Công thức cấu tạo C2H6, đồng phân và gọi tên

Trả lời nhanh

C₂H₆ chỉ có một công thức cấu tạo duy nhất là CH₃–CH₃, tên gọi ethane (tên cũ: etan). Vì vậy C₂H₆ không có đồng phân cấu tạo. Lí do: phân tử chỉ có 2 nguyên tử carbon, độ bất bão hoà bằng 0, nên hai carbon chỉ có thể nối với nhau bằng một liên kết đơn thành một mạch hở. Không thể tạo mạch nhánh, mạch vòng hay liên kết bội.

1. Xác định loại hợp chất từ công thức C₂H₆

Trước khi viết đồng phân, các em luôn tính độ bất bão hoà (số liên kết π + số vòng) để biết chất thuộc loại nào. Với hydrocarbon C_xH_y:

k = (2x + 2 − y) : 2

Thay x = 2, y = 6: k = (2·2 + 2 − 6) : 2 = 0. Như vậy phân tử không có liên kết đôi, liên kết ba hay vòng. Mọi liên kết đều là liên kết đơn, nên C₂H₆ là alkane. Nó cũng khớp với công thức chung của alkane là C_nH_2n+2 với n = 2.

2. Công thức cấu tạo của C₂H₆

Mỗi nguyên tử carbon có hoá trị IV, mỗi nguyên tử hydrogen có hoá trị I. Ta viết theo các bước:

Nối 2 nguyên tử C với nhau bằng 1 liên kết đơn: C–C.
Mỗi C đã dùng 1 hoá trị cho liên kết C–C, còn lại 3 hoá trị.
Gắn 3 nguyên tử H vào mỗi C. Tổng cộng có 6 H, khớp với công thức phân tử.

Cách biểu diễn	Công thức
Công thức phân tử	C₂H₆
Công thức cấu tạo đầy đủ	Hai nguyên tử C nối nhau, mỗi C liên kết với 3 nguyên tử H (như hình trên)
Công thức cấu tạo thu gọn	CH₃–CH₃ (hoặc viết gọn CH₃CH₃)
Số liên kết trong phân tử	7 liên kết σ (1 liên kết C–C và 6 liên kết C–H)

Trong phân tử ethane, mỗi nguyên tử carbon ở tâm của một tứ diện, góc liên kết xấp xỉ 109,5°. Vì thế công thức viết “phẳng” trên giấy chỉ thể hiện thứ tự liên kết, chưa thể hiện đúng hình dạng không gian.

3. Vì sao C₂H₆ không có đồng phân?

Đồng phân là những chất có cùng công thức phân tử nhưng khác cấu tạo. Với alkane, đồng phân cấu tạo chỉ xuất hiện khi mạch carbon có thể sắp xếp theo nhiều cách: mạch thẳng hoặc mạch nhánh. Điều này chỉ bắt đầu từ 4 nguyên tử carbon trở lên (C₄H₁₀ có 2 đồng phân).

Không có đồng phân mạch nhánh: cần ít nhất 3 C trên mạch chính và 1 C ở nhánh. C₂H₆ chỉ có 2 C.
Không có đồng phân mạch vòng: vòng nhỏ nhất cũng cần 3 C, và vòng làm k = 1, trong khi C₂H₆ có k = 0.
Không có đồng phân liên kết bội: liên kết đôi hay ba cũng làm k ≥ 1.

Kết luận: số đồng phân cấu tạo của C₂H₆ bằng 1, tức là chỉ có chính ethane.

Mẹo nhớ: các alkane CH₄, C₂H₆, C₃H₈ đều chỉ có 1 cấu tạo. Số đồng phân của alkane lần lượt là C₄ có 2, C₅ có 3, C₆ có 5, C₇ có 9.

4. Lỗi sai thường gặp khi viết cấu tạo C₂H₆

Tưởng xoay phân tử là có đồng phân mới. Có bạn vẽ H ở trên, ở dưới hay đổi chiều thành H₃C–CH₃ rồi đếm thành 2, 3 chất. Thực ra đó chỉ là cùng một phân tử nhìn từ hướng khác.
Nhầm cấu dạng với đồng phân. Nhóm CH₃ có thể quay quanh liên kết C–C, tạo ra cấu dạng “xen kẽ” và “che khuất”. Hai cấu dạng này chuyển hoá cho nhau rất nhanh ở nhiệt độ thường, nên không phải hai chất khác nhau và không tính là đồng phân cấu tạo.
Thiếu hoặc thừa hoá trị. Viết C có 5 liên kết hoặc chỉ có 2 H. Hãy luôn kiểm tra: mỗi C đủ 4 gạch, mỗi H đúng 1 gạch.
Nhầm C₂H₆ với C₂H₆O. C₂H₆O có thêm O nên có 2 đồng phân là ethanol CH₃–CH₂–OH và dimethyl ether CH₃–O–CH₃. Còn C₂H₆ thì chỉ có 1.

5. Gọi tên C₂H₆

Tên alkane mạch không nhánh gồm tiền tố chỉ số nguyên tử C + đuôi “-ane”. Với 2 nguyên tử carbon, tiền tố là “eth-“, nên tên là ethane. Tài liệu theo cách gọi cũ ghi là etan.

Số C	Công thức	Tên alkane	Gốc alkyl tương ứng
1	CH₄	methane	methyl (CH₃–)
2	C₂H₆	ethane	ethyl (C₂H₅– hay CH₃CH₂–)
3	C₃H₈	propane	propyl (CH₃CH₂CH₂–)
4	C₄H₁₀	butane	butyl

Khi bỏ đi 1 nguyên tử H của ethane, ta được gốc ethyl (C₂H₅–). Gốc này xuất hiện trong rất nhiều chất quen thuộc như ethyl chloride C₂H₅Cl hay ethanol C₂H₅OH.

6. Tính chất của ethane

Tính chất vật lí

Ethane là chất khí không màu, không mùi, gần như không tan trong nước. Nó có trong khí thiên nhiên và khí dầu mỏ, chỉ sau methane về hàm lượng. Nhiệt độ sôi khoảng −89 °C, nên ở điều kiện thường ethane tồn tại ở thể khí.

Tính chất hoá học

Phân tử chỉ có liên kết σ bền nên ethane khá trơ ở nhiệt độ thường. Nó không làm mất màu dung dịch bromine và dung dịch KMnO₄. Các phản ứng đặc trưng là:

Phản ứng thế với halogen (chiếu ánh sáng, tỉ lệ mol 1 : 1):
C₂H₆ + Cl₂ → C₂H₅Cl + HCl
Hiện tượng: màu vàng lục của khí chlorine nhạt dần. Vì 6 nguyên tử H trong ethane tương đương nhau, sản phẩm thế một lần chỉ có một chất là chloroethane.
Phản ứng cháy (toả nhiều nhiệt):
2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O (t°)
Ngọn lửa xanh nhạt. Với alkane, khi đốt cháy luôn có n_H2O > n_CO2.
Phản ứng tách hydrogen (dehydrogen hoá):
C₂H₆ → C₂H₄ + H₂ (t°, xt)
Đây là một cách sản xuất ethylene trong công nghiệp.

7. Điều chế ethane

Trong phòng thí nghiệm: vôi tôi xút hoá muối sodium propanoate:
C₂H₅COONa + NaOH → C₂H₆↑ + Na₂CO₃ (CaO, t°)
Hydrogen hoá ethylene:
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃ (Ni, t°)
Trong công nghiệp: tách từ khí thiên nhiên, khí mỏ dầu.

8. So sánh: các dẫn xuất của ethane có đồng phân không?

Đây là phần đề kiểm tra hay “bẫy” học sinh. Ethane không có đồng phân, nhưng khi thay H bằng nguyên tử khác thì có thể xuất hiện đồng phân vị trí:

Công thức phân tử	Số đồng phân cấu tạo	Các cấu tạo
C₂H₆	1	CH₃–CH₃
C₂H₅Cl	1	CH₃–CH₂Cl
C₂H₄Cl₂	2	CH₃–CHCl₂ và CH₂Cl–CH₂Cl
C₂H₆O	2	CH₃–CH₂–OH và CH₃–O–CH₃

Quy luật: khi thay một H của ethane thì chỉ có 1 sản phẩm, vì 6 H tương đương. Khi thay hai H thì có 2 khả năng: cùng gắn trên một C, hoặc mỗi C một nguyên tử.

9. Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Hydrocarbon X có công thức phân tử C₂H₆. Số công thức cấu tạo của X là bao nhiêu? Gọi tên X.

Đáp án: k = 0, có 2 C nên chỉ có 1 cấu tạo là CH₃–CH₃, tên gọi ethane.

Bài 2. Cho ethane phản ứng với Cl₂ (ánh sáng). Viết cấu tạo các sản phẩm thế hai lần có thể thu được.

Đáp án: Có 2 sản phẩm là CH₃–CHCl₂ (1,1-dichloroethane) và CH₂Cl–CH₂Cl (1,2-dichloroethane).

Bài 3. Đốt cháy hoàn toàn 3,0 gam ethane. Tính thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar) và số mol O₂ đã phản ứng.

Lời giải: M_C2H6 = 30 g/mol, nên n = 3,0 : 30 = 0,1 mol. Theo phương trình 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O, ta có n_CO2 = 2 × 0,1 = 0,2 mol. Vậy V_CO2 = 0,2 × 24,79 = 4,958 L. Số mol O₂ = 3,5 × 0,1 = 0,35 mol.

10. Tóm tắt cần nhớ

C₂H₆ là alkane (k = 0), tên ethane (etan).
Công thức cấu tạo thu gọn: CH₃–CH₃. Chỉ có 1 cấu tạo, không có đồng phân.
Các cấu dạng do quay quanh liên kết C–C không phải là đồng phân cấu tạo.
Phản ứng đặc trưng: thế halogen, cháy, tách hydrogen.

Câu hỏi thường gặp

C2H6 có bao nhiêu đồng phân?

C2H6 chỉ có 1 công thức cấu tạo là CH3–CH3 (ethane), nên không có đồng phân cấu tạo. Alkane chỉ bắt đầu có đồng phân từ 4 nguyên tử carbon (C4H10).

Công thức cấu tạo thu gọn của C2H6 là gì?

Là CH3–CH3, cũng có thể viết CH3CH3. Hai nguyên tử carbon nối với nhau bằng 1 liên kết đơn, mỗi carbon liên kết với 3 nguyên tử hydrogen.

C2H6 tên là gì?

Theo danh pháp IUPAC, C2H6 có tên là ethane. Tài liệu theo cách gọi cũ ghi là etan. Gốc tạo thành khi bỏ đi 1 nguyên tử H là ethyl (C2H5–).

Ethane có làm mất màu dung dịch bromine không?

Không. Phân tử ethane chỉ có liên kết đơn nên không tham gia phản ứng cộng. Ethane chỉ thế với halogen khi được chiếu ánh sáng hoặc đun nóng.