1. Definicja. Węglowodory to najprostsze organiczne związki chemiczne. Szkielet związków organicznych zbudowany jest z atomów węgla, połączonych ze sobą lub z innymi pierwiastkami wiązaniem kowalencyjnym. Cząsteczki węglowodorów tworzą wyłącznie czterowartościowe atomy węgla, wysycone atomami wodoru. Jednak mimo prostej budowy (tylko atomy dwóch pierwiastków chemicznych) mogą tworzyć tysiące różnych związków chemicznych. Węglowodory tworzą szeregi homologiczne., 2. Budowa szkieletu. 2.2. Topologia łańcucha. Atomy węgla w węglowodorach mogą łączyć się bezpośrednio ze sobą, tworząc łańcuchy. Łańcuchy te mogą być proste (bez rozgałęzień), rozgałęzione lub mogą zamykać się w pierścienie. Dlatego też istnieje wiele różnych grup (rodzin) węglowodorów. Węglowodory łańcuchowe nazywamy alifatycznymi, a węglowodory pierścieniowe – cyklicznymi. Węglowodory alifatyczne (węglowodory łańcuchowe), węglowodory o atomach węgla połączonych w otwarte łańcuchy (proste lub rozgałęzione). Węglowodory (węglowodory pierścieniowe), węglowodory o atomach węgla połączonych w pierścienie (jeden lub więcej). 2.3. Typ i liczba wiązań między atomami węgla – krotność wiązań. Wśród węglowodorów łańcuchowych wyróżniamy węglowodory nasycone (alkany) i nienasycone (alkeny, alkiny). Wśród węglowodorów pierścieniowych możemy wyróżnić węglowodory cykloalifatyczne (cykloalkany, cykloalkeny) oraz aromatyczne (pierścieniowe z układem aromatycznym). Węglowodory nasycone to takie, które posiadają w swoich cząsteczkach jedynie wiązania pojedyncze. Węglowodory nienasycone to takie, które posiadają w swoich cząsteczkach wiązania wielokrotne. Może być ono jedno lub kilka. Węglowodory cykloalifatyczne to węglowodory pierścieniowe, nasycone lub nienasycone (cykloalkany, cykloalkeny). Węglowodory aromatyczne (areny), węglowodory cykliczne (pierścieniowe - jedno lub wielopierścieniowe) z układem aromatycznym. W węglowodorach tych obecne są sprzężone wiązania wielokrotne (naprzemiennie pojedyncze i podwójne), na przykład benzen, homologi benzenu., 3. Ogólny podział. Podział ogólny węglowodorów przedstawia mapa myśli opisana poniżej., 4. Wiązania. 4.1. Krotność wiązań: pojedyncze, podwójne, potrójne i wielokrotność wiązań. W węglowodorach mogą występować wiązania pojedyncze (alkany), wiązania podwójne (alkeny) oraz wiązania potrójne (alkiny). Wiązania wielokrotne mogą występować w liczbie większej niż jedno pomiędzy atomami węgla, na przykład dwa wiązania podwójne w dienach. 4.2. Typ wiązań sigma (σ), pi (π) to wiązania występujące w węglowodorach. Wiązanie pojedyncze jest wiązaniem typu sigma, natomiast wiązanie podwójne i potrójne są wiązaniami typu sigma i pi (1 sigma 1 pi (podwójne), 1 sigma 2 pi (potrójne). Na ilustracji są dwa modele. Pierwszy z nich przedstawia dwa atomy węgla połączone wiązaniem o owalnym kształcie. Po zewnętrznej stronie do każdego atomu węgla przyłączone są po dwa atomy wodoru. Atomy węgla i wodoru łączą fioletowe struktury w kształcie połówek ósemki. To wiązanie sigma. Nad owalem łączącym atomy węgla jest wiązanie przypominające kształtem kowadło. Wiązanie to zaznaczono jako pi. Obok tego modelu jest podobny model, z tym że każdy z dwóch