01. 탄화수소
오늘은 탄화수소 중 알케인(alkane)에 대해서 알아보려고 합니다.
먼저 탄화수소는 탄소 화합물 중에서 탄소(C)와 수소(H)로만 이루어진 화합물이고, 알케인은 평소 잘 알려진 석유와 천연가스가 있습니다.
탄소 원자의 결합 방식이 다양하기 때문에 화합물의 종류가 매우 많이 있습니다.
1. 나누는 방법은 여러가지 인데 그림에서 보는 것처럼 결합의 모양에 따라 사슬 모양 탄화수소와 고리 모양 탄화수소로 나눌 수 있습니다. 탄소 원자들이 연속적으로 길게 연결된 골격을 갖는 탄화수소를 사슬 모양 탄화수소라고 하며, 말 그대로 고리 모양으로 결합된 탄화수소를 고리 모양 탄화수소라고 합니다.
2. 결합의 종류에 따라 나누면 포화 탄화수소와 불포화 탄화수소로 나눌 수 있습니다. 탄소 원자 사이의 결합이 단일 결합으로 이루어진 탄화수소를 포화 탄화수소라고 하고, 탄소 원자 사이 2중 결합이나 3중 결합이 있다면 불포화 탄화수소라고 합니다.
3. 벤젠 고리가 있는지 없는지에 따라 분류하자면 지방족 탄화수소와 방향족 탄화수소로 나눌 수 있습니다. 벤젠 고리를 가지고 있지 않다면 지방족 탄화수소라고 하며 벤젠 고리를 가지고 있다면 방향족 탄화수소라고 합니다. 방향족 탄화수소는 불포화 탄화수소로 독특한 향이 있는 것이 특징입니다.
02. 알케인(alkane)
그 중에서 오늘 공부할 알케인은(alkane) 탄소(C)원자 사이의 결합이 모두 단일 결합으로 이루어진 포화 탄화수소입니다. 대표적으로 메테인(CH4), 에테인(C2H6), 프로페인(C3H8) 등이 있습니다.
일반식은 CnH2n+2 이고 수소는 항상 탄소의 2배 보다 2개 더 많습니다.
예를 들어 n=1일 때 즉 CH4 메테인 이라고 합니다.
메테인은 탄화수소 중 가장 간단한 분자이며, 탄소 원자를 중심으로 전자쌍이 4개 존재하기 때문에 1개의 탄소 원자에 4개의 수소 원자가 결합됩니다. 그래서 109.5°의 결합각을 갖는 정사면체 모양으로 배열되어 있습니다. 일반적으로 유기물질이 혐기성 박테리아에 의해 분해되어 생성되고, 초식동물의 소화 과정에서도 많이 생성된다고 알려져 있습니다. 실생활에서 가정용 도시가스의 원료로 사용되며, CNG, NGV라고 하는 천연가스버스에서 사용됩니다.
n=2일 때 C2H6 에테인이라고 하며
n=3일 때 C3H8 프로페인 이라고 합니다. 프로페인은 액화 석유가스(LPG)의 주성분이고, 휴대용 연료로 사용됩니다.
03. 알케인 명명법
그렇다면 탄소 수에 따라서 이름은 어떻게 붙여 주는 것일까요?
규칙은 간답합니다.
먼저 탄소수를 나타내는 그리스어 접두사를 살펴보면
1일 때 메타, 2일 때 에타 3일 때 프로파, 부타, 펜타, 헥사, 헵타, 옥타, 노나, 데카입니다.
그래서 규칙은 그리스어 접두사 + 에인을 붙여서 이름을 만듭니다.
탄소수가 1일 때 나타내는 그리스어 접두사는 메타(metha)+ 에인(ane) = 메테인(methane) ,
탄소수가 2일 때 나타내는 그리스어 접두사는 에타(etha) + 에인(ane) = 에테인(ethane)
탄소수가 4일 때 나타내는 그리스어 접두사는 뷰타(butha) + 에인(ane) = 뷰테인(buthane)
탄소수가 5일 때 나타내는 그리스어 접두사는 펜타(penta) + 에인(ane) = 펜테인(pentane) 입니다.
여기까지 글을 쓰고, 다음 시간에는 알케인의 구조 이성질체와 입체 구조에 대해서 좀 더 알아보려고 합니다.