Ankan là gì? Công thức tổng quát của ankan | Bài tập về ankan

Ankan là gì? Công thức tổng quát của ankan

Ankan là hợp chất hữu cơ đơn giản nhất được tạo thành từ cacbon và hiđro (hydrocarbon no). Ankan có công thức tổng quát là C _n H _2n+2 .

Dựa trên cấu trúc của chúng, chúng được phân loại thành các ankan mạch thẳng tuyến tính, các ankan mạch nhánh và xicloankan. Chúng không mùi, không màu và không hòa tan trong nước.

**Điểm nóng chảy và điểm sôi của ankan tăng khi trọng lượng phân tử tăng. 

Bài viết liên quan:

Tên danh pháp của ankan | Cách đọc tên ankan

Khả năng phản ứng hóa học của ankan ít hơn vì chúng là những hợp chất rất ổn định. Các ankan rất quan trọng trong công nghiệp như nhiên liệu.

Các dạng tồn tại của ankan trong tự nhiên

Các ankan có nguyên tử cacbon C₁ đến C₄ là chất khí

Các ankan rất dễ cháy và có giá trị như nhiên liệu sạch, đốt cháy để tạo thành nước và carbon dioxide.

Ví dụ: Metan (CH₄), Etan (C₂H₆), Propan (C₃H₈) và Butan (C₄H₁₀) là các chất khí và được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu. 

Ankan từ C₅ (pentan) lên đến khoảng C₁₇ là chất lỏng

Ví dụ: dầu mỏ, dầu khoáng, khí hoá lỏng LPG, methanol, ethanol, propanol,.

Xăng là hỗn hợp của các ankan từ pentan đến khoảng decan. Dầu hỏa chứa ankan từ khoảng n=10 đến n=16. 

Ankan từ C₁₇ trở nên là chất rắn ở nhiệt độ phòng

Ví dụ: Parafin, sáp nến, đường,.

Trên n=17 chúng là chất rắn ở nhiệt độ phòng. Các ankan có giá trị n cao hơn được tìm thấy trong nhiên liệu diesel, dầu nhiên liệu, thạch dầu hỏa, sáp parafin, dầu động cơ và đối với các giá trị n cao nhất, nhựa đường.

Các dẫn xuất của ankan được sử dụng trong hàng trăm sản phẩm như nhựa, sơn, thuốc, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, v.v., vì vậy nguồn nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta thu được các ankan là quá quý giá để đốt cháy tất cả làm nhiên liệu động cơ.

Tính chất hoá học của ankan

Các ankan không tham gia loại phản ứng nào?

Các phân tử ankan không phân cực và do đó thường không phản ứng với các hợp chất ion như hầu hết các axit, bazơ, chất oxy hóa hoặc chất khử.

Các ankan là nhóm cơ bản nhất trong tất cả các hợp chất hữu cơ. Ankan tham gia rất ít phản ứng vì các liên kết hydrocacbon hoàn toàn ổn định ở vị trí của chúng. Không có liên kết đôi nào bị phá vỡ và các phân tử trung hoà về mặt điện tích (không có sự chênh lệch đáng kể về điện tích, cấu trúc hình học thuộc dạng đối xứng dẫn đến không có sự phân cực giữa các phân tử.) 

Hai phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng đốt cháy và halogen hóa (hay còn gọi là phản ứng thế ankan). Các ankan có xu hướng thay thế một hydro trên ankan bằng một halogen để tạo thành haloankan.

Phản ứng halogen hoá (phản ứng thế ankan) rất quan trọng trong hóa hữu cơ vì nó tạo tiền đề cho các phản ứng hóa học tiếp theo.

Phản ứng đặc trưng của ankan

Phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng thế (phản ứng halogen hoá). Bởi vì Ankan bão hoà nên không thể tham gia phản ứng cộng.

Hai phản ứng đặc trưng của ankan và cũng là phản ứng quan trọng nhất của ankan là phản ứng thế (halogen hóa) và phản ứng đốt cháy. #Bài viết chi tiết về: Phản ứng đặc trưng của ankan

Phản ứng đốt cháy (phản ứng nhiệt)

Một trong hai phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng đốt cháy (phản ứng oxi hoá). Những phản ứng này diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc sự hấp thụ năng lượng ánh sáng thông qua sự hình thành các gốc tự do có hoạt tính cao.

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy Metan (CH₄) để tạo ra carbon dioxide (CO₂) và nước (H₂O).

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Phản ứng thế của ankan (phản ứng halogen hóa)

Ankan trải qua phản ứng thế với halogen để tạo ra haloankan (còn được gọi là haloalkan). Khi ankan phản ứng với halogen, nguyên tử hydro được thay thế bằng nguyên tử halogen và sản phẩm là haloankan.

