碳化合物的化學性質

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引言

在化學中，碳被認為是一種非常令人驚訝和獨特的元素。該元素的符號是C，原子序數是6。該元素被稱為非金屬四價元素。該元素的化合價為4，使其能夠與其他元素形成共價鍵。基於碳的這些特性，本教程將討論碳的性質及其化學性質。

碳的性質：定義

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圖1：碳原子

在化學中，人們認為碳元素具有不同尋常的能力，使其能夠與其他碳原子形成鍵。該反應有助於原子生成更復雜的分子。碳分子這種特性被稱為鏈狀結構(Kokorina *et al*. 2020)。這些複雜的分子是基於原子尺寸太小而形成的。在每個原子的外殼中，都發現了四個價電子。這些電子被認為負責與其他原子和分子形成化學鍵。

碳化合物的燃燒

根據化學的定義，燃燒過程通常被稱為燃燒過程。當碳化合物在空氣中燃燒時，會產生水、熱量、光和二氧化碳。在某些情況下，在空氣中燃燒後會產生蒸汽，反應可以表示為：烴 + 氧氣 = 熱能 (Aftanaziv *et al*. 2022)。

例如，烷烴的燃燒會產生大量的熱量，因此它被認為是一種良好的燃料。此類反應的方程式可以表示為：${C+O_2\rightarrow CO_2+熱量和光}$

碳化合物的氧化

在觀察到氫原子損失的同時，氧原子被新增的特定反應中，該反應被稱為氧化。然而，可以觀察到並非所有反應都會透過損失氫原子來新增氧氣 (Harvard, 2022)。

觀察到這種現象的反應表示為：${2Cu+O_2\rightarrow 2CuO}$ 此特定反應表明，化學反應是在銅和氧之間進行的，產生了稱為氧化銅的新元素。

碳化合物的加成反應

在碳化合物的加成反應中，反應發生在不飽和烴原子和氫之間，可以生成單一產物 (Jegatheesan & Rajasekaran, 2021)。這種型別的反應通常在鈀或鎳催化劑的存在下發生。

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圖2：催化劑的作用

催化劑是指負責使反應發生或以與反應本身可影響的速率不同的速率進行的特定物質 (Sciencedirect, 2022)。根據上圖，可以看出，在金屬催化劑（如銠、鈀、鉑等）的存在下，反應會以劇烈的方式提高反應速率。

碳化合物的取代反應

這種特定型別的碳化合物反應出現在觀察到活性較低的元素與活性較高的元素參與的反應中。這種反應主要見於烴的反應。這些反應通常被認為是單取代反應 (Sciencedirect, 2022)。該反應可以表示為化學反應。這種反應的化學表示可以表示為：${CH_4(g)+Cl_2(g)=CH_3Cl(g)+HCl(g)}$ 該反應表示甲烷和氯之間觀察到的化學反應。與更活潑的元素氯相比，甲烷的電子被認為反應性較低。基於這些方面，可以認為氯原子能夠置換飽和烴原子結構中的氫原子。在這個過程中，經常生成的元素是高階同系物。

結論

本教程解釋了碳化合物以及通常用於不同化學反應的幾種化學性質。本教程還解釋了稱為碳化合物燃燒的過程。根據反應發現的其他化學化合物是在新增氧氣時，通常被稱為氧化和碳化合物的取代反應。碳化合物加成反應的解釋包括在不飽和烴和氫之間最常看到的反應，其中可以生成單一產物。

常見問題

Q1. 以下哪種烴與C2H6、C3H8、C3H6、C2H2和CH4發生加成反應？

根據化學原理，加成反應發生在不飽和烴中。因此，反應可以與${C_2H_2}$和${C_3H_6}$等元素髮生，因為這兩種化合物在碳化合物鍵之間都有雙鍵。

Q2. 為什麼碳的化合物被用作燃料？

使用碳化合物作為燃料的主要原因是碳可以產生清潔火焰，反應後會產生二氧化碳和水。此外，燃燒過程中不會產生煙霧，但會產生熱量和光。

Q3. 共價鍵的型別是什麼？

單共價鍵是指分子鍵，其中一對電子在兩個原子之間共享。兩對電子和兩個原子之間的反應稱為雙共價鍵。有時，當三對電子在兩個原子分子之間共享時，該反應稱為三共價鍵。

參考文獻

期刊

Aftanaziv, I., Malovanyy, M., Shevchuk, L., Strogan, O., & Strutynska, L. (2022). Economic and Environmental Benefits of Using Cavitation Treated Fuel in Vehicles of Internal Combustion Engines. COMMUNICATIONS, 24(3), B158-B169. Retrieved from: https://scholar.archive.org

Jegatheesan, A., & Rajasekaran, E. (2021, November). Characterization of Organic Compound Doped Inorganic Ammonium Phosphate: Crystal Formation and Opto-Electrical Properties. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2070, No. 1, p. 012004). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org

Kokorina, A. A., Ermakov, A. V., Abramova, A. M., Goryacheva, I. Y., & Sukhorukov, G. B. (2020). Carbon nanoparticles and materials on their basis. Colloids and Interfaces, 4(4), 42. Retrieved from: https://www.mdpi.com/2504-5377/4/4/42/pdf

網站

Harvard, (2020). Oxidation of carbon compounds by silica. Retrieved from: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013EP&S...65..811I/abstract [檢索日期：2022年6月27日]

Sciencedirect, (2022). Carbon Atom. Retrieved from: https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/carbon-atom [檢索日期：2022年6月27日]

Sciencedirect, (2022). Effect of catalyst on energy diagram profile. Retrieved from: https://www.researchgate.net [檢索日期：2022年6月27日]