آشنایی با هیدروکربن ها | تفاوت آروماتیک و آلیفاتیک

هیدروکربن

فهرست مطالب

هیدروکربن چیست و انواع آن کدام است؟ تفاوت هیدروکربن های آروماتیک و آلیفاتیک در چیست؟ این ها سوالاتی است که در این متن به آن پاسخ داده شده است و ما امروز این ترکیب آلی را به انواع روش های مختلف تقسیم بندی کرده ایم. با کمیسان در ادامه متن همراه شوید تا جدیدترین اطلاعات علمی را با یکدیگر مطالعه کنیم.

هیدروکربن چیست؟

به زبان ساده و در عین حال علمی، به ترکیبات آلی که از دو عنصر اصلی کربن (C) و هیدروژن (H) تشکیل شده باشند، هیدروکربن می‌گویند. نحوه‌ی اتصال این دو عنصر C و H ، انواع مختلفی از هیدروکربن‌ها را به وجود می‌آورد و به دسته‌های زیادی تقسیم می‌شوند.
از این رو، به دلیل تنوع مواد هیدروکربنی در نحوه‌ی آرایش اتم‌ها، موجب کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف و تشکیل مواد نهایی متفاوتی می گردد. با به‌هم پیوستن هیدروکربن‌ها به یکدیگر، ترکیبات پیچیده تری مانند سیکلوهگزان‌ها تشکیل می‌شوند.

این ترکیبات در طبیعت به طور گسترده وجود دارند و در منابعی مانند نفت، گاز طبیعی، روغن‌های خام، و دیگر منابع زیستی یافت می‌شوند. همچنین، هیدروکربن‌ها در گیاهان و درختان به عنوان بخشی از ترکیبات شیمیایی طبیعی، از جمله کاروتن، یافت می‌شوند.

انواع هیدروکربن

روش های مختلفی برای تقسیم بندی هیدروکربن ها وجود دارد که در این متن به دو روش بارز دسته بندی هیدروکربن‌ها اشاره می‌کنیم. انواع هیدروکربن ها عبارتند از:
روش اول
در اولین روش تقسیم بندی، هیدروکربن‌ها را به دو دسته اصلی تقسیم می‌کنند: هیدروکربن اشباع‌شده مانند آلکان‌ها که دارای پیوند آسیل هستند و هیدروکربن اشباع نشده یا غیر اشباع مانند آلکن‌ها، آلکین‌ها و هیدروکربن آروماتیک‌ که دارای پیوندهای دوگانه و سه‌گانه هستند.

۱. هیدروکربن اشباع

۲. هیدروکربن غیر اشباع

روش دوم
و اما در رایج ترین روش تقسیم بندی انواع هیدروکربن، این مواد به دو دسته‌ی هیدروکربن های آروماتیک و آلیفاتیک تقسیم می‌شوند.

هیدروکربن آروماتیک

اولین گروه از هیدروکربن‌ها هیدروکربن آروماتیک یا ( aromatic hydrocarbon) نامیده می‌شوند.
هیدروکربن آروماتیک، که با نام آریل هیدروکربن نیز شناخته می شود، یک دسته از ترکیبات آلی است که شامل ساختار پهناوری با یک یا چند حلقه بنزنی ۶ کربنه هستند.
هیدروکربن آروماتیک دارای یک پیوند یگانه یا دوگانه کربن=کربن است که به همین سبب به اصطلاح به آن‌ هیدروکربن سیر نشده می‌گویند. این آرایش الکترون‌ها منشأ خواص و واکنش‌شناسی خاص هیدروکربن آروماتیک را فراهم می‌کند.
حلقه آروماتیک یک ساختار پهناور و کیهان‌گونه با تعداد خاص الکترون‌ها است که بر روی حلقه پخش شده و منشأ خواص آن را فراهم می‌کند.
هیدروکربن آروماتیک در بسیاری از محصولات طبیعی مانند اسانس‌ها یافت می‌شوند و در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیز استفاده می‌شوند، مانند تولید پلاستیک‌ها، رنگ‌ها و داروها. آنها همچنین به عنوان سولنت‌ها، میانجی‌ها و پیشراننده‌های سنتز سایر ترکیبات استفاده می‌شوند.

