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烷類(alkanes)為鏈狀飽和烴,其通式為CnH2n+2; 環烷(cycloalkane)為結構中含有一個環的飽和烴,其通式為CnH2n。 烷類與環烷的碳原子均以sp3混成軌域參與鍵結,碳-碳與碳-氫原子間皆以單鍵(σ鍵)結合。 由於碳與氫的電負度值非常接近,因此烷類與環烷均為低極性或非極性分子。7-2.1烷類與環烷的物理性質 7-2.2烷類與環烷的化學性質及反應常溫、常壓下,直鏈烷類中, 碳數1~4者為氣態, 5~17者為液態, 18個以上者則為固態, 常見烷類的物理性質見表:直鏈烷類分子間的凡得瓦力大致上隨著碳數的增加而增大,因此熔點、沸點逐漸增高; 不過,熔點高低亦與分子對稱性有關。 分子愈對稱者愈可緊密堆積,則熔點較高, 例如:乙烷及甲烷的熔點均比丙烷高, 如圖: 同碳數的環烷分子之結構比直鏈烷類較不易變形,使得環烷分子彼此的接觸點較多,故凡得瓦力較大,因此沸點較高。 如圖: 烷類與環烷均為低極性或非極性,因此均難溶於水,但可以溶於低極性的有機溶劑,例如:苯、四氯化碳、三氯甲烷及其他烴類。 烷類與環烷的密度均隨碳原子數的增加而增大,但均小於1.00gmL-1,因此烷類與環烷均可浮於水面, 例如:油輪所漏出的石油會漂浮於海面上。 依照沸點高低順序排列下列物質:甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷。正戊烷、異戊烷與新戊烷的沸點與熔點高低順序各為何?烷類的C-C與C-H鍵不易斷裂,在常溫、常壓下不與強酸、強鹼、氧化劑及還原劑等反應。 因此,正己烷等液態烷類常作為有機化合物反應的溶劑。 不過,在高溫或者受紫外光照射,烷類仍會發生取代反應,例如:可與鹵素產生鹵化反應。 氟氯碳化物如二氟二氯甲烷, 早期廣用於噴霧推進劑、冰箱冷凍庫的冷媒、溶劑與發泡劑等,後來發現會破壞臭氧層,因此主要工業國家決議自1987年起逐漸降低其使用量,以保護臭氧層。在紫外光照射下,甲烷與氯氣可反應,產生 一氯甲烷(簡稱)、 二氯甲烷、 三氯甲烷(俗稱) 或四氯甲烷(即)。 在高溫與催化劑作用下,可以使烷類的碳-碳或碳-氫鍵斷裂,產生反應(), 生成分子量較小的烷類與烯類。 例如:戊烷裂解可以得到氫氣、乙烯及丙烯等高經濟價值的產物, 將裂解產物再經催化劑作用,也可製成合成汽油。在氧氣充足時,烷類燃燒生成水與二氧化碳,並產生大量熱量,是目前的重要能源。 例如: 天然氣含、, 液化石油氣則以、為主要成分, 兩者皆是家庭的主要燃料。 此外,天然氣可用於火力發電,液化石油氣可作為汽車燃料。汽油、柴油在內燃機的汽缸中燃燒,提供汽、機車或船舶動力; 航空汽油經噴射引擎燃燒,則可推動噴射飛機。環烷的化學性質與烷類相似,但是環丙烷與環丁烷的鍵角遠小於109.5。,使得此兩化合物較不穩定。取1.00莫耳甲烷與氯氣混合,照光進行氯化反應,得到一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿及四氯化碳的莫耳數依序為0.40、0.20、0.30及0.10,則最少使用了多少克氯氣?(原子量:Cl=35.5)取1.0莫耳烷類完全燃燒,得到264克二氧化碳及126克水,則此烷類有若干種結構異構物?(原子量:H=1,C=12,O=16)在乙烷與氯氣反應中,當氯氣的量不多時,乙烷分子中可能只有一個或兩個氫被氯取代,試畫出此種取代反應所有產物之結構式,並寫出它們的系統命名。丙烷和氯氣反應,丙烷分子的兩個氫原子被氯原子取代之產物共有多少種?畫出所有產物之結構式,並寫出它們的系統命名。