gọi theo quy tắc sau:

- Chọn mạch chính: là mạch dài nhất có nhiều nhóm thế nhất.

- Đánh số vị trí cacbon trong mạch chính bắt đầu từ phía gần nhánh hơn.

- Gọi tên: Vị trí mạch nhánh + tên nhánh + tên mạch chính (tên ankan tương ứng với số nguyên tử cacbon trong mạch chính).

> Lưu ý: Tên thường:

- Nếu chỉ có một nhánh duy nhất CH₃ ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso

- Nếu có 2 nhánh CH₃ ở C số 2 thì thêm tiền tố neo.

- Bậc của một nguyên tử cacbon trong phân tử ankan bằng số nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nó.

II. Tính chất vật lí của ankan

- Ở điều kiện thường, bốn ankan đầu dãy đồng đẳng (từ CH₄ đến C₄H₁₀) là những chất khí, các ankan tiếp theo là chất lỏng, từ khoảng C₁₈H₃₈ trở đi là những chất rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các ankan tăng theo chiều tăng của phân tử khối.

- Ankan nhẹ hơn nước và hầu như không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

III. Tính chất hóa học của ankan

- Ở nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO₄ (thuốc tím),...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy. 

1. Phản ứng thế của ankan

CH₄ +Cl₂  CH₃Cl + HCl

CH₃Cl: clometan (metyl clorua)

CH₃Cl + Cl₂  CH₂Cl₂ + HCl

 CH₂Cl₂: điclometan (metylen clorua)

CH₂Cl₂ + Cl₂  CHCl₃ + HCl

CHCl₃: triclometan (clorofom)

CHCl₃ + Cl₂  CCl₄ + HCl

CCl₄: tetraclometan (cacbon tetraclorua)

Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.

> Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

- Các phản ứng trên được gọi là phản ứng halogen hóa. Các sản phẩm thế được gọi là dẫn xuất halogen của hiđrocacbon.

2. Phản ứng tách của ankan

a) Phản ứng tách Hidro (đề hidro hóa):

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

 C_nH_2n+2  C_nH_2n+2-2x + xH₂

b) Phản ứng bẻ gãy liên kết C-C (cracking):

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

 C_nH_2n+2  C_mH_2m + C_m'H_2m'+2 (n = m + m') 

3. Phản ứng oxi hóa (đốt cháy)

- Khi bị đốt, các ankan đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

- Nếu thiếu oxi, phản ứng cháy của ankan xảy ra không hoàn toàn: sản phẩm cháy ngoài CO₂, H₂O còn có C, CO,...

 C_nH_2n+2 + [(3n+1)/2]O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O 

> Nhận xét:

- Đốt ankan thu nCO₂ < nH₂O

- Nếu đốt hiđrocacbon thu được nCO₂ < nH₂O ⇒ Hiđrocacbon đem đốt là ankan (C_nH_2n+2).

IV. Điều chế ankan

1. Điều chế ankan trong phòng thí nghiệm

Metan được điều chế bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút:

CH₃COONa + NaOH  CH₄↑ + Na₂CO₃

2. Điều chế ankan trong công nghiệp

- Các ankan là thành phần chính của dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu.

- Từ dầu mỏ, bằng phương pháp chưng cất phân đoạn, ta thu được các ankan ở các phân đoạn khác nhau.

- Từ khí thiên nhiên và khí mỏ dầu cũng thu được các ankan CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ ...

 C + 2H₂  CH₄

 CO + 3H₂  CH₄ + H₂O

V. Ứng dụng của ankan

- Dùng làm nhiên liệu trong hàn cắt kim loại.

- Dùng làm dầu bôi trơn, dung môi.

- Để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH₃Cl, CH₂Cl₂, CCl₄, CF₂Cl₂,...

- Đặc biệt từ CH₄ điều chế được nhiều chất khác nhau: hỗn hợp CO + H₂, ammoniac, C₂H₂, rượu metylic, andehit fomic,...