Alkany alkeny alkiny – wzory, nazewnictwo i właściwości

Alkany, alkeny i alkiny to trzy podstawowe grupy węglowodorów, które różni nie tylko typ wiązań między atomami węgla, ale także charakter reakcji i zakres zastosowań. Alkany są węglowodorami nasyconymi, w których występują wyłącznie wiązania pojedyncze, natomiast alkeny i alkiny należą do związków nienasyconych, ich łańcuch zawiera odpowiednio jedno wiązanie podwójne lub potrójne.

Znajomość wzorów sumarycznych (CnH2n+2, CnH2n, CnH2n-2), zasad budowy szeregu homologicznego i reguł nazewnictwa ułatwia rozróżnienie tych związków oraz określenie ich właściwości. Każda z tych grup ma charakterystyczne cechy, różnią się stanem skupienia, rozpuszczalnością, aktywnością chemiczną i zastosowaniem np. w produkcji paliw, tworzyw sztucznych i rozpuszczalników. Umiejętność ich rozpoznawania przydaje się nie tylko do sprawdzianu, ale i w praktycznych zagadnieniach chemii.

Co to są alkany, alkeny i alkiny? Charakterystyka głównych grup

Alkany, alkeny i alkiny należą do podstawowych grup związków organicznych, znanych jako węglowodory. Każda z tych grup różni się budową, wzorem, nazwą oraz właściwościami:

Alkany to węglowodory nasycone, czyli zawierające wyłącznie wiązania pojedyncze pomiędzy atomami węgla. Są trwałe chemicznie i określane jako parafiny. Najbardziej znane to metan, etan, propan i butan. Wzór ogólny alkanów to CₙH₂ₙ₊₂.
Alkeny to węglowodory nienasycone, w ich strukturze pomiędzy atomami węgla występuje jedno wiązanie podwójne. Są wyraźnie bardziej reaktywne od alkanów. Wzór ogólny: CₙH₂ₙ. Przykładem jest eten (znany też jako etylen) oraz propen.
Alkiny to kolejna grupa węglowodorów nienasyconych, charakteryzuje je obecność jednego wiązania potrójnego pomiędzy atomami węgla. Wzór ogólny: CₙH₂ₙ₋₂. Najprostszy alkin to etyn, czyli acetylen.

Te trzy rodzaje różnicuje przede wszystkim typ występujących w nich wiązań chemicznych oraz liczba atomów wodoru w stosunku do liczby atomów węgla.

Wzory ogólne i szeregologiczny: alkany, alkeny i alkiny

Wzory ogólne służą do szybkiego rozpoznania, do jakiej grupy należy dany związek oraz jak obliczyć liczbę atomów wodoru dla zadanej liczby atomów węgla:

Alkany: wzór ogólny CₙH₂ₙ₊₂ (np. dla propanu: C₃H₈)
Alkeny: wzór ogólny CₙH₂ₙ (np. dla propen: C₃H₆)
Alkiny: wzór ogólny CₙH₂ₙ₋₂ (np. dla propyn: C₃H₄)

Tworzą też szereg homologiczny związków organicznych, czyli każda kolejna cząsteczka w serii różni się o jedną grupę –CH₂–. Oto przykłady dla alkanów:

Metan C₁H₄
Etan C₂H₆
Propan C₃H₈
Butan C₄H₁₀
Pentan C₅H₁₂

Analogicznie powstają szeregi dla alkenów i alkinów, zmieniając odpowiednio końcówki nazw (–an, –en, –yn).

Nazwa i nazewnictwo alkanów, alkenów, alkinów

Nazewnictwo jest proste i logiczne, szczególnie dla nauki i testów:

Alkany: końcówka –an (metan, etan, propan)
Alkeny: końcówka –en (eten, propen, buten)
Alkiny: końcówka –yn lub –in (etyn, propyn, butyn)

Przy dłuższych łańcuchach oraz obecności wiązań wielokrotnych czy podstawników stosuje się numerację, łańcuch węglowy numeruje się od końca najbliższego wiązaniu wielokrotnemu, a położenie tego wiązania zapisuje się w nazwie cyfrą, np. but-2-en, pent-1-yn.

Przy rozgałęzieniach podaje się nazwę grupy alkilowej przed nazwą głównego łańcucha wraz z numerem, gdzie się pojawia. Dla kilku tych samych podstawników stosuje się przedrostki di-, tri- itd. (np. 2,3-dimetylobutan).

Właściwości alkanów, alkenów i alkinów – porównanie

Właściwości fizyczne

Stan skupienia alkanów, alkenów i alkinów zależy od długości łańcucha:

od 1 do 4 atomów węgla: gaz (np. metan, eten, etyn)
od 5 do 16–17 atomów węgla: ciecz
powyżej 16–17: ciało stałe

Wszystkie trzy grupy są nierozpuszczalne w wodzie, ale dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (np. benzen, eter dietylowy, alkohol etylowy).

