Węglowodory są to związki węgla z wodorem, w których cząsteczkach atomy węgla łączą się bezpośrednio ze sobą. Węgiel w tych związkach jest zawsze czterowartościowy(IV). Związków tych może być bardzo dużo. Węgiel może łączyć się w łańcuchy proste lub rozgałęzione oraz pierścienie. Łańcuch taki może zawierać ponad 100 atomów węgla.

Nazwy węglowodorów tworzy się od greckich nazw określających liczbę atomów węgla w łańcuchu z dołożoną końcówką –an, jedynie cztery pierwsze nazwy to nazwy zwyczajowe.

Wzór ogólny alkanów: C_nH_{2n + 2} Gdzie: n jest kolejną liczbą naturalną różną od zera, określającą liczbę atomów węgla w cząsteczce alkanu.

Na przykład gdy n=12, to wzór sumaryczny węglowodoru nasyconego ma postać C₁₂H_{2*12 + 2} czyli C₁₂H₂₆

Szereg homologiczny — szereg związków organicznych o podobnej budowie i właściwościach, w którym każdy człon posiada w cząsteczce o jedną grupę –CH₂- więcej niż poprzedni. Alkany — węglowodory łańcuchowe nasycone, których cząsteczki zawierają wiązania pojedyncze pomiędzy atomami węgla.

Metan

Metan CH₄ to pierwszy węglowodór w szeregu homologicznym alkanów. Wzór sumaryczny CH₄.

Wzór strukturalny:


Właściwości:
- gaz
- bezbarwny
- bezwonny
- lżejszy od powietrza
- nierozpuszczalny w wodzie
- d = 0,665 g/cm³
- mało aktywny chemicznie
- ulega reakcji spalanie:
a) całkowitego
b) półspalania
c) niecałkowitego

Metan jest głównym składnikiem (90%) gazu ziemnego, inaczej zwanym gazem błotnym, bo powstaje na bagnach lub gazem kopalnianym, gdyż bardzo często występuje w kopalniach węgla kamiennego. Z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Wybuch powoduje iskra lub zwarcie w przewodach elektrycznych.

W wyniku spalania metanu (i wszystkich węglowodorów) powstają różne produkty, w zależności od warunków przeprowadzonego procesu. Gdy spalanie zachodzi przy nieograniczonej ilości dostarczonego tlenu, wówczas zachodzi spalanie całkowite, którego produktami są: tlenek węgla(IV) i woda (para wodna). Reakcję tę przedstawia równanie:
Spalanie całkowite
CH₄ + 2 O₂ -> CO₂ + 2 H₂O

Ten rodzaj spalania jest niebezpieczne i najbardziej ekologiczny.
Jeśli podczas spalania jest niepełny dostęp tlenu, wówczas zachodzi półspalanie albo spalanie niecałkowite. Produktami półspalania są: tlenek węgla(II) i woda. Zapis równania jest następujący:
Półspalanie
2 CH₄ + 3 O₂ -> 2 CO + 4 H₂O

Produktami spalania niecałkowitego są: węgiel (w postaci sadzy) i woda.
Spalanie niecałkowite
CH₄ + O₂ -> C + 2 H₂O

Właściwości alkanów

W szeregu homologicznym węglowodorów nasyconych — alkanów — wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczce zmienia się stan skupienia:
- gaz — pierwsze cztery węglowodory,
- ciecz — od pięciu do szesnastu atomów węgla w cząsteczce,
- stały — minimum siedemnaście atomów węgla.

Wraz ze wzrostem długości łańcucha, czyli większej liczbie atomów węgla maleje lotność i palność. Alkany są łatwopalne i lżejsze od wody, w której się nie rozpuszczają.

Benzyna — paliwo samochodowe i samolotowe — jest mieszaniną ciekłych węglowodorów zawierających w cząsteczce od 5 do 10 atomów węgla. Jest bezbarwną lotną, łatwopalną cieczą o charakterystycznym zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie, pływa po powierzchni, gęstość benzyny przyjmuje różna wartości liczbowe, w zależności od składu benzyny ale zawsze jest mniejsza od gęstości wody. Gęstość uniwersalnej benzyny wynosi 0,8 g/cm³, a gęstość benzyny silnikowej waha się w granicach od 0,68 g/cm³ do 0,76 g/cm³. Benzyna rozpuszcza się w alkoholu i innych rozpuszczalnikach organicznych. Jest dobrym rozpuszczalnikiem, więc można nią usuwać tłuste plamy z ubrań.

Otrzymuje się ją jako pierwszą, ciekłą frakcji podczas destylacji ropy naftowej. Na świecie występuje duże zapotrzebowanie na benzynę a produkty z destylacji ropy naftowej są niewielkie. Opracowano więc sposób otrzymywania benzyny syntetycznej, tzw. kraking. Kraking odbywa się w wysokiej temperaturze i powstaje z węglowodorów o długich łańcuchach węglowych. Węglowodory te nie znalazły innego zastosowania a także są produktami destylacji ropy naftowej, np.:
C₁₅H₃₂ -> C₈H₁₈ + C₇H₁₄

Podsumowanie tematu
1. Napisz reakcje spalania całkowitego, półspalania oraz niecałkowitego dekanu
2. Alkany nie rozpuszczają się w wodzie. Dlaczego? Jaka właściwość na to wpływa?
3. Wyjaśnij dlaczego kraking powinno się wykorzystywać?

Lekcja 1 — Węgiel pierwiastkowy — postaci, w których występuje

Lekcja 3 — Poznajemy — węglowodory nienasycone — alkeny i alkiny