Hiilivedyt ovat välttämättömiä orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat hiilestä ja vedystä. Nämä molekyylit ovat monien polttoaineiden ja teollisuusmateriaalien perusta.
Hiilivetyjen hiiliatomien välillä voi olla erilaisia sidoksia, jotka muuttavat niiden rakennetta ja ominaisuuksia. Joissakin hiilivedyissä on vain yksinkertaisia sidoksia, kun taas toisissa voi olla kaksois- tai kolmoissidoksia.
Tämän monimuotoisuuden ansiosta ne voidaan luokitella alkaaneiksi, alkeeneiksi ja alkyyneiksi. Niiden kemiallinen rakenne vaikuttaa myös siihen, miten ne reagoivat muiden aineiden kanssa, mikä tekee hiilivedyistä uskomattoman monipuolisia.
Tarvitsetko vain perusasiat? Tässä on yksinkertainen selitys hiilivedyistä:
Ne jaetaan tyydyttyneisiin (alkaaneihin) ja tyydyttymättömiin (alkeenit ja alkyynit).
🟠 Alkaanit ovat tyydyttyneitä hiilivetyjä, joissa on yksinkertaisia sidoksia, kun taas alkeenit ja alkyynit sisältävät kaksois- ja kolmoissidoksia.
🟠 Aromaattisilla hiilivedyillä, kuten bentseenillä, on ainutlaatuinen rengasrakenne, jossa vuorottelevat kerta- ja kaksoissidokset, mikä antaa niille erityistä vakautta.
🟠 Sykliset hiilivedyt muodostavat renkaita, kuten sykloalkaanit (yksinkertaiset sidokset) ja sykloalkeenit (kaksoissidokset).
🟠 IUPAC:n nimeämissäännöissä käytetään hiilivetyjen lukumäärään perustuvia etuliitteitä, kuten meth-, eth- ja prop-, ja sidostyyppeihin perustuvia suffikseja, kuten -ane, -ene ja -yne.
🟠 Jotkin hiilivedyt, kuten bentseeni ja asetyleeni, noudattavat nimeämispoikkeuksia, ja niihin viitataan usein niiden yleisnimillä.
Jos aromaattiset, sykliset ja alifaattiset hiilivedyt ovat mielestäsi haastavia, älä huoli! Henkilökohtainen tukiopetus tai interaktiiviset kemian oppitunnit tekevät näistä käsitteistä helpompia. Tutustu lisää kemian aiheisiin ja laajenna tietojasi ilmaisevissa Kemian maailma -blogeissamme.
Hiilivedyt ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat vain hiili- ja vetyatomeista. Hiiliatomit muodostavat ketjuja tai renkaita, ja vetyatomit sitoutuvat. Hiilivedyt luokitellaan hiiliatomien välisten sidostyyppien perusteella.
Alkaanit ovat tyydyttyneitä hiilivetyjä, joissa hiilivetyjen välillä on vain yksittäisiä sidoksia, ja ne noudattavat yleistä kaavaa CnH₂n₊₂. Yleinen esimerkki on metaani (CH₄).
Alkeneissä ja alkyyneissä, jotka tunnetaan tyydyttymättöminä hiilivetyinä, on kaksoissidoksia (C=C) tai kolmoissidoksia (C≡C). Esimerkiksi eteeni (C₂H₄) on alkeeni, kun taas etyyni (C₂H₂) on alkiini.
Erilaiset sidostyypit muuttavat kunkin hiilivedyn reaktiivisuutta ja ominaisuuksia.
Hiilivetyjä voidaan ryhmitellä eri tyyppeihin hiiliatomien välisten sidosten perusteella. Nämä sidokset määräävät niiden rakenteen, kemiallista kaavaa ja reaktiivisuutta.
Hiilivetyjen kolme päätyyppiä ovat alkaanit, alkeenit ja alkyynit.
Alkaanit ovat kyllästyneitä hiilivetyjä eli kaikki hiiliatomit ovat yhteydessä toisiinsa yksinkertaisilla sidoksilla. Näin kukin hiiliatomi voi sitoutua mahdollisimman moneen vetyatomiin, mikä tekee niistä "tyydyttyneitä".
Alkaanien yleinen kaava on:
CnH₂n₊₂ CnH₂n₊₂
n tarkoittaa hiiliatomien lukumäärää.
Esimerkiksi metaani (CH₄) on yksinkertaisin alkaani, kun taas propaani (C₃H₈) sisältää kolme hiiliatomia.