atomów węgla łączy się z jednym atomem wodoru. Owalne wiązanie między atomami węgla oznaczono jako sigma. Nad i pod atomami węgla są struktury przypominające kształtem kowadło. To wiązanie pi., 5. Hybrydyzacja. Mieszanie się orbitali atomowych, które doprowadza do powstania orbitali zhybrydowanych. Operacja ta umożliwia przewidzenie kształtu danej cząsteczki. Wyróżniamy następujące typy hybrydyzacji w węglowodorach: s p, s p indeks górny, dwa, s p indeks górny, trzy. 1. sp - atom węgla tworzy z atomami sąsiednimi dwa wiązania sigma i dwa wiązania pi (z jednym lub dwoma sąsiadami): etyn. Schemat hybrydyzacji typu sp. Na ilustracji po lewej stronie są dwa trójwymiarowe układy współrzędnych. Zaznaczono osie kolejno od dołu y, x, z. W środku pierwszego układu jest niebieska kula. Na drugim układzie jest orbital przypominający kształtem ósemkę. Jest dwukolorowy: czerwono-niebieski. Położony jest wzdłuż osi x. Zwężenie ósemki znajduje się w samym środku układu, czyli w punkcie przecięcia osi. Po prawej stronie rysunków jest strzałka w prawo z napisem hybrydyzacja - tu układ: na osi x są stykające się w punkcie przecięcia osi dwa żółte orbitale o nierównych połowach - jedna jest mała, druga dużo większa. Pomiędzy osiami z i y zaznaczono kąt 180 stopni. 2. s p indeks górny, dwa - atom węgla tworzy z atomami sąsiednimi trzy wiązania sigma i jedno wiązanie pi: eten, benzen. Rysunek przedstawia hybrydyzację typu s p indeks górny, dwa. Na ilustracji po lewej stronie są trzy trójwymiarowe układy współrzędnych. Zaznaczono osie kolejno od dołu układu y, x, z. W środku pierwszego układu jest niebieska kula. Na kolejnych dwóch układach są struktury przypominające kształtem ósemki. Są dwukolorowe: czerwono-niebieskie. Na jednym układzie ósemka położona jest wzdłuż osi y, na drugim wzdłuż osi x. Zwężenie ósemek znajduje się w samym środku układu, czyli w punkcie przecięcia osi. Po prawej stronie trzech układów znajduje się strzałka skierowana w prawo z napisem hybrydyzacja - tu układ: w punkcie przecięcia osi y, x, z są trzy ósemki - trzy orbitale o nierównych połowach - jedna jest mała, druga dużo większa. Są żółte. Jedna ósemka znajduje się na osi x, inna pomiędzy osią y i x po lewej stronie osi z, kolejna pomiędzy osią y i z na dole układu współrzędnych. Między osią z i y zaznaczono kąt 120 stopni. 3. s p indeks górny, trzy - atom węgla tworzy z atomami sąsiednimi cztery wiązania sigma: metan, etan. Schemat hybrydyzacji typu s p indeks górny, trzy. Na ilustracji po lewej stronie są cztery trójwymiarowe układy współrzędnych. Zaznaczono osie y, x, z. W środku pierwszego układu jest niebieska kula. Na kolejnych trzech układach są struktury przypominające kształtem ósemki. Są dwukolorowe: czerwono-niebieskie. Położone są kolejno: wzdłuż osi y, x i z. Zwężenie ósemek znajduje się w samym środku układu, czyli w punkcie przecięcia osi. Od czterech ilustracji jest strzałka w prawo z napisem hybrydyzacja - tu układ: w punkcie przecięcia osi y, x, z są cztery ósemki o nierównych połowach - jedna jest mała, druga dużo większa. Są żółte. Jedna ósemka znajduje się na osi z, inna na osi x, kolejna pomiędzy osią x i y oraz między osią y i z.