6.1 Carbonhydrider og alkaner
Lightergas, benzin, fyrfadslys og plastikposer ligner ikke hinanden, men alligevel er de i familie. De består alle af molekyler, der er bygget af carbonatomer og hydrogenatomer.
Organisk kemi
Organisk kemi er kemien om stoffer, der er bygget op omkring carbonatomer. I et organisk stof er carbonatomerne bundet til hinanden og til hydrogenatomer, og ofte er der også oxygenatomer eller nitrogenatomer i molekylet. Sukker, fedt, protein, sprit, benzin og plastik er alle organiske stoffer.
Stoffer, der ikke er organiske, kaldes uorganiske, og det gælder fx vand, metaller og salte. Nogle få simple stoffer med carbon regnes også som uorganiske, nemlig carbondioxid og carbonater som kalk.
| Stof | Formel | Organisk? |
|---|---|---|
| Methan | CH4 | Ja |
| Ethanol | C2H5OH | Ja |
| Glucose | C6H12O6 | Ja |
| Vand | H2O | Nej |
| Natriumchlorid | NaCl | Nej |
| Carbondioxid | CO2 | Nej |
| Kalk | CaCO3 | Nej |
Ordet organisk kommer af organisme, fordi man engang troede, at stofferne kun kunne dannes i levende organismer. I dag kan langt de fleste fremstilles i et laboratorium.
Carbon danner fire bindinger
Et carbonatom har 4 elektroner i den yderste skal og mangler 4 for at opfylde ædelgasreglen. Derfor danner et carbonatom altid fire elektronparbindinger, som du så det i methan i afsnit 3.1.
Carbonatomer kan binde sig til hinanden i lange kæder, og det er grunden til, at der findes millioner af forskellige organiske stoffer.
Carbonhydrider og alkaner
Et carbonhydrid er et stof, der kun består af carbon og hydrogen. De enkleste carbonhydrider hedder alkaner, og i en alkan er alle bindinger enkeltbindinger.
Hvert carbonatom i kæden har to hydrogenatomer, og de to carbonatomer i enderne har ét ekstra hver. Alle alkaner passer derfor med den samme formel:
\[ \mathrm{C}_{n}\mathrm{H}_{2n+2} \]
Her er n antallet af carbonatomer. En alkan med 5 carbonatomer har n = 5, og så bliver formlen:
\[ \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{2 \cdot 5 + 2} = \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{12} \]
En formel, der kun tæller atomerne i molekylet, kaldes en molekylformel.
Alle alkaner er carbonhydrider, men ikke alle carbonhydrider er alkaner. Et carbonhydrid med en dobbeltbinding er ikke en alkan, men en alken, og dem møder du i afsnit 6.4.
De ti første alkaner
| Antal carbonatomer | Navn | Molekylformel |
|---|---|---|
| 1 | methan | CH4 |
| 2 | ethan | C2H6 |
| 3 | propan | C3H8 |
| 4 | butan | C4H10 |
| 5 | pentan | C5H12 |
| 6 | hexan | C6H14 |
| 7 | heptan | C7H16 |
| 8 | octan | C8H18 |
| 9 | nonan | C9H20 |
| 10 | decan | C10H22 |
Alle alkaners navne ender på -an, og den første del af navnet fortæller, hvor mange carbonatomer der er i kæden. De fire første navne skal du lære udenad. Fra pentan og opefter bygger navnene på gamle talord: penta betyder fem, hexa seks, hepta syv, okta otte, nona ni og deka ti.
Kogepunktet stiger med kædens længde
De fire mindste alkaner koger langt under stuetemperatur og er derfor gasser. Fra pentan og opefter ligger kogepunktet over stuetemperatur, og alkanerne er væsker.
I en væske ligger molekylerne tæt og holder fast i hinanden. Når væsken koger, slipper molekylerne hinanden og bliver til en gas. Jo længere kæderne er, jo større er den flade, hvor to molekyler rører hinanden. Lange kæder holder derfor bedre fast i hinanden end korte, og der skal en højere temperatur til, før de slipper.
Molekylets form betyder også noget. En kæde kan have sidegrene, og så bliver molekylet mere kugleformet. Da to kugler kun rører hinanden på et lille sted, har en alkan med sidegrene et lavere kogepunkt end den lige kæde med samme antal carbonatomer. Sidegrene kan du læse om i afsnit 6.2.
Alkaner i hverdagen
| Antal carbonatomer | Ved stuetemperatur | Eksempler |
|---|---|---|
| 1 til 4 | gas | naturgas (methan), flaskegas (propan) og lightergas (butan) |
| 5 til omkring 17 | væske | benzin, petroleum og dieselolie |
| 18 og flere | fast stof | paraffin i fyrfadslys |
Benzin er en blanding af alkaner med omkring 5 til 11 carbonatomer. Pentan koger allerede ved 36 °C, så benzin fordamper let, og dampene kan antændes af en gnist. Det er grunden til, at benzin skal opbevares i lukkede dunke.
De mest almindelige slags plastik består af kæder med mange tusinde carbonatomer, og plastik er på den måde i familie med benzin.
Alkaner er upolære
Carbon har elektronegativiteten 2,5, og hydrogen har 2,1. Forskellen er altså 0,4, og da den er under 0,5, er bindingen mellem carbon og hydrogen upolær, som du lærte i afsnit 3.3. Bindingen mellem to carbonatomer er også upolær, for her er forskellen 0.
Et carbonhydrid har altså kun upolære bindinger og er et upolært molekyle. Da upolære stoffer ikke kan opløses i vand, lægger benzin og olie sig i et lag for sig, når de hældes i vand.
Alkaner kan til gengæld opløse andre upolære stoffer som fedt og olie. Det udnyttes i rensebenzin, der kan fjerne fedtpletter.
Prøv selv: Alkaners kogepunkt: varm alkaner op, og se, hvornår de koger.