Alkaanit voivat olla suoraketjuisia tai haaraketjuisia. Suoraketjuisissa alkaaneissa, kuten butaanissa (C₄H₁₀), hiiliatomit ovat yhteydessä toisiinsa jatkuvalla viivalla. Haarautuneissa alkaaneissa, kuten isobutaanissa, hiiliatomit haarautuvat pääketjusta.
Yksittäisten sidostensa vakauden vuoksi alkaanit ovat vähemmän reaktiivisia kuin muut hiilivedyt. Ne käyvät läpi ensisijaisesti palamisreaktioita, minkä vuoksi ne ovat käyttökelpoisia polttoaineina.
Esimerkiksi oktaani on bensiinin keskeinen komponentti. Alkaanien stabiilius tekee niistä sopivia myös voiteluaineissa ja liuottimissa käytettäväksi.
Alkeenit ovat tyydyttymättömiä hiilivetyjä, jotka sisältävät vähintään yhden kaksoissidoksen (C=C) hiiliatomien välillä. Tämä kaksoissidos tekee niistä reaktiivisempia kuin alkaaneista.
Alkeenien yleinen kaava on:
CnH₂n
Esimerkiksi eteeni (C₂H₄), joka tunnetaan myös nimellä eteeni, on yksinkertainen alkeeni, jota käytetään yleisesti muovien, kuten polyeteeni, valmistukseen.
Kaksoissidoksen läsnäolo antaa alkeenille tasorakenteen sidoksen ympärillä, mikä rajoittaa kahden hiiliatomin välistä kiertoa. Tämä rakenteellinen ero vaikuttaa osaltaan niiden korkeampaan reaktiivisuuteen.
Alkeneja on mukana monissa reaktioissa, kuten polymerisaatio ja additioreaktiot. Esimerkiksi etyleeni on avainasemassa polymeerien tuotannossa ja sillä on merkitystä hedelmien kypsymisessä.
Alkyynit ovat toinen tyydyttymättömien hiilivetyjen ryhmä, mutta ne sisältävät vähintään yhden kolmisidoksen (C≡C) hiiliatomien välillä.
Alkyynien yleinen kaava on:
CnH₂n₋₂
Tunnettu alkydi on etyyni (C₂H₂), joka tunnetaan yleisesti nimellä asetyleeni ja jota käytetään hitsauksessa sen korkean palamislämpötilan vuoksi.
Alkyyneillä on lineaarinen rakenne kolmoissidoksen ympärillä, mikä tarkoittaa, että kolmoissidoksen yhdistämät atomit ovat suorassa linjassa. Kolmoissidoksen ansiosta alkyynit ovat reaktiivisempia kuin alkaanit ja alkeenit.
Alkyynit osallistuvat additioreaktioihin ja niitä käytetään monien orgaanisten kemikaalien, kuten lääkkeiden ja synteettisten kuitujen, valmistukseen.
Hiilivetyjen nimeämisessä noudatetaan selkeitä IUPAC-sääntöjä, jotta niiden rakenne voidaan kuvata tarkasti. Kunkin hiilivedyn nimi koostuu etuliitteestä ja jälkiliitteestä, jotka kuvaavat hiiliatomien lukumäärää ja molekyylin sidostyyppejä.
Etuliitteet, kuten meth- (1 hiili), eth- (2 hiiltä) ja prop- (3 hiiltä), yksilöivät ketjun hiiliatomien määrän.
Esimerkiksi metaani (CH₄) on yksinkertaisin hiilivety, kun taas etaani (C₂H₆) sisältää kaksi hiiliatomia.
Hiilivetyjen määrän kasvaessa etuliitteet jatkuvat, kuten mutta- (4 hiiltä) ja pent- (5 hiiltä).
Suffiksi osoittaa sidoksen tyypin:
Hiiliatomien numerointi aloitetaan siitä päästä, joka on lähimpänä haaraa tai kaksois- tai kolmoissidosta. Näin varmistetaan, että substituentit tai sidokset saavat pienimmän mahdollisen numeron. Esimerkiksi 2-buteenissa kaksoissidos alkaa hiilestä 2.
Haaraketjuisten hiilivetyjen osalta pääketju yksilöidään ensin, kun taas haarat nimetään alkyyliryhmiksi, kuten metyyli tai etyyli, ja niiden sijainti ilmoitetaan. Esimerkiksi 2-metyylipropaani kuvaa kolmihiiliketjua, jonka toisessa hiilestä on metyyliryhmä.
Sykliset hiilivedyt, kuten sykloheksaani, nimetään lisäämällä yhdisteen perusnimeen syklo-.
Seuraavassa on luettelo yleisistä hiilivedyistä, jotka poikkeavat tiukoista IUPAC:n nimeämissäännöistä:
Nimeä hiilivety CH₃CH₂CH(CH₃)CH₃ käyttäen IUPAC:n sääntöjä.
