烷（音wán）烃又称饱和烃。饱和烃是指分子中碳原子间以单链相连，其余的价键全部为氢原子所饱和的一类烃。

2．1．1　烷烃的通式和同系列

烷烃广泛存在于自然界。从天然气和石油中分离出来的烷烃有甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。从甲烷开始，每增加一个碳原子，就相应地增加两个氢原子。因此，可用C nH2n＋2的式子来表示这一系列化合物的组成，这个式子就称为烷烃的通式，式中n代表碳原子数。

具有同一个通式且结构相似，在组成上相差一个或多个CH2的若干个化合物组成一个系列，叫做同系列。同系列中各化合物互称同系物，CH2称为该同系列的系差。显然，同系列中各同系物的化学性质是相似的，其物理性质随着碳原子数的增加而呈规律性的变化。因此，只要掌握了同系列中某几个典型的、有代表性的化合物的性质，就可以推知其他同系物的一般化学性质，这对认识和鉴别烷烃提供了方便。

练习2．1

1．卷心菜叶表面的蜡质中含有29个碳的直链烷烃，写出其分子式。

2．含有30个氢原子的烷烃是（　　）。

3．某烷的相对分子质量为142，写出该烷烃的分子式（　　）。

4．下列互为同系物的有（　　）。

A．液氮和氮气　　　B．红磷和白磷　　　C．甲烷和石油　　　D．甲烷和丁烷

2．1．2　烷烃的结构

1）甲烷的结构

甲烷是最简单的烷烃，其分子式为CH4。甲烷分子是一个正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，它的4个价键从中心指向正四面体的4个顶点，并和氢原子联结，4个C—H键的键长都为0．109 nm，键角都是109．5°，如图2．1所示。

甲烷的正四面体空间结构可以由碳原子轨道的杂化轨道理论来加以解释。碳原子以4个单键与其他4个氢原子结合时，1个s轨道和3个p轨道杂化后，形成4个等同的sp3杂化轨道，如图2．2所示。

图2．1　甲烷分子的正四面体结构

图2．2　碳原子的sp3杂化过程

4个sp3杂化轨道的对称轴在空间的取向相当于从正四面体的中心伸向4个顶点的方向，只有这样，价电子对间相互排斥作用才最小，使得各轴间的夹角为109．5°，如图2．3所示。4个sp3杂化轨道和4个氢原子的1s轨道沿键轴方向重叠形成了4个等同的C—H键，即生成了甲烷分子，如图2．4所示。