آروماتیک چیست؟

ترکیبات آروماتیک گروهی از ترکیبات هیدروکربنی هستند که به دلیل وجود حلقه‌های سه‌گانه (بنزن) در ساختارشان، خصوصیات منحصر به فردی دارند. حلقه‌های بنزن دارای ساختار پلی‌هیدروژنه‌ای هستند و این ویژگی آروماتیک را به آن‌ها می‌بخشد.
مهمترین مثال از ترکیبات آروماتیک، بنزن (C6H6) است. در مولکول بنزن، یک حلقه شش گوشه ای از اتم‌های کربن وجود دارد که به ازای هر جفت اتم کربن متصل به یکدیگر، یک پیوند سه‌گانه بین آنها وجود دارد. این پیوندهای سه‌گانه باعث ایجاد یک الکترون به‌اندازه‌ی کافی برای تأمین حالت آروماتیک می‌شوند، که به عنوان الکترون‌های پایداری معروف هستند.
ترکیبات آروماتیک به دلیل استقرار حالت آروماتیک، خصوصیات خاصی نظیر استقرار واکنش‌های الکتروفیلیک و استقرار هالوژناسیون آروماتیک دارند. آروماتیکیتها در مولکولها به عنوان یک ویژگی مهم شناخته می‌شوند که تأثیر مستقیمی بر رفتار و خواص شیمیایی ترکیبات دارد.

 

آروماتیک‌ها مانند زایلن و تولوئن به عنوان حلال‌های شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در صنایع شیمیایی و تولید مواد شیمیایی متنوع استفاده می‌شوند.

انواع هیدروکربن آروماتیک

هیدروکربن‌های آروماتیک به دلیل حاوی یک یا چند حلقه بنزن (حلقه سه‌گانه) در ساختارشان شناخته می‌شوند. حلقه بنزن، با پیوندهای سه‌گانه کربن-کربن و الکترون‌های آزاد در ساختارش، آنها را به خصوصیت آروماتیکی معروف کرده است. در زیر، تعدادی از انواع هیدروکربن‌های آروماتیک را می‌توانید ببینید:

بنزن (Benzene) - C6H6

بنزن یکی از مشهورترین هیدروکربن‌های آروماتیک است و دارای حلقه شش‌گوشه بنزن است. این ترکیب به دلیل پایداری آروماتیکی‌اش و خصوصیات الکترونی خاصی که دارد، در شیمی آلی اهمیت بسیاری دارد.

تولوئن (Toluene) - C7H8

تولوئن یک هیدروکربن آروماتیک با یک گروه متیل (-CH3) متصل به حلقه بنزن است. این ترکیب در تولید مواد شیمیایی، رنگ‌ها، و حلال‌های شیمیایی استفاده می‌شود.

نفتالین (Naphthalene) - C10H8

نفتالین دارای دو حلقه بنزن کنار هم است. این ترکیب به عنوان یک ماده بازتراکم استفاده می‌شود و در تولید نایلون و مواد شیمیایی دیگر نقش دارد.

آنتراسن (Anthracene) - C14H10

آنتراسن یک هیدروکربن آروماتیک با سه حلقه بنزن است. این ترکیب در تولید رنگ‌ها و عامل‌های فسفورسانت استفاده می‌شود.

فنانترن (Phenantrene) - C14H10

فنانترن دارای دو حلقه بنزن که به یکدیگر متصل هستند. این ترکیب در مطالعات دارویی و تحقیقات زیست‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هیدروکربن‌های آروماتیک به دلیل استقرار حالت آروماتیک، خواص شیمیایی منحصر به فردی دارند و در صنایع مختلف شیمیایی، داروسازی، و سایر حوزه‌های تحقیقاتی کاربرد دارند.

