هیدروکربن‌ها

هیدروکربن‌ها دسته ای از مواد آلی هستند که در ساختار آنها اتم های کربن و هیدروژن وجود دارد.

دقت شود منظور از مواد آلی، موادی است که بر پایه اتم کربن می‌باشد.

گاهی در ساختار هیدروکربن‌ها اتم‌هایی مثل نیتروژن و اکسیژن، گوگرد و... هم حضور دارند. بطور کلی هیدروکربن‌ها به دو دسته آلیفاتیک و آروماتیک‌، تقسیم می‌شوند. هیدروکربن‌های آلیفاتیک، ترکیباتی شامل کربن و هیدروژن هستند که بطور عمده در ساختار آنها حلقه‌ای وجود ندارد. هیدروکربن‌های آروماتیک‌، ترکیبات معطری هستند که در ساختار آنها، یک یا چند حلقه شش کربنه وجود دارد.

شبیه ساز فوق، شبیه ساز مناسبی برای آشنایی با ساختار هیدروکربن‌های آلیفاتیک می‌باشد.

هیدروکربن‌های آلیفاتیک، خود دارای سه زیرمجموعه مهم می‌باشند که شامل آلکان‌ها، آلکن‌ها و آلکین‌ها است‌.

«آلکان» (Alkane): آلکان‌ها زنجیره‌های هیدروکربنی هستند که تنها دارای پیوند یگانه کربن-کربن هستند. یا به عبارتی در این هیدروکربن‌ها، بین هر اتم کربن و اتم کناری‌اش، دو الکترون پیوندی (یک پیوند) وجود دارد یعنی در آلکان‌ها، هر اتم کربن با اتم کناری اش فقط یک الکترون به اشتراک می‌گذارد.

«آلکن» (Alkene): در این نوع هیدروکربن حداقل یک پیوند کربن-کربن دوگانه در زنجیره وجود دارد یعنی در این هیدروکربن‌ها، حداقل دو اتم کربن پیدا می‌شوند که پیوند بینشان دوگانه باشد (یعنی بینشان چهار الکترون پیوندی وجود دارد یا می‌توانیم بگوییم که حداقل یک کربن وجود دارد که دو الکترون ظرفیتی خود را با یکی از کربن‌های کناری اش، به اشتراک گذاشته است).

«آلکین» (Alkyne): آلکین‌ها دارای زنجیره هیدروکربنی هستند که حداقل یک پیوند کربن-کربن سه‌گانه در آن دیده می‌شود؛ یعنی در این هیدروکربن‌ها، حداقل دو اتم کربن پیدا می‌شوند که پیوند بینشان سه‌گانه باشد (یعنی بینشان شش الکترون پیوندی وجود دارد یا میتوانیم بگوییم که حداقل یک کربن وجود دارد که سه الکترون ظرفیتی خود را با یکی از کربن‌های کناری اش، به اشتراک گذاشته است).

نحوه کار با شبیه ساز

برای شروع کلیلک کنید. در سمت چپ صفحه، اتم‌های کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن برای شما قرار داده شده است. با کشیدن هر کدام از این اتم‌ها به وسط صفحه نمایش، می‌توانید از هر کدام از اتم‌ها بردارید.

توجه: برای حذف اتم های اضافی کافی است آنها را از کادر وسط صفحه خارج کنید.

برای تمرین بیایید با آلکان‌ها شروع کنیم. دو اتم کربن را بردارید و در وسط صفحه قرار دهید. حال این دو اتم کربن را به یکدیگر وصل کنید. سپس شش هیدروژن برداشته و به هر کدام از کربن‌ها، سه هیدروژن متصل کنید. تبریک می گویم، شما ساختار مولکولی اتان را رسم کرده‌اید. در ساختار مولکول اتان، هر اتم کربن با اتم‌های کناری‌اش با پیوند یگانه متصل شده است برای همین اتان از خانواده آلکان‌ها می‌باشد. یعنی اگر به ساختار مولکول اتان دقت کنید بین هر اتم کربن و اتم کناری‌اش، دو الکترون پیوندی وجود دارد این یعنی هر اتم یک الکترون به اشتراک گذاشته اند و پیوند یگانه ایجاد می‌کنند.

مثالی دیگر)

دو اتم کربن را بردارید و در وسط صفحه قرار دهید. حال این دو اتم کربن را به یکدیگر وصل کنید. سپس چهار هیدروژن برداشته و به هر کدام از کربن‌ها، دو هیدروژن متصل کنید. تبریک می گویم، شما ساختار مولکولی اتن (اتیلن) را رسم کرده‌اید. در ساختار مولکول اتن، هر اتم کربن با اتم‌های هیدروژن کناری‌اش با پیوند یگانه متصل شده است اما دو اتم کربن، با پیوند دوگانه بهم متصل هستند. برای همین اتن از خانواده آلکن‌ها می‌باشد. یعنی اگر به ساختار مولکول اتن دقت کنید بین دو اتم کربن، چهار الکترون پیوندی وجود دارد این یعنی هر اتم کربن با کربن کناری‌اش، دو الکترون به اشتراک گذاشته و پیوند دوگانه ایجاد کرده است.

مثالی دیگر)

دو اتم کربن را بردارید و در وسط صفحه قرار دهید. حال این دو اتم کربن را به یکدیگر وصل کنید. سپس دو هیدروژن برداشته و به هر کدام از کربن‌ها، یک هیدروژن متصل کنید. تبریک می‌گویم، شما ساختار مولکولی اتین (استیلن) را رسم کرده‌اید. در ساختار مولکول اتین، هر اتم کربن با اتم‌های هیدروژن کناری‌اش با پیوند یگانه متصل شده است اما دو اتم کربن، با پیوند سهگانه بهم متصل هستند. برای همین اتین از خانواده آلکین‌ها می‌باشد. یعنی اگر به ساختار مولکول اتین دقت کنید بین دو اتم کربن، شش الکترون پیوندی وجود دارد این یعنی هر اتم کربن با کربن کناری اش، سه الکترون به اشتراک گذاشته و پیوند سه‌گانه ایجاد کرده است.

حال خودتان می‌توانید فرمول انواعی از هیدروکربن‌های آلیفاتیک مختلف را از منابع علمی معتبر پیدا کنید و با استفاده از شبیه‌ساز، ساختار مولکولی آن‌ها را رسم کنید.

نکته: دانش آموزان سال یازدهم که نامگذاری هیدروکربن‌ها را خوانده اند، به راحتی می‌توانند، ساختار را با استفاده از شبیه ساز رسم کنند.

سوال1:

اگر بدانیم که فرمول هگزان، C6H14 است. ساختار هگزان را رسم کنید و تعداد الکترون‌های به اشتراک گذاشته بین اتم‌ها و تعداد پیوندها را بررسی کنید‌.

سوال2 (ویژه دانش آموزان یازدهم و دوازدهم):

ساختار 2 و 3 - دی متیل - 2 و 3 -دی نیترو بوتان را رسم کنید.