化學 - 碳及其化合物

介紹

• 碳對所有生物都起著非常重要的作用。

• 地球地殼中碳的含量僅為 0.02%，以碳酸鹽、碳酸氫鹽、煤和石油等礦物形式存在。

• 地球大氣中碳的含量為 0.03%，以二氧化碳的形式存在。

碳的化合物

• 幾乎所有碳化合物（少數除外）都是不良的導電體。

• 金剛石和石墨都是由碳原子形成的；然而，它們之間的區別在於碳原子彼此結合的方式。

• 在金剛石中，每個碳原子都與其他四個碳原子結合，形成剛性的三維結構（參見下圖）。

• 在石墨中，每個碳原子都與同一平面上的其他三個碳原子結合，形成六邊形排列（參見下圖） -

• 金剛石和石墨在某些物理結構上也存在差異。

• 金剛石是已知最硬的物質，而石墨則是光滑且易滑的物質。

• 石墨是良好的導電體，而金剛石則不是。

• 下表說明了碳氫化合物結構 -

名稱	化學式	結構
甲烷	CH4
乙烷	C2H6
丙烷	C3H8
丁烷	C4H10
戊烷	C5H12
己烷	C6H14

• 具有相同分子式但結構不同的化合物稱為結構異構體（參見下圖所示的丁烷結構）。

• 飽和烴稱為烷烴。

• 包含一個或多個雙鍵的不飽和烴稱為烯烴。

• 包含一個或多個三鍵的不飽和烴稱為炔烴。

酒精作為燃料的用途

• 甘蔗植物非常有效地將陽光轉化為化學能，其汁液可用於製備糖蜜。

• 當糖蜜發酵時，會產生酒精（乙醇）。

• 一些國家現在使用酒精作為汽油的新增劑，因為它是一種更清潔的燃料。

• 這些酒精在充足的空氣（氧氣）中燃燒時，只會產生二氧化碳和水。

酯類

• 酯類是具有甜味的物質，通常由酸和醇反應形成（參見下圖 - 說明酯的形成）。

• 當酯類在酸或鹼存在下反應時，會重新生成醇和羧酸。

• 酯類與酸或鹼的反應稱為皂化反應，因為它用於製備肥皂。

• 肥皂分子通常是長鏈羧酸的鈉鹽或鉀鹽。

• 有趣的是，肥皂的離子端溶於水，而碳鏈溶於油。肥皂分子的這種典型特徵形成了稱為膠束的結構（參見下圖）

• 在膠束中，分子的一個端部朝向油滴，而離子端則留在外部。

• 肥皂膠束有助於將汙垢溶解在水中；同樣，衣服也會被清洗乾淨。

• 另一方面，洗滌劑通常是長鏈羧酸的銨鹽或磺酸鹽，即使在硬水中也能保持有效。

• 洗滌劑通常用於製造洗髮水和其他一些清潔衣物的產品。