هیدروکربن آلیفاتیک

هیدروکربن‌های آلیفاتیک گروهی از ترکیبات آلی هستند که تنها شامل اتصالات اسیل (پیوند اسیل کربن-کربن) هستند. این دسته شامل آلکان‌ها، آلکن‌ها و آلکین‌ها است.
هیدروکربن‌های آلیفاتیک، به دلیل ساختار ساده و مستقیم‌شان، در موادی مانند نفت خام و گاز طبیعی به وفور یافت می‌شوند.

آلیفاتیک چیست؟

ترکیبات آلیفاتیک، گروهی از ترکیبات هیدروکربنی هستند که اتصالات میان اتم‌های کربن به شکل زنجیره یا ساختار آلیفاتیک دارند. این ترکیبات ممکن است حاوی پیوندهای اسیل (پیوند اسیل کربن-کربن) در زنجیره خود باشند که آن را به دسته زیر مجموعه‌ای از هیدروکربن‌ها تبدیل می‌کند.

 

انواع هیدروکربن آلیفاتیک

همانطور که گفته شد، هیدروکربن های آلیفاتیک به سه دسته اصلی آلکان، آلکن و آلکین تقسیم می‌شوند و در ادامه این متن به بررسی هریک از آن‌ها می پردازیم.

آلکان ( اشباع)

آلکان

آلکان‌ها یک دسته از هیدروکربن‌های آلیفاتیک و در عین حال اشباع هستند که تنها دارای پیوند آسیل (single bond) میان اتم‌های کربن هستند. این دسته شامل مولکول‌هایی با فرمول عمومی CnH2n+2 می‌شود. ساده‌ترین آلکان، متان (CH4) است، که هر یک از چهار اتم هیدروژن به یک اتم کربن متصل هستند.
در آلکان‌ها، اتم‌های هیدروژن به اتم‌های کربن از طریق پیوند اسیل متصل می‌شوند و ساختار زنجیره‌ای آلکان به این شکل خواهد بود. اتم‌های کربن در آلکان‌ها تماماً اتصالات اسیل دارند و هیچ پیوند دوگانه یا سه‌گانه‌ای وجود ندارد.

مثال:
متان Methane: (CH4)
اتان Ethane: (C2H6)
پروپان Propane: (C3H8)
بوتان Butane: (C4H10)
پنتان Pentane: (C5H12)

ساختار ساده و پایه آلکان‌ها، موادی با خصوصیات فیزیکی مشخص و معمولاً پایدار ایجاد می‌کند که در بسیاری از جوانب شیمیایی و فیزیکی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در جدول زیر، انواع آلکان ها را به همراه فرمول مولکولی آن‌ها نمایش داده‌ایم.

کاربرد آلکان

آلکان‌ها با زنجیره‌های متفاوت از اتم‌های کربن و اتصالات اسیل، خصوصیات مختلفی دارند. این ترکیبات از نظر انرژی و سوخت‌های فسیلی اهمیت دارند و به عنوان موارد اولیه در تولید بنزین، گازوئیل، و سایر محصولات نفتی استفاده می‌شوند.

آلکن (غیر اشباع)

آلکن‌ها گروهی از هیدروکربن‌های آلیفاتیک هستند که حداقل یک پیوند دوگانه (پیوند دوگانه کربن-کربن) در ساختار خود دارند. فرمول عمومی آلکن‌ها CnH2n است.

آلکن

چهار عضو ابتدایی از گروه آلکن‌ها عبارتند از:

اتیلن (C2H4): دارای یک پیوند دوگانه بین دو اتم کربن است.
پروپن (C3H6): دارای یک پیوند دوگانه بین دو اتم کربن است.
بیوتن (C4H8): دارای دو پیوند دوگانه بین چهار اتم کربن است.
پنتن (C5H10): دارای سه پیوند دوگانه بین پنج اتم کربن است.


