Dãy nào sau đây chỉ gồm các chất thuộc dãy đồng đẳng của metan ?

I. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp

1. Dãy đồng đẳng ankan

- Metan (C$H_4$) và các chất tiếp theo có công thức phân tử $C_2$$H_6$, $C_3$$H_8$, $C_4$$H_{10}$, $C_5$$H_{12}$,.. lập thành dãy đồng đẳng ankan (hay parafin) có công thức chung CnH2n+2 (n ≥ 1).

- Trong phân tử ankan chỉ có các liên kết đơn C - C, C - H. Các nguyên tử cacbon trong phân tử ankan (trừ $C_2$$H_6$) không cùng nằm trên một đường thẳng.

Hình 1: Mô hình phân tử propan, butan và isobutan

2. Đồng phân

- Từ $C_4$$H_{10}$ trở đi, ứng với mỗi công thức phân tử có các công thức cấu tạo mạch cacbon không phân nhánh và mạch cacbon phân nhánh của các đồng phân mạch cacbon.

Thí dụ: Ứng với công thức phân tử $C_5$$H_{12}$ có các đồng phân cấu tạo sau:

3. Danh pháp

- Một số ankan mạch cacbon không phân nhánh được giới thiệu trong bảng sau:

Bảng 1: Tên và một vài hằng số vật lí của một số ankan mạch không nhánh và tên gốc ankyl tương ứng

- Các ankan có mạch nhánh được gọi tên theo danh pháp thay thế như sau:

+ Chọn mạch cacbon dài nhất và có nhiều nhánh nhất làm mạch chính.

+ Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon mạch chính từ phía gần nhánh hơn.

+ Gọi tên mạch nhánh (nhóm ankyl) theo thứ tự vần chữ cái cùng với số chỉ vị trí của nó, tiếp theo là tên ankan tương ứng với mạch chính (xem bảng trên).

Thí dụ:

- Một số chất có tên thông thường, thí dụ: isopentan, neopentan,...

- Bậc của nguyên tử C trong phân tử hiđrocacbon no được tính bằng số liên kết của nó với các nguyên tử cacbon khác.

Thí dụ: Trong phân tử 2-metylbutan, bậc của các nguyên tử số 2 là III; bậc của nguyên tử C số 3 là II;…

II. Tính chất vật lí

- Ở điều kiện thường, bốn ankan đầu dãy đồng đẳng (từ CH4 đến C4H10) là những chất khí, các ankan tiếp theo là chất lỏng, từ khoảng C18H38 trở đi là những chất rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các ankan tăng theo chiều tăng của phân tử khối.

- Tất cả các ankan nhẹ hơn nước và hầu như không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

III. Tính chất hóa học

- Ở nhiệt độ thường, các ankan không tác dụng với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các chất oxi hóa như dung dịch KMnO4 (thuốc tím)...

- Khi chiếu sáng hoặc đun nóng, các ankan dễ dàng tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách hiđro và phản ứng cháy. 

1. Phản ứng thế bởi halogen

- Clo có thể thay thế lần lượt từng nguyên tử H trong phân tử metan.

Phương trình hóa học:

Hình 1: Clo hóa metan

- Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan.

Nhận xét:

- Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc cao hơn dễ bị thế hơn nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon bậc thấp hơn.

2. Phản ứng tách

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan có phân tử khối nhỏ bị tách hiđro thành hiđrocacbon không no tương ứng.

Thí dụ:

C$H_3$ – C$H_3$$\stackrel{500{}^{o}C,xt}{\to }$  CH2 = C$H_2$ + $H_2$

- Ở nhiệt độ cao và chất xúc tác thích hợp, ngoài việc bị tách hiđro, các ankan còn có thể bị phân cắt mạch cacbon tạo thành các phân tử nhỏ hơn.

Thí dụ:

          C$H_3$ – C$H_2$ – C$H_3$$\stackrel{t^o,xt}{\to }\left[\begin{array}{l}{C}_2{H}_6+C{H}_4\\ C_3{H}_6+H_2\end{array}\right.$

3. Phản ứng oxi hóa

- Khi bị đốt, các ankan đều cháy, tỏa nhiều nhiệt.

IV. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

- Metan được điều chế bằng cách đun nóng natri axetat khan với hỗn hợp vôi tôi xút:

Hình 2: Điều chế metan trong phòng thí nghiệm

2. Trong công nghiệp

- Các ankan là thành phần chính của dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu.

- Từ dầu mỏ, bằng phương pháp chưng cất phân đoạn, ta thu được các ankan ở các phân đoạn khác nhau.

- Từ khí thiên nhiên và khí mỏ dầu cũng thu được các ankan C$H_4$, $C_2$$H_4$, $C_3$$H_8$, $C_4$$H_{10}$ ...

V. Ứng dụng của ankan

- Các ankan được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho công nghiệp.

Hình 3: Một số ứng dụng của ankan