化学 - 碳及其化合物

介绍

• 碳对所有生物都起着非常重要的作用。

• 地球地壳中碳的含量仅为 0.02%，以碳酸盐、碳酸氢盐、煤和石油等矿物形式存在。

• 地球大气中碳的含量为 0.03%，以二氧化碳的形式存在。

碳的化合物

• 几乎所有碳化合物（少数除外）都是不良的导电体。

• 金刚石和石墨都是由碳原子形成的；然而，它们之间的区别在于碳原子彼此结合的方式。

• 在金刚石中，每个碳原子都与其他四个碳原子结合，形成刚性的三维结构（参见下图）。

• 在石墨中，每个碳原子都与同一平面上的其他三个碳原子结合，形成六边形排列（参见下图） -

• 金刚石和石墨在某些物理结构上也存在差异。

• 金刚石是已知最硬的物质，而石墨则是光滑且易滑的物质。

• 石墨是良好的导电体，而金刚石则不是。

• 下表说明了碳氢化合物结构 -

名称	化学式	结构
甲烷	CH4
乙烷	C2H6
丙烷	C3H8
丁烷	C4H10
戊烷	C5H12
己烷	C6H14

• 具有相同分子式但结构不同的化合物称为结构异构体（参见下图所示的丁烷结构）。

• 饱和烃称为烷烃。

• 包含一个或多个双键的不饱和烃称为烯烃。

• 包含一个或多个三键的不饱和烃称为炔烃。

酒精作为燃料的用途

• 甘蔗植物非常有效地将阳光转化为化学能，其汁液可用于制备糖蜜。

• 当糖蜜发酵时，会产生酒精（乙醇）。

• 一些国家现在使用酒精作为汽油的添加剂，因为它是一种更清洁的燃料。

• 这些酒精在充足的空气（氧气）中燃烧时，只会产生二氧化碳和水。

酯类

• 酯类是具有甜味的物质，通常由酸和醇反应形成（参见下图 - 说明酯的形成）。

• 当酯类在酸或碱存在下反应时，会重新生成醇和羧酸。

• 酯类与酸或碱的反应称为皂化反应，因为它用于制备肥皂。

• 肥皂分子通常是长链羧酸的钠盐或钾盐。

• 有趣的是，肥皂的离子端溶于水，而碳链溶于油。肥皂分子的这种典型特征形成了称为胶束的结构（参见下图）

• 在胶束中，分子的一个端部朝向油滴，而离子端则留在外部。

• 肥皂胶束有助于将污垢溶解在水中；同样，衣服也会被清洗干净。

• 另一方面，洗涤剂通常是长链羧酸的铵盐或磺酸盐，即使在硬水中也能保持有效。

• 洗涤剂通常用于制造洗发水和其他一些清洁衣物的产品。