BÀI 12: ALKANE

1. KHÁI NIỆM VỀ ALKANE

* Tìm hiểu nguồn alkane trong tự nhiên

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

* Tìm hiểu cấu tạo và công thức chung của alkane

Alkane là các hydrocarbon mạch hở chỉ có liên kết đơn

CT chung: C$_{n}$H$_{2n+2}$ (n ≥ 1). 

2. DANH PHÁP ALKANE

* Tìm hiểu cách gọi tên alkane theo danh pháp thay thế

Danh pháp thay thế của các alkane:

- Tên theo danh pháp thay thế của các alkane không phân nhánh

Tiền tố ứng với số ngtu C của alkane + ane

- Tên theo danh pháp thay thế của các alkane phân nhánh

Tên alkane = số chỉ vi trí mạch nhánh – tên nhánh + Tiền tố ứng với số ngtu C mạch chính + ane

Lưu ý

+ Chọn mạch chính là mạch dài nhất, đánh số TT Ả rập sao cho tổng số vị trí các nhánh là nhỏ nhất.

- Tên nhánh là tên gốc  alkyl

- Gốc alkyl gọi theo tên alkane nhưng đổi “ane” thành “yl”.

- Giữa phần số và chữ phải dùng dấu “-’’

- Khi đọc tên nhảnh phải kèm STT của nhánh

- Nếu có 2 nhánh giống nhau thì dùng tiếp đầu ngữ là đi, 3 nhóm là tri, 4 là tetra…

- Khi có 2 nhánh khác nhau thì thứ tự gọi tên theo thứ tự ABC.

Ví dụ: 

a) butane

b) 2, 3-dimethylpentane

c) 2, 3-dimethylpentane

3. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

* Tìm hiểu tính chất vật lí của alkane

- Ở điều kiện thường alkane từ C1 $\rightarrow $ C4 ở trạng thái khí, từ C5 $\rightarrow $ C17 trở đi ở trạng thái lỏng, từ C18 trở lên ở dạng rắn. 

- t$_{nc}^{^{\circ}}$, t$_{o}^{^{\circ}}$ và khối lượng riêng của alkane nói chung tăng theo chiều tăng của phân tử khối.

- Alkane là những chất không màu, không tan trong nước, nhẹ hơn nước nhưng tan trong dung môi không phân cực.

4. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

* Tìm hiểu đặc điểm liên kết hóa học trong phân tử alkane

Mỗi nguyên tử carbon trong alkane đều nằm ở tâm của một hình tứ diện, 4 đỉnh là các nguyên tử H, hoặc nguyên tử C với các góc liên kết: C-C-C, C-C-H, H-C-H gần bằng 109,5$^{\circ}$C

Trong alkane chỉ có liên kết σ bền, không phân cực $\rightarrow $ khá trơ về mặt hoá học

* Tìm hiểu tính chất hóa học của alkane

a. Phản ứng thế halogen

CH$_{4}$+ Cl$_{2}$ $\overset{as}{\rightarrow}$ CH$_{3}$Cl + HCl

chloromethane

CH$_{3}$Cl + Cl$_{2}$ $\overset{as}{\rightarrow}$ CH$_{2}$Cl$_{2}$ + HCl

dichloromethane

CH$_{2}$Cl$_{2}$ + Cl$_{2}$ $\overset{as}{\rightarrow}$ CHCl$_{3}$ + HCl

trichloromethane

CHCl$_{3}$ + Cl$_{2}$ $\overset{as}{\rightarrow}$ CCl$_{4}$ + HCl

tetrachloromethane

- Phản ứng thế halogen là phản ứng đặc trưng của alkane. 

- Đối với alkane phân tử có các nguyên tử C có bậc khác nhau,sản phẩm chính thế H ở C bậc cao hơn

b. Phản ứng cracking 

c. Phản ứng reforming

CH$_{3}$[CH$_{2}$]$_{4}$CH$_{3} \overset{t^{\circ},p}{\rightarrow}$ CH$_{3}$C(CH$_{3}$)$_{2}$CH$_{2}$CH$_{3}$ 

CH$_{3}$[CH$_{2}$]$_{4}$CH$_{3} \overset{t^{\circ},p}{\rightarrow}$ C$_{6}$H$_{12}$ + H$_{2}$

                                   cyclohexane

CH$_{3}$[CH$_{2}$]$_{4}$CH$_{3} \overset{t^{\circ},p}{\rightarrow}$ C$_{6}$H$_{6}$ + 3H$_{2}$

                               benzene

Kết luận:

- Cracking là quá trình “bẻ gãy” các phân tử alkane mạch dài thành những hydrocarbon mạch ngắn hơn.

- Phản ứng reforming là quá trình biến đổi cấu trúc phân tử các alkane mạch không phân nhánh, mạch hở, không thơm thành các hydrocarbon có nhánh hoặc vòng.

d. Phản ứng oxi hóa

Oxi hoá hoàn toàn

Thí nghiệm 2: Đốt cháy hexane

Hiện tượng: Ngọn lửa có màu vàng xanh, không tạo bồ hóng.

PTHH

2C$_{6}$H$_{14}$ + 19O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow}$ 12CO$_{2}$ + 14H$_{2}$O

PTHH tổng quát: 

Oxi hoá không hoàn toàn

Thí nghiệm 3: Tìm hiểu khả năng phản ứng của hexane với dung dịch KMnO4

Màu tím của dung dịch KMnO$_{4}$ trong 2 ống nghiệm không đổi. Tuy nhiên, do hexane không tan trong nước nên chất lỏng trong 2 ống nghiệm có sự phân lớp.

Kết luận:

- Phản ứng oxi hoá: Alkane cháy toả nhiều nhiệt, alkane không làm mất màu KMnO$_{4}$,

5. ỨNG DỤNG CỦA ALKANE VÀ ĐIỀU CHẾ ALKANE TRONG CÔNG NGHIỆP

*Tìm hiểu ứng dụng của alkane

• Alkane dùng làm nhiên liệu 

• Dùng làm dầu bôi trơn, dung môi,...

• là nguyên liệu tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH$_{3}$Cl, CH$_{2}$Cl$_{2}$, CCl$_{4}$, CF$_{2}$Cl$_{2}$, ...

* Điều chế alkane trong công nghiệp

• Trong công nghiệp, alkane được khai thác từ khí thiên nhiên, khí đồng hành và dầu mỏ (chưng cất phân đoạn).

* Tìm hiểu một số nguyên nhân gây ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông và cách giảm thiểu, hạn chế.

• Ô nhiễm không khí do khói thải từ các phương tiện giao thông góp phần làm Trái Đất nóng lên và gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu