Een koolwaterstofketen is een molecuul dat volledig uit waterstof en koolstof bestaat. Ze zijn de eenvoudigste van de organische verbindingen en kunnen een vloeistof, gas of vaste stof zijn. Er zijn veel soorten koolwaterstofketens, waaronder alkanen, alkenen, alkynen, cycloalkanen en arenen. Ze kunnen vertakt, lineair of cyclisch zijn. Koolwaterstofketens zijn alomtegenwoordig in de natuur. Ze zijn niet-polair, wat betekent dat ze niet vermengen met water.
Carbon's Valence Shell
De eenvoudigste koolwaterstof is methaan, een enkel centraal koolstofatoom gebonden aan vier waterstofatomen. Het centrale koolstofatoom kan niet meer dan vier andere bindingen vormen omdat het slechts vier valentie-elektronen heeft. Valentie-elektronen zijn vrije elektronen op de buitenste schil van het atoom die beschikbaar zijn om te binden of paren te maken met valentie-elektronen op andere atomen om moleculen te vormen. Terwijl verzadigde koolstofketens alle vier de valentie-elektronen rond elke koolstof bevatten, kunnen sommige koolwaterstoffen onverzadigde punten hebben waar zich slechts twee of drie bindingen vormen rond de centrale koolstof. Die onverzadigingen kunnen de vorm hebben van dubbele of driedubbele bindingen met andere koolstoffen op plaatsen waar waterstof afwezig is, zodat alle vier de valentie-elektronen nog steeds bezet zijn.
Naamgeving van koolwaterstoffen
Koolwaterstoffen worden genoemd met een voorvoegsel op basis van het aantal koolstoffen in de keten en een achtervoegsel dat de soorten bindingen aangeeft die erin zitten. Enkele, dubbele en drievoudige bindingen worden respectievelijk alkanen, alkenen en alkynen genoemd. Voor de verbinding "ethaan", dat een gas is, geeft het voorvoegsel "eth-" twee koolstoffen in de keten aan, en het achtervoegsel "-ane" geeft aan dat het alleen enkelvoudig gebonden koolstoffen en waterstofatomen bevat. Een verbinding met negen koolstofatomen die dubbele bindingen bevat, wordt noneen genoemd. Hexaan is een voorbeeld van een zes-koolstofmolecuul met slechts enkele bindingen. Als het molecuul een ring is, begint het met het voorvoegsel "cyclo-", zoals bij cyclohexaan, een ring met zes koolstofatomen met allemaal enkele bindingen.
Andere naamgevingsregels
Wanneer een koolwaterstof als een "functionele groep" aan een ander molecuul is bevestigd, bevat het voorvoegsel ook een "-yl" -uitgang. Wanneer ethaan bijvoorbeeld aan een ander molecuul is gehecht, wordt dit een ethylgroep genoemd. Wanneer een verbinding meer dan één onverzadiging heeft, zoals een dubbele binding, wordt het nummer van het koolstofatoom waar de dubbele binding vandaan komt in de naam opgenomen met een nummer. Een buteenmolecuul met een dubbele binding tussen het eerste en het tweede koolstofatoom wordt bijvoorbeeld 1-buteen genoemd. Ten slotte zijn speciale koolwaterstoffen, arenen of aromatische koolwaterstoffen, ringen met afwisselend enkele en dubbele bindingen.
Voorbeelden van koolwaterstoffen
Koolwaterstoffen hebben veel moderne toepassingen. Natuurrubber is een soort koolwaterstof die bestaat uit afwisselend dubbel en enkelvoudig gebonden koolstoffen. Essentiële oliën zoals menthol en kamfer behoren tot een klasse van ringvormige koolwaterstoffen die terpenoïden worden genoemd en bestaan uit 10 koolstofatomen en ten minste één dubbel gebonden koolstofpaar. Hoewel menthol te vinden is in sigaretten en kamfer wordt gebruikt als mottenwerend middel, worden sommige soorten geurige etherische oliën gebruikt in medicijnen en parfum. Benzine, hoewel het geen zuivere koolwaterstof is, bevat een mengsel van koolwaterstoffen van verschillende lengtes, waaronder heptaan, isooctaan, cyclo-octaan en ethylbenzeen. Talloze oplosmiddelen, zoals ethanol en benzeen, worden vaak gebruikt bij de productie van geneesmiddelen.