高校化学
Unit 17
飽和炭化水素
メタン・エタン・プロパン…炭素鎖が長くなるにつれ何が変わる？アルカンの性質と石油の利用を学ぼう。
⛽ アルカン🔄 置換反応🛢️ 石油の分留
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アルカン（飽和炭化水素）
アルカンは C-C 単結合のみからなる炭化水素で、一般式 CₙH₂ₙ₊₂。化学的に安定で、塩素などのハロゲンと光照射下で置換反応（ラジカル反応）を起こす。メタン・エタン・プロパン・ブタンが基本。
📋 主なアルカンの一覧
| 名称（英語） | 分子式 | 沸点 | 常温の状態 |
|---|---|---|---|
| メタン（methane） | CH₄ | −161 °C | 気体 |
| エタン（ethane） | C₂H₆ | −89 °C | 気体 |
| プロパン（propane） | C₃H₈ | −42 °C | 気体 |
| ブタン（butane） | C₄H₁₀ | −1 °C | 気体 |
| ペンタン（pentane） | C₅H₁₂ | 36 °C | 液体 |
| ヘキサン（hexane） | C₆H₁₄ | 69 °C | 液体 |
⚗️ アルカンの置換反応（例：メタン + Cl₂）
- CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl（光照射が必要）
- さらに置換が進む：CH₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄
- この反応は連鎖反応（ラジカル連鎖機構）で進む
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シクロアルカンと石油の利用
シクロアルカンは炭素が環状につながったアルカンで、一般式 CₙH₂ₙ。シクロヘキサン（C₆H₁₂）が典型例。石油はアルカン・シクロアルカン・芳香族炭化水素の混合物で、分留によって各成分を分離する。
🛢️ 石油の分留と主な留分
| 留分 | 沸点範囲 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 石油ガス（C₁〜C₄） | 〜30 °C | LPG（液化石油ガス）・燃料 |
| ナフサ（C₅〜C₁₀） | 30〜180 °C | ガソリン・石油化学原料 |
| 灯油（C₁₀〜C₁₅） | 180〜250 °C | 暖房・ジェット燃料 |
| 軽油（C₁₅〜C₂₀） | 250〜350 °C | ディーゼル燃料 |
| 重油・残渣 | 350 °C〜 | 船舶燃料・アスファルト |
✅ この単元のまとめ
- アルカン：C-C 単結合のみ、CₙH₂ₙ₊₂；化学的に安定
- 置換反応：Cl₂ + 光 → H を Cl に置き換える（ラジカル連鎖機構）
- シクロアルカン：環状構造、CₙH₂ₙ；シクロヘキサン C₆H₁₂ が代表
- 石油の分留：沸点の差で成分を分離（ガス・ナフサ・灯油・軽油・重油）
- ナフサ（粗製ガソリン）は石油化学工業の出発原料
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