Ratkaisu: Pisimmässä ketjussa on neljä hiiliatomia, joten kantanimi on butaani. Kolmanteen hiileen on liitetty metyyliryhmä (CH₃), joten oikea IUPAC-nimi on 3-metyylibutaani.
Kirjoita 2-buteenin molekyylikaava.
Ratkaisu: Juuri "but-" tarkoittaa neljää hiiliatomia ja "-eeni" tarkoittaa kahden hiiliatomin välistä kaksoissidosta. Alkeenien yleinen kaava on CₙH₂ₙ, joten 2-buteenin molekyylikaava on C₄H₈.
Tyydyttyneet hiilivedyt sisältävät vain yksittäisiä sidoksia hiiliatomien välillä, mikä tekee niistä vakaampia.
Niitä kutsutaan alkaaneiksi, ja ne noudattavat yleistä kaavaa CₙH₂ₙ₊₂. Tyydyttyneiden hiilivetyjen kukin hiiliatomi sitoutuu neljään muuhun atomiin, yleensä vetyyn tai hiileen.
Esimerkiksi etaanissa (C₂H₆) on kaksi hiiliatomia, jotka on yhdistetty yhdellä sidoksella, ja kukin hiiliatomi on sitoutunut kolmeen vetyatomiin.
Tyydyttymättömissä hiilivedyissä on vähintään yksi kaksoissidos tai kolmisidos hiiliatomien välillä. Tähän luokkaan kuuluvat alkeenit (kaksoissidokset) ja alkyynit (kolmoissidokset).
Alkeneiden kaava on CₙH₂ₙ, kun taas alkyynien kaava on CₙH₂ₙ₋₂. Nämä yhdisteet ovat kemiallisesti reaktiivisempia kuin alkaanit monisidostensa vuoksi.
Esimerkiksi Eteenillä (etyleenillä, C₂H₄) on hiiliatomiensa välissä kaksoissidos, ja Etyyni (asetyleenillä, C₂H₂) on kolmoissidos.
Sykliset hiilivedyt ovat hiilivetyjä, joissa hiiliatomit muodostavat rengasrakenteen. Kaksi päätyyppiä ovat:
🟠 Sykloalkaanit (tyydyttyneet)
🟠 Sykloalkeenit (tyydyttymättömät)
Sykloalkaanit koostuvat vain hiiliatomien välisistä yksinkertaisista sidoksista, joiden yleinen kaava on CₙH₂ₙ. Esimerkki on sykloheksaani (C₆H₁₂), jossa kuusi hiiliatomia muodostaa suljetun renkaan, jossa jokainen hiili on sitoutunut kahteen vetyatomiin. Pienemmissä sykloalkaaneissa esiintyy usein rengaskantaa pienempien sidoskulmien vuoksi.
Sen sijaan sykloalkeenit sisältävät vähintään yhden hiili-hiili kaksoissidoksen. Niiden yleinen kaava on CₙH₂ₙ₋₂. Esimerkiksi syklopenteenissä (C₅H₈) on viisi hiiliatomia, jotka on järjestetty renkaaseen, jossa on yksi kaksoissidos.
IUPAC-nimikkeistössä käytetään etuliitettä "syklo-" alkaanin tai alkeenin perusnimen kanssa riippuen hiiliatomien lukumäärästä. Esimerkiksi kuuden hiilen rengasta, jossa on yksinkertaisia sidoksia, kutsutaan sykloheksaaniksi, kun taas viiden hiilen rengasta, jossa on yksi kaksoissidos, kutsutaan syklopenteeniksi. Hiiliatomien numerointi aloitetaan kaksoissidoksesta sykloalkeenissa tai substituentin sijainnista substituoiduissa renkaissa.
Aromaattiset hiilivedyt sisältävät vähintään yhden bentseenirenkaan, joka on kuuden hiiliatomin muodostama rakenne, joka on järjestetty kuusikulmaiseen muotoon.
Bentseeni (C₆H₆) on yksinkertaisin aromaattinen hiilivety. Rengasrakenteessa on vuorottelevia yksinkertaisia ja kaksinkertaisia sidoksia, mutta paikallisten sidosten sijasta esiintyy resonanssia.
Resonanssissa elektronit ovat delokalisoituneet koko renkaaseen, mikä antaa molekyylille vakautta.
Yleisiä bentseenijohdannaisia ovat tolueeni (C₆H₅CH₃), jossa metyyliryhmä korvaa yhden vetyatomin, ja ksyleeni (C₆H₄(CH₃)₂), jossa renkaaseen liittyy kaksi metyyliryhmää. Nämä johdannaiset säilyttävät bentseenirenkaan vakauden, mutta saavat ainutlaatuisia ominaisuuksia kiinnittyneiden ryhmien ansiosta.
Aromaattiset hiilivedyt käyvät pääasiassa läpi elektrofiilisiä substituutioreaktioita, joissa toinen atomi tai ryhmä korvaa bentseenirenkaan vetyatomin. Esimerkkejä näistä reaktioista ovat nitraatio, jossa nitroryhmä (NO₂) korvaa vedyn, tai halogenointi, jossa halogeeniatomi korvaa vetyatomin.
Stabiilisuutensa vuoksi aromaattiset hiilivedyt ovat vähemmän reaktiivisia kuin alkeenit tai alkyynit, mutta niillä on silti tärkeä asema kemianteollisuudessa.
Niitä käytetään yleisesti muovien, väriaineiden ja lääkkeiden valmistuksessa. resonanssin ja vakaan rengasrakenteen yhdistelmä erottaa aromaattiset hiilivedyt muista tyypeistä.
Ovatko hiilivedyt sinulle hankalia? Pätevä kemianopettaja voi selittää monimutkaiset aiheet tavalla, joka on sinulle järkevä, jolloin orgaaninen ja epäorgaaninen kemia on ymmärrettävää ja miellyttävää.
Etsi opettajaa käyttämällä ilmaisuja kuten "orgaanisen kemian opettaja Lahti" tai "epäorgaanisen kemian opettaja Helsinki" alustoilla kuten meet'n'learn. Löydät jonkun, joka voi räätälöidä oppitunnit tarpeidesi mukaan.
Jos haluat mieluummin oppia ryhmässä, etsi verkossa hakusanoilla "kemian kurssi Heinola" tai "kemian tunnit Raahe". Haku johdattaa sinut lähistöllä sijaitsevien kemian tukiopettajien luo.
Hiilivedyt koostuvat kokonaan vety- ja hiiliatomeista, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa erilaisin rakentein.
Alkaanit noudattavat yleistä kaavaa CₙH₂ₙ₊₂, jossa "n" tarkoittaa ketjun hiiliatomien lukumäärää.
Tyydyttyneissä hiilivedyissä (alkaaneissa) on yksittäisiä sidoksia hiiliatomien välillä, kun taas tyydyttymättömissä hiilivedyissä (alkeenit ja alkyynit) on kaksois- tai kolmoissidoksia.
Hiilivedyt nimetään hiiliatomien lukumäärän ja sidostyyppien perusteella käyttäen etuliitteitä, kuten "met-" yhdelle hiilelle ja loppuliitteitä, kuten "-aani" yksittäisille sidoksille.
Sykliset hiilivedyt ovat hiilivetyjä, joissa hiiliatomit muodostavat suljetun renkaan, kuten sykloalkaaneissa ja sykloalkeeneeneissä.
Aromaattisilla hiilivedyillä, kuten bentseenillä, on rengasrakenne, jossa on delokalisoituneita elektroneja, mikä tarjoaa vakautta ja ainutlaatuista reaktiivisuutta.
Eteeni tunnetaan yleisesti nimellä etyleeni, jota käytetään laajalti teollisissa sovelluksissa.
Bentseeni säilyttää yleisen nimensä sen historiallisen ja laajan käytön vuoksi, vaikka se ei noudata IUPAC:n vakiomuotoisia nimeämiskäytäntöjä.
1. ThoughtCo
2. Britannica
3. Wikipedia
Etsitkö Kemiaopetusta? Löydä oikea Kemiaopettaja opettamaan sinua verkossa, tai kasvotusten lähellä sinua.
Käytämme laitteeseesi tallennettuja tietoja, jotta tämä verkkosivusto toimisi oikein. Tällaisia ovat esimerkiksi evästeet tai selaimen paikallinen välimuisti. Käytämme niitä tallentaaksemme verkkosivuston toiminnan kannalta välttämättömiä tietoja, analyyttisiin tarkoituksiin käytettäviä tietoja tai kolmansien osapuolten tallentamia tietoja.
Jos nämä tiedot ovat välttämättömiä tämän verkkosivuston toiminnan kannalta, tallennamme ne automaattisesti. Kaikkeen muuhun tarvitsemme suostumuksesi, jonka voit halutessasi antaa alla. Suostumuksesi on voimassa 12 kuukautta. Jos kieltäydyt, pyydämme sinulta suostumusta uudelleen 6 kuukauden kuluttua, mutta voit muuttaa mielesi milloin tahansa. Lisätietoja on osoitteessa GDPR ja Käyttöehdot.