【過去問】脂肪族炭化水素とは？アルカン・アルケンを解説｜毒物劇物取扱者

【結論】アルカンの一般式はCₙH₂ₙ₊₂。【根拠】飽和鎖式炭化水素でC-C・C-H単結合のみ。CH₄（n=1）・C₂H₆（n=2）・C₃H₈（n=3）・C₄H₁₀等。水素数は最大で「sp³で四本結合」の規則から導かれる。【誤答パターン】アルケン（CₙH₂ₙ）と混同しやすい。【試験官コメント】パラフィン系炭化水素とも呼ぶ。燃料（メタン・プロパン・ガソリン等）として最重要。

【結論】アルケンの一般式はCₙH₂ₙ（n≥2）。【根拠】二重結合C=Cを1つ持つためアルカンよりH 2個少ない。エチレンC₂H₄（n=2）・プロピレンC₃H₆（n=3）等。オレフィンとも呼ぶ。【誤答パターン】「n≥1」は誤り。C₁のアルケン（CH₂）は存在しない。C=Cには炭素2個が必要なのでn≥2。【試験官コメント】アルケンは付加反応性が高く、高分子材料の原料として工業的に重要。

【結論】アルキンの一般式はCₙH₂ₙ₋₂（n≥2）。【根拠】三重結合C≡Cを1つ持つためアルカンよりH 4個少ない。アセチレンC₂H₂（n=2）・プロピンC₃H₄（n=3）等。【誤答パターン】アルケンCₙH₂ₙとの違いは「-2」。三重結合のH不足分。【試験官コメント】アセチレンは工業的に重要（溶接用火炎温度3000℃以上）。化学原料としても利用。

【結論】メタンCH₄は最も単純なアルカン。【根拠】炭素1個・水素4個の単結合のみ。正四面体構造（H-C-H=109.5°）。天然ガスの主成分、都市ガス原料、温室効果ガスでもある。【誤答パターン】「単純な構造だから別分類」は誤り。CₙH₂ₙ₊₂（n=1）で典型的アルカン。【試験官コメント】メタンは燃焼反応CH₄+2O₂→CO₂+2H₂Oが熱化学計算で頻出。

【結論】エチレンC₂H₄は二重結合を持つアルケンで付加反応を示す。【根拠】CH₂=CH₂の構造。二重結合のπ結合が反応性の起点。H₂・X₂・H₂O・HX等の付加でエタン・ハロゲン化物・アルコール等へ変換。ポリエチレン原料。【誤答パターン】「付加＋置換」両方可能と誤解。アルケンは付加が主、アルカンは置換が主。【試験官コメント】エチレンは植物ホルモン（果実成熟促進）でもある。

【結論】アセチレンC₂H₂は三重結合を持ち工業的に重要な原料。【根拠】HC≡CH構造。水への水和（Hg触媒）でアセトアルデヒド、塩化水素付加で塩化ビニル等、多くの工業原料に変換。酸素との燃焼で高温（3000℃以上）が得られ溶接に利用。【誤答パターン】「構造上安定」は誤り。三重結合は反応性高い。【試験官コメント】カーバイド（CaC₂）+水で発生可能：CaC₂+2H₂O→Ca(OH)₂+C₂H₂。

【結論】アルカンの代表反応は置換反応（光ハロゲン化等）。【根拠】飽和結合のみで付加反応不可。光・熱エネルギー下でラジカル機構によりH-Cl等が置換：CH₄+Cl₂→CH₃Cl+HCl。アルカンが「飽和＝安定」の理由。【誤答パターン】「アルカンも付加」は誤り。付加はアルケン・アルキンの反応。【試験官コメント】反応性：アルカン（置換）<アルケン（付加）<アルキン（付加）。

【結論】アルケンの代表反応は付加反応（水素・ハロゲン・水等）。【根拠】C=Cの二重結合のπ結合が開裂して新しい単結合を2本形成。H₂（接触還元）→アルカン、Br₂→ジブロミド（脱色反応）、H₂O→アルコール。マルコフニコフ則でH付加位置決定。【誤答パターン】アルケンの置換反応は例外的。通常は付加が支配。【試験官コメント】Br₂水の脱色はアルケン検出の定性反応。

【結論】クラッキングでエチレン・プロピレン等のアルケンが生成。【根拠】高温・触媒下で重質油（長鎖アルカン）を熱分解・接触分解し、アルケン類と軽質ガソリンを得る。これらは石油化学工業の中心原料（ポリエチレン・ポリプロピレン原料）。【誤答パターン】鉄・水銀・シアン化物は石油化学と無関係。クラッキングは炭化水素の分解。【試験官コメント】石油化学コンビナートの中核。エチレン生産量は国の化学工業規模の指標。

【結論】アルカンは炭素数が増えると融点・沸点が上昇する。【根拠】分子量増加に伴いファンデルワールス力が増大。常温：C₁〜C₄は気体（メタン〜ブタン）、C₅〜C₁₇は液体、C₁₈以降は固体（パラフィンワックス）。【誤答パターン】「水に溶ける」は誤り。アルカンは無極性で疎水性。【試験官コメント】石油の分留はこの沸点差を利用。LPG・ガソリン・灯油・軽油・重油の順に重くなる。