Im dłuższy łańcuch węglowy, tym wyższa temperatura wrzenia i gęstość, np. oktan wrze wyżej niż butan.

Właściwości chemiczne – porównanie reaktywności

Alkany (wzory alkanów: CₙH₂ₙ₊₂) to węglowodory najmniej reaktywne. Mogą uczestniczyć w reakcjach podstawienia z halogenami (np. chlorowanie), głównie pod wpływem światła. Są odporne na działanie kwasów i zasad, nie odbarwiają wody bromowej i nie ulegają polimeryzacji.
Alkeny (wzory alkenów: CₙH₂ₙ) są bardziej reaktywne dzięki obecności wiązania podwójnego. Charakterystyczne właściwości alkenów to odbarwianie wody bromowej (reakcja przyłączania) oraz zdolność do polimeryzacji, prowadzącej do tworzyw sztucznych (np. polietylen z etenu). Dają mieszanki wybuchowe z powietrzem.
Alkiny (wzory alkinów: CₙH₂ₙ₋₂) są najbardziej reaktywne, szczególnie intensywnie reagują z halogenami i wodorem, odbarwiają wodę bromową oraz zachodzą u nich reakcje polimeryzacji. Etyn (acetylen) wykorzystywany jest np. do produkcji poliacytylenu czy spawania.

Wszystkie grupy łatwo ulegają spalaniu, ale ich produkty zależą od dostępu tlenu.

Reakcje spalania alkanów, alkenów, alkinów

W chemii ważne jest rozróżnienie spalania trzech typów:

Spalanie całkowite – powstaje dwutlenek węgla i woda:
CₙH₂ₙ₊₂ + O₂ → CO₂ + H₂O
Spalanie niecałkowite („półspalanie”) – powstaje tlenek węgla (czad, CO) i woda:
CₙH₂ₙ₊₂ + O₂ → CO + H₂O
Spalanie niecałkowite z wydzieleniem sadzy (węgla) – powstaje C (węgiel elementarny) i woda:
CₙH₂ₙ₊₂ + O₂ → C + H₂O

Typ spalania zależy od ilości dostępnego tlenu, stąd np. wybuchy metanu czy mieszanki gazów przy niedostatecznym przewietrzaniu.

Polimeryzacja i reakcje charakterystyczne

Alkeny i alkiny polimeryzują, czyli mogą się łączyć w długie łańcuchy. Tak powstaje polietylen czy poliacytylen, stosowane do produkcji wielu popularnych przedmiotów domowych i przemysłowych.
Odbarwianie wody bromowej pomaga rozpoznać obecność wiązań wielokrotnych. Jeśli ciecz brązowa robi się przezroczysta przy dodaniu węglowodoru, to mamy do czynienia z alkenem lub alkinem.

Zastosowanie alkanów, alkenów i alkinów

Alkany znajdziesz w gazie ziemnym, ropie naftowej, benzynach, woskach, są podstawą paliw i stanowią ważny składnik rozpuszczalników.
Alkeny i alkiny są najważniejszymi surowcami do produkcji tworzyw sztucznych i polimerów, np. etylen (polietylen), propen (polipropylen), acetylen (poliacytylen). Używa się ich także w syntezach organicznych oraz do wyrobu farb, lakierów czy leków.

Nauka chemii – testy i sprawdziany alkany alkeny alkiny

W nauce chemii, szczególnie w szkole podstawowej i na początku szkoły średniej, ważne jest połączenie teorii z ćwiczeniami praktycznymi. Pomagam ci materiały z wyraźnym szlakiem: poznajesz wzory alkanów, testujesz reakcje alkenów, rozpoznajesz cechy i zastosowanie alkinów. Jeśli szykujesz się do testu lub sprawdzianu, wygodnie jest sięgnąć po powtórki i testy online (szukaj ich po haśle testy alkany alkeny alkiny – znajdziesz zestawy pytań, przykładowe zadania i szybkie powtórki).

Alkany, alkeny i alkiny są fundamentem chemii organicznej i twojej codzienności, nawet jeśli nie zawsze je widzisz. Poznanie ich wzorów ogólnych, nazewnictwa, właściwości oraz typowych reakcji pomaga nie tylko zdać sprawdzian, ale też, na chłodno, zrozumieć „co jest w benzynie, co w plastiku, a co w spawarce”. Zajrzyj do dostępnych materiałów – łącz naukę z praktyką, żeby zbudować solidne podstawy bez chemicznego stresu!