Alkany, alkeny i alkiny

* Alkany (parafiny)

Alkany są to nasycone węglowodory acykliczne (związki składające się z atomów węgla i wodoru), które mają wzór ogólny: CnH2n+2 (n - oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce węglowodoru). Między atomami węgla w cząsteczkach alkanów występują jedynie wiązania pojedyncze. Alkany tworzą szereg homologiczny (grupa związków, w której każdy następny związek różni się od poprzedniego o dwa atomy wodoru i jeden atom węgla (grupę -CH2), posiadające podobne właściwości chemiczne, a różne właściwości fizyczne, np. inne temperatury topnienia i wrzenia ). Szereg homologiczny alkanów wygląda następująco:

CH4 metan

C2H6 etan

C3H8 propan

C4H10 butan

C5H12 pentan

C6H14 heksan

C7H16 heptan

C8H18 oktan

C9H20 nonan

C10H22 dekan

Cztery pierwsze węglowodory nasycone noszą nazwy tradycyjne, natomiast nazwy pozostałych alkanów powstały w wyniku złożenia liczebnika greckiego lub łacińskiego i końcówki -an. Alkany, które mają od jednego do czterech atomów węgla w cząsteczce są gazami, alkany których cząsteczki zawierają od pięciu do szesnastu atomów węgla są cieczami, natomiast te, które mają powyżej szesnastu atomów węgla są ciałami stałymi. Alkany są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast ulegają rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach organicznych (np. benzenie, eterze). Temperatury topnienia i wrzenia tych związków są zależne od budowy łańcucha węglowego. Alkany są mało aktywne pod względem chemicznym. W obecności światła atom wodoru w cząsteczce alkanu może zostać zastąpiony atomem chloru lub bromu.

Alkany występują w ropie naftowym, wosku ziemnym i gazie ziemnym. Stanowią składniki wielu paliw i są surowcami w wielu syntezach organicznych oraz stosowane są jako rozpuszczalniki. Alkany ulegają różnym rodzajom spalania. W zależności od ilości tlenu jest to:

spalanie całkowite CH4+2O2=CO2+2H2O

spalanie niecałkowite 2CH4+3O2=2CO+4H2O

spalanie niecałkowite (dawniej zwane półspalaniem) CH4+O2=C+2H2O

Spalanie innych węglowodorów przebiega bardzo podobnie.

Najprostszym alkanem jest metan CH4. Jest to bezbarwny, palny gaz bez zapachu i smaku. Z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Jest składnikiem gazu ziemnego, węglowego, błotnego oraz wchodzi w skład gazów, które występują w kopalniach, gdzie bardzo często jest przyczyną pożarów oraz wybuchów.

* Alkeny (olefiny)

Alkeny należą do węglowodorów nienasyconych, a ich wzór ogólny ma postać: CnH2n. Alkeny między atomami węgla posiadają jedno wiązanie podwójne. Najprostszym alkenem jest eten (etylen), który jest bezbarwnym gazem, tworzącym z powietrzem mieszaninę wybuchową. Podobnie jak alkany, węglowodory nienasycone także tworzą szereg homologiczny:

C2H4 eten

C3H6 propen

C4H8 buten

C5H10 penten

C6H12 heksen

C7H14 hepten

C8H16 okten

C9H18 nonen

C10H20 deken

Nazwy alkenów tworzy się zmieniając końcówkę - an odpowiedniego alkanu na -en, np. alken o trzech atomach węgla to propen (nazwa powstała od propanu). Są one związkami nierozpuszczalnymi w wodzie, które łatwo ulegają reakcjom przyłączania w miejscu wiązania podwójnego i przechodzą w związki nasycone (przyłączają np. wodór, fluorowce, tlen). Alkeny w obecności katalizatorów polimeryzują (np. eten daje polietylen). Alkeny występują w niektórych ropach naftowych. Otrzymuje się je w wyniku krakingu frakcji ropy naftowej, przez katalityczne odwodnienie alkanów, odwodnienie alkoholi lub z wodoru i węgla (synteza Fischera i Tropscha).

* Alkiny (dawniej zwane acetylenami)

Do węglowodorów nienasyconych zaliczane są również alkiny, które posiadają jedno wiązanie potrójne między atomami węgla. Wzór ogólny alkinów to CnH2n-2. Najprostszym alkinem jest bezbarwny, palny, rozpuszczalny w wodzie i bardzo aktywny chemicznie gaz - etyn (acetylen). Alkiny także tworzą szereg homologiczny:

C2H2 etyn

C3H4 propyn

C4H6 butyn

C5H8 pentyn

C6H10 heksyn

C7H12 heptyn

C8H14 oktyn

Nazwy alkinów tworzymy zmieniając końcówkę -an alkanów na -yn (lub -in)np. propyn to alkin o trzech atomach węgla w cząsteczce, a jego nazwa utworzona jest od propanu. Obecność wiązania potrójnego w cząsteczce alkinów przyczynia się do tego, że związki te łatwo ulegają reakcjom (polimeryzacji i przyłączania). Alkiny są palne i znalazły zastosowanie w wielu syntezach organicznych. Stosowane są także do w produkcji tworzyw sztucznych.