Ví dụ: Ethane (C₂H₆) trải qua phản ứng brom hóa để tạo ra etyl bromua khi có nhiệt hoặc ánh sáng.

C₂H₆ + Br₂ → C₂H₅Br + HBr

Tổng hợp một số câu hỏi và bài tập về ankan

Tại sao ankan tương đối trơ về mặt hoá học?

Các ankan tương đối trơ về mặt hoá học bởi vì:

1. Các ankan chỉ có các liên kết đơn là cộng hóa trị sigma. Những liên kết này khá mạnh và khó phá vỡ và để phá vỡ chúng cần một lượng lớn năng lượng (ví dụ đốt chúng);
2. Momen lưỡng cực bằng 0;
3. Cấu trúc hình học của chúng thuộc một trong các dạng trung hoà về điện tích.

Ví dụ: Metan (CH₄) có cấu trúc hình học dạng tứ diện, đối xứng. Các phân tử trung hoà về mặt điện tích do đó momen lưỡng cực bằng 0.

Sự khác nhau giữa anken, ankin và ankan là gì?

Sự khác nhau giữa anken, ankin và ankan là Ankan chỉ tham gia phản ứng thế nhưng anken và ankin đều tham gia cả phản ứng thế và phản ứng cộng.

Tại sao ankan được gọi là hiđrocacbon no?

Ankan được gọi là hiđrocacbon no vì trong cấu tạo của chúng không chứa liên kết bội như liên kết đôi, liên kết ba. Các nguyên tử cacbon và hiđro trong ankan liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị đơn.

Bài tập về ankan

Bài tập về ankan nối các mục sau đây ở cột 1 với cột 2 và chọn câu trả lời đúng :

Đáp án:

Q2. Góc liên kết của ankan là gì?

Trả lời: Góc liên kết của ankan là 109,5 ^o .

Q3. Bài tập về ankan sắp xếp n-pentan, iso-pentan và neopentan theo thứ tự nhiệt độ sôi giảm dần.

Trả lời: Nhiệt độ sôi giảm khi độ phân nhánh của ankan tăng. Do đó, n-pentane > iso-pentane > neopentane là thứ tự giảm dần của điểm sôi.

Q4. Kim loại nào được sử dụng để điều chế thuốc thử grignard từ haloalkan?

Trả lời: Kim loại magie được sử dụng để điều chế thuốc thử grignard từ các haloalkan.

Q5. Bài tập về ankan lấy ví dụ về việc sử dụng ethylene dibromide.

Trả lời: Ethylene dibromide được sử dụng làm chất chống kích nổ trong buồng đốt để ngăn chặn sự lắng đọng của kim loại chì.

Q6. Chất nào sau đây có nhiệt độ sôi cao nhất?

(a) Pentan (C₅H₁₂)

(b) Hexan (C₆H₁₄)

(c) Heptan (C₇H₁₆)

(d) Octan (C₈H₁₈)

Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy hay nhiệt độ sôi của một ankan tỉ lệ thuận với độ lớn phân tử khối. vì vậy đáp án đúng là (d). Octan (C₈H₁₈).

Q7. Ankan còn được gọi là gì?

Trả lời: Ankan còn được gọi là Parafin, là tên gọi chung cho nhóm các hydrocarbon dạng ankan với phân tử lượng lớn có công thức tổng quát CₙH₂ₙ₊₂, trong đó n lớn hơn 20.

Q8. Nhôm cacbua (Al4C3) phản ứng với nước tạo thành?

(a) Metan (CH₄)

(b) Etan (C2H₆)

(c) Heptan (C₇H₁₆)

(d) Octan (C₈H₁₈)

Trả lời: Nhôm cacbua (Al₄C₃) phản ứng với nước tạo thành khí metan (CH₄). Phương trình phản ứng được viết là:

Al₄​C₃​ + 12H₂​O → 4Al(OH)₃​+3CH₄​

Q9. Sáp paraffin là gì?

(a) Hiđrocacbon no

(b) Hiđrocacbon không no

(c) Rượu

(d) Axit cacboxylic

Trả lời: Đáp án (a). Sáp paraffin là một hydrocarbon no có công thức tổng quát CₙH₂ₙ₊₂, trong đó n lớn hơn 20.

Q10. Dầu mỏ chủ yếu bao gồm những gì?

(a) Hiđrocacbon thơm

(b) Hydrocacbon béo

(c) Rượu béo

(d) Axit aliphatic

Trả lời: Đáp án (a). Dầu mỏ chủ yếu bao gồm butan và propan nhưng có một ít thành phần của etan trong đó. Hỗn hợp butan , etan và propan được gọi là các hydrocarbon thơm.