Теория:
Углеводороды — природные органические соединения. Они входят в состав природного газа, нефти, каменного угля.
Углеводороды — органические вещества, состоящие из атомов углерода и водорода.
Вспомним электронное строение атомов углерода и водорода. На внешнем электронном уровне атома углерода находятся четыре электрона, каждый из которых способен образовать ковалентную связь. В атоме водорода — один электрон. Валентность углерода в органических соединениях равна четырём. Водород всегда одновалентен.
В молекулах углеводородов атомы соединены ковалентными связями: между атомами углерода связь неполярная, а между атомами углерода и водорода — полярная.
Водород в этих соединениях всегда проявляет положительную степень окисления \(+1\). Степень окисления углерода в разных углеводородах может принимать значения от \(0\) до \(-4\).
Обрати внимание!
Атомы углерода способны соединяться друг с другом одинарной, двойной или тройной связью и образовывать цепи и циклы.
Смотри видео «Как свойства углерода изменили представления о химии».
Насыщенные углеводороды
Углеводороды, в молекулах которых все связи одинарные, называются насыщенными (предельными).
Наиболее простое строение среди насыщенных углеводородов имеет метан. Его формула — . Порядок соединения атомов в молекуле метана можно показать с помощью структурной формулы:
Валентность углерода в метане равна \(IV\), а степень окисления — \(-4\): .
Метан входит в состав природного газа. В лаборатории этот газ можно получить гидролизом карбида алюминия:
В природном газе содержится этан. Он имеет состав и строение . Его структурную формулу можно изобразить следующим образом:
Валентность углерода в этане равна \(IV\). Степень окисления с валентностью не совпадает, она равна \(-3\): .
К насыщенным углеводородам относится также пропан.
Формулы пропана: , ,
Метан, этан и пропан — это бесцветные газы, не имеющие запаха.
Обрати внимание!
Важнейшим свойством насыщенных углеводородов является их способность гореть с выделением большого количества тепла:
Это свойство позволяет использовать в качестве топлива природный газ, состоящий в основном из метана, этана и пропана.
Ненасыщенные углеводороды
Углеводороды, в молекулах которых есть двойные или тройные связи, называются ненасыщенными (непредельными).
Простейший ненасыщенный углеводород с двойной связью имеет состав . Это этилен. Его сокращённая структурная формула: . При обычных условиях этилен — бесцветный газ. Как и насыщенные углеводороды, он горит с выделением тепла.
Ненасыщенные углеводороды образуются при дегидрировании насыщенных углеводородов. Этилен можно получить из этана:
Дегидрирование — это реакция, при которой от молекулы углеводорода отнимается два атома водорода.
Простейший углеводород, имеющий в молекуле тройную связь, — это ацетилен.
Его молекулярная формула — , а структурную формулу можно записать так: — или так: .
Углерод четырёхвалентен, так как его атомы образуют по четыре связи.
Степень окисления углерода в ацетилене равна \(-1\): .
Ацетилен можно получить из карбида кальция:
Это тоже бесцветный горючий газ.
Реакции получения метана и ацетилена из карбидов показывают, что неорганические и органические вещества связаны между собой взаимопревращениями.