2.7　烷烃的天然来源和代表性烷烃

2.7.1　烷烃的来源

烷烃的天然来源主要是煤、天然气和石油。

煤在高温、高压和催化剂的存在下，与氢气作用可得到烃类的复杂混合物，又叫人造石油。煤的高温干馏（焦化）产物煤焦油是芳香烃类化合物的主要来源之一。

天然气是蕴藏在地层内的可燃气体。它是多种气体的混合物，主要是甲烷（含量约98%），还有少量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。甲烷是动植物在没有空气的条件下腐烂分解的最终产物，即一些有生命的有机物非常复杂的分子断裂的最终产物。

石油是烷烃最主要的来源。它的组成主要是烷烃、环烷烃和芳烃等烃类物质（见表2-7）。石油主要用作燃料，是主要的能源，又是有机化工的基本原料。

当汽油与空气的混合物在内燃机气缸中正常燃烧时，火焰传播速度为10～20m/s。燃烧太快或不正常时，容易发生爆炸或爆震。爆震燃烧时火焰传播速度可达1500～2000m/s，会使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，在发动机里产生“敲击”（knocking），俗称敲缸，导致汽车发动机损坏。引起爆震的倾向用辛烷值表示。

正庚烷CH₃（CH₂）₅CH₃爆震非常厉害，其辛烷值为零。

异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷），其爆震现象最少，将其辛烷值定为100。通常以异辛烷的标准辛烷值规定为100，正庚烷的辛烷值规定为零，把两种标准燃料以不同的体积比混合起来，可得到各种不同的抗震性等级的混合液。发动机在相同条件下工作，与待测燃料进行对比。抗震性与样品相等的混合液中所含异辛烷百分数，即为该样品的辛烷值。汽油辛烷值大，抗震性好，质量也好。例如某标号汽油的辛烷值为85，则表示该汽油与85份异辛烷和15份正庚烷的抗震性相当。自从辛烷值建立起来，出现了优于异辛烷的燃料，即辛烷值超过100。常见油品的辛烷值示例如下：

可以看出，六个碳以上的直链烷烃辛烷值都很低，而带有支链的烷烃、不饱和脂肪烃尤其是芳香烃较为理想。

但是市场上的汽油，如85号、90号、95号油，并非就是指汽油的辛烷值，而是指汽油燃烧时所产生的燃烧热，相当于燃烧按比例合成的异辛烷与正庚烷所产生的热量。

辛烷值越高，防止发生爆震的能力越强，对发动机的损害越小。因此，人们常常加入一些添加剂来增加汽油的辛烷值，过去常往汽油中加入四乙基铅［（C₂H₅）₄Pb］来提高辛烷值，但是铅毒性大，现改用硝基甲烷（CH₃NO₂）、硝基异丙烷（i-PrNO₂）、甲基叔丁基醚［CH₃OC（CH₃）₃］等作为添加剂来提高辛烷值，同时还可以作为发动机的防爆剂。虽然甲醇具有较高的辛烷值，但由于其有毒，在车用无铅汽油中用添加甲醇的方法来提高汽油的辛烷值是不允许的。

2.7.2　代表性烷烃及烷烃混合物介绍

（1）甲烷　分子式CH₄，是最简单的有机化合物。在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤气的主要成分之一，故又名“沼气”。甲烷是无色、无臭味气体，沸点-164℃，比空气轻，极难溶于水。当与空气成适当比例混合后，遇火花会发生爆炸。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的化工原料。近年来广受关注的可燃冰实际上是天然气水合物，它们是由天然气和水在高压低温的条件下形成的类冰状的结晶化合物。可燃冰主要成分是甲烷，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，作为能源具有高效清洁、燃烧值高、能量密度高的特点，但可燃冰的开采并不容易。

（2）石油醚　实验室里常用的非极性溶剂，无色透明液体，有煤油气味。石油醚并不是醚类化合物，其主要成分是戊烷和己烷，含量不固定，不同的组成导致不同的沸程，常用30～60℃与60～90℃两种规格，都是指它的沸点或者沸程在这个范围内。石油醚的蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

（3）液体石蜡　C₁₈～C₂₄的液体烷烃的混合物，无色无味的透明油状液体，不溶于水、乙醇，在体内不被吸收，常用作肠道润滑的缓泻剂或滴鼻剂的溶剂或基质。

（4）凡士林　C₁₈～C₂₂的烷烃混合物，一般呈半固体状，具有良好的稳定性，对酸、碱稳定，在空气中不易变质，常用作软膏的基质和皮肤保护油膏等。

（5）石蜡　C₂₅～C₃₄的固体烷烃的混合物，通常是白色、无色无味的蜡状固体，不溶于水，化学性质稳定，常用于蜡疗、中成药的密封材料和药丸的包衣等。