烃

烃是仅含碳和氢的化合物。烃的形态多样，既有小分子气体，也有液体、蜡状物质和大型分子结构。烃是有机化学的基本研究对象，也是石油和天然气的主要成分。其性质取决于碳骨架的排列方式，以及原子之间化学键的类型。含有氧、氮等其他元素的化合物，即使其结构大部分由碳和氢构成，也不属于烃。(old.goldbook.iupac.org)

结构与分类

碳原子能够形成四个共价键，并与其他碳原子连接成链状、支链状和环状结构。凭借这一能力，仅由两种元素就能构成极为多样的结构。在通常的成键描述中，碳碳单键、双键和三键的几何构型与电子分布各不相同。这些差异是决定烃化学性质的重要因素。(openstax.org)

烃的主要类别包括：

• **烷烃：**仅含单键的无环饱和烃，通式为 CₙH₂ₙ₊₂。例如甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）和丙烷（C₃H₈）。“饱和”表示在该单键结构允许的范围内，碳骨架连接的氢原子数已达到最大值。(old.goldbook.iupac.org)
• **环烷烃：**含有环状结构的饱和烃。仅含一个环的环烷烃通式为 CₙH₂ₙ，例如环己烷（C₆H₁₂）。与无环烷烃相比，环数增加会使氢原子数进一步减少。(openstax.org)
• **烯烃：**含有碳碳双键的不饱和烃。仅含一个双键的无环烯烃通式为 CₙH₂ₙ，其中最简单的是乙烯（C₂H₄）。(openstax.org)
• **炔烃：**含有碳碳三键的烃。仅含一个三键的无环炔烃通式为 CₙH₂ₙ₋₂；乙炔（C₂H₂）的英文名称除 ethyne 外，也称 acetylene。(openstax.org)
• **芳香烃：**含有芳香环体系的化合物，以苯（C₆H₆）为代表。此类化合物的分类依据是芳香性，即与电子在环状体系中离域有关的一种电子性质，而不是气味。苯的平面碳环上分布着六个 π 电子。(openstax.org)

一种烃可以含有多个环、多个双键或三键，也可以同时含有芳香性与非芳香性部分。因此，上述简单通式仅适用于相应的特定结构类别。(openstax.org)

同分异构现象与命名

不同的烃可以具有相同的分子式而结构不同，这种现象称为同分异构现象。丁烷和 2-甲基丙烷的分子式均为 C₄H₁₀，但前者具有无支链的碳链，后者则具有支链碳骨架。这类构造异构体的物理性质可能不同。双键不能自由旋转，因此，当双键两端的每个碳原子都连接两个不同的取代基时，还可能出现几何异构现象。(openstax.org)

系统命名反映分子的结构信息。对于简单的支链烷烃，命名时首先选择最长的连续碳链，再对其编号，并确定所连接的烷基。英文名称中的词尾 -ane、-ene 和 -yne 分别对应主要含单键、双键和三键的类别，中文则分别以“烷”“烯”“炔”表示。数字标明支链和多重键的位置；英文前缀 cyclo-（中文“环”）表示环状结构。俗名仍被广泛使用，例如乙烯的英文俗名 ethylene，对应其系统名称 ethene。(openstax.org)

物理性质

烃通常为非极性物质，分子间相互作用主要是色散力，而色散力属于范德华力。烃通常在水中的溶解度较低，但较容易溶于相容的非极性液体。因此，许多液态烃可用作溶剂。在结构相近的烷烃系列中，随着分子增大，分子间吸引力增强，沸点通常随之升高。(openstax.org)

分子形状也会影响性质：与相应的无支链异构体相比，支链烷烃的沸点通常较低。熔点受分子对称性和晶体堆积方式的影响较大，因此变化趋势不如沸点规律。在通常的室温条件下，最小的烷烃为气体，中等大小的烷烃为液体，碳链足够长的烷烃则为固体。这些差异有助于解释气体燃料、汽油馏程内的液体以及石蜡的性质。(openstax.org)

化学反应

烃的燃烧会释放能量。在氧气充足的条件下，完全燃烧生成二氧化碳和水；以甲烷为例：

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O。

不完全燃烧则可能生成一氧化碳和含碳颗粒。除燃烧外，烷烃在许多普通条件下相对不活泼，但在适当的活化条件下也能发生卤素取代等反应。(openstax.org)

烯烃和炔烃可在多重键处发生加成反应。催化加氢使氢加成到不饱和键上，其他加成反应则可引入卤素或含氧基团。催化在许多工业转化过程中起着控制作用。芳香族化合物通常发生能够保留芳香环体系的取代反应，而不是普通烯烃所特有的直接加成反应。(openstax.org)

烯烃还可发生聚合反应，使许多小分子连接成聚合物。聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯的分子结构仅含碳和氢，因此属于烃类聚合物。其他一些塑料含有额外的元素，不属于这一类别。(openstax.org)

分布与工业加工

石油和天然气是烃的主要商业来源。石油是一种复杂的混合物，而天然气的主要成分是甲烷。石油的形成涉及古代有机物质被埋藏，并在漫长时期内经历地质转化。烃也存在于生物体内，还可通过化学方法合成。(eia.gov)

炼油厂利用蒸馏，按沸程将原油分离成不同馏分。这些馏分是混合物，而非单一的纯化合物。裂化将较重的烃分子转化为较小的分子，重整及其他工艺则改变分子结构，以获得所需的燃料组分。烃可用作交通运输和供暖燃料、润滑剂以及化学工业原料。(eia.gov)

环境意义

燃烧烃类化石燃料会使地质储库中的碳以二氧化碳的形式进入大气。未经燃烧而直接释放的甲烷本身就是一种温室气体。许多其他排放到空气中的烃会参与大气反应，促进近地面臭氧的形成。这种作用因化合物而异：美国环境保护署在其监管所用的挥发性有机化合物定义中排除了甲烷和乙烷，因为它们参与臭氧生成的光化学反应活性可以忽略不计。(eia.gov)