پیوند دوگانه موجب عدم اشباع ساختار آلکن‌ها می‌شود، به عبارت دیگر، این ترکیبات حاوی پیوند دوگانه هستند که به جای اتصال هیدروژن به اتم‌های کربن، دو اتم کربن به یکدیگر متصل هستند.
پیوند دوگانه در آلکن‌ها به علت وجود یک پیوند σ (سیگما) و یک پیوند π (پی) بین اتم‌های کربن است. این پیوند π یک پیوند دوگانه است که اشباع نشدن ساختار آلکن‌ها را نشان می‌دهد.
آلکن‌ها به دلیل وجود پیوند دوگانه‌ در ساختارشان، خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی نسبت به آلکان‌ها دارند. آلکن‌ها می‌توانند در واکنش‌های شیمیایی متنوعی شرکت کنند، از جمله واکنش‌های افزودن به پیوند دوگانه‌ای.

نام آلکن
تعداد اتم کربن
فرمول هیدروکربن
اتن
۲
C2H4
پروپن
۳
C3H6
بوتن
۴
C4H8
پنتن
۵
C5H10
هگزن
۶
C6H12
هپتن
۷
C7H14
اکتن
۸
C8H16
نون
۹
C9H18
دکن
۱۰
C10H20

کاربرد آلکن

آلکن‌ها با حضور حداقل یک پیوند دوگانه، خواص شیمیایی متنوع‌تری نسبت به آلکان‌ها دارند. این ترکیبات در تولید مواد شیمیایی، پلیمرها، و محصولات شیمیایی دیگر نقش اساسی ایفا می‌کنند. به عنوان مثال، اتیلن به عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید پلاستیک‌ها شناخته می‌شود.

آلکین (غیر اشباع)

آلکین‌ها گروهی دیگر از هیدروکربن‌های آلیفاتیک هستند که حداقل یک پیوند سه‌گانه (که شامل یک پیوند σ و دو پیوند π) بین دو اتم کربن دارند. فرمول عمومی آلکین‌ها CnH2n-2 است.

 

آلکین

به عنوان مثال، یکی از آلکین‌های معروف، اتیلین (C2H2) نام دارد که دارای یک پیوند سه‌گانه بین دو اتم کربن است. در ادامه می‌توانید تعدادی از آلکین‌ها را با فرمول‌های شیمیایی خاص آنها ببینید:

اتیلین (Ethyne): C2H2
پروپین (Propyne): C3H4
بیوتین (Butyne): C4H6
پنتین (Pentyne): C5H8
آلکین‌ها به دلیل وجود پیوند سه‌گانه، خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فردی دارند. این پیوند سه‌گانه باعث غیراشباع بودن ساختار آلکین‌ها می‌شود و به همین دلیل در گروه هیدروکربن‌های غیراشباع جای می‌گیرند. بنابراین، آلکین‌ها می‌توانند در واکنش‌های شیمیایی مختلف شرکت کنند، به خصوص در واکنش‌های افزودن به پیوند سه‌گانه.

کاربرد آلکین

آلکین‌ها با حضور حداقل یک پیوند سه‌گانه، به دلیل فراهم کردن فضای بیشتری برای واکنش‌ها، در شیمی آلی فعالیت بیشتری دارند. این ترکیبات نقش مهمی در تولید مواد شیمیایی پیچیده‌تر و تولید محصولات متنوع از جمله رنگدانه‌ها، قطعات الکتریکی، و داروها دارند.

به این مطلب امتیاز ‌دهید
3.2/5
به اشتراک بگذارید
مطالب مرتبط
مطالب محبوب

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

فهرست مطالب

به این مطلب امتیاز ‌دهید
به اشتراک بگذارید