Chemische eigenschappen van alkanen (verzadigde alifatische koolwaterstoffen)
Bij alkanen zijn al hun koolstofatomen verbonden door enkele bindingen, waardoor ze structureel stabiel zijn. Ze ondergaan voornamelijk de volgende reacties:
Substitutiereacties: Onder licht kunnen waterstofatomen in alkanen worden vervangen door halogenen, waardoor haloalkanen en waterstofhalogeniden ontstaan. De substitutiereactie tussen methaan en chloor is een typisch voorbeeld, waarbij stapsgewijs meerdere substitutieproducten ontstaan.
Oxidatiereactie (verbranding): Alkanen zijn brandbaar en bij volledige verbranding ontstaan kooldioxide en water. De algemene formule is: CnH2n + 2 + 3n + 1 2 O2= = = (ontsteking) nCO 2 + (n + 1)H2OC nCO 2 + (n+1)H2O. Methaan brandt met een lichtblauwe vlam en reageert niet met een zure kaliumpermanganaatoplossing bij kamertemperatuur (geen duidelijk fenomeen).
Scheurreactie: Bij hoge temperaturen ondergaan alkanen ketenbreuk en dehydrogenering om alkanen en alkenen met lagere koolstofgetallen te produceren. Dit is een kernreactie in de petrochemische productie.. 1. Dehydrogeneringscycli: C6-C8-alkanen met rechte- keten kunnen dehydrogeneringscyclisatie ondergaan om op benzeen gebaseerde aromatische koolwaterstoffen te vormen.
Chemische eigenschappen van alkenen (bevattende koolstof-dubbele koolstofbindingen, onverzadigde alifatische koolwaterstoffen)
Dubbele bindingsstructuren zijn zeer reactief en kunnen verschillende soorten reacties ondergaan:
Oxidatiereacties: Brandbaar, waarbij een heldere vlam met zwarte rook ontstaat; de dubbele binding kan worden geoxideerd door zuur kaliumpermanganaat, waardoor de zure kaliumpermanganaatoplossing ontkleurt.
Toevoegingsreacties: Onverzadigde koolstofatomen kunnen direct combineren met andere atomen/groepen om nieuwe verbindingen te vormen. Typische reacties zijn onder meer:
Toevoeging met broom: Ontkleurt broomwater/broom in tetrachloorkoolstofoplossing. De reactieformule is:
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br−CH₂ =CH₂ + Br₂ →CH₂Br−CH₂ Br reageert met waterstof om alkanen te vormen, met waterstofchloride om gechloreerde koolwaterstoffen te vormen, en met water om alcoholen te vormen (een industriële methode voor de productie van ethanol).
Additiepolymerisatie: Onder invloed van een katalysator gaan dubbele bindingen open, wat resulteert in polymerisatie om verbindingen met een hoog molecuulgewicht te vormen, zoals de polymerisatie van ethyleen om polyethyleen te vormen:
n CH2=CH2===katalysator
[− CH2− CH2−]
n nCH2 =CH2
=== katalysator
[−CH2−CH2−]
n
Speciale toevoeging van dienen: Dienen zoals 1,3-butadieen vertonen zowel 1,2-additie- als 1,4-additieproducten.
Chemische eigenschappen van alkynen (bevattende een koolstof-drievoudige koolstofbinding, onverzadigde alifatische koolwaterstoffen)
De drievoudige bindingsstructuur is reactiever dan de dubbele binding en de reactiekarakteristieken zijn vergelijkbaar met die van alkenen:
Oxidatiereacties: Brandbaar, waarbij een zeer heldere vlam en dichte zwarte rook ontstaat; de drievoudige binding kan worden geoxideerd door zuur kaliumpermanganaat, waardoor de zure kaliumpermanganaatoplossing ontkleurt.
Toevoegingsreacties: Kan stapsgewijze toevoeging ondergaan; 1 mol drievoudige binding kan reageren met maximaal 2 mol additief. Acetyleen wordt bijvoorbeeld toegevoegd aan een kleine hoeveelheid broomwater om CHBr=CHBr te vormen, en wordt toegevoegd aan een overmaat aan broomwater om CHBr2−CHBr2−CHBr2 te vormen; het kan ook additiereacties ondergaan met waterstof, waterstofchloride, water, enz. Additiepolymerisatie: Onder invloed van een katalysator kunnen polymeren verbindingen met een hoog molecuulgewicht vormen. Acetyleen polymeriseert bijvoorbeeld om polyacetyleen te vormen:
n CH≡ CH====katalysator
[− CH= CH−]
n nCH≡CH
=== katalysator
[−CH=CH−]
n