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第 2 章

模組 2a — 裡面有什麼(PNA 與碳數)

用「道路形狀」的三型態(P / N / A)與碳數兩條軸,把石腦油的個性讀出來。

這個模組要看的東西

面對石腦油這個盒子時,一個一個成分去背太辛苦。這裡只用兩條軸把它大致讀懂:

  • 形狀的軸 = PNA(把分子的形狀分成 3 類)
  • 重量的軸 = 碳數(越多越重)

比喻 — 用「道路形狀」分 3 類

把石腦油裡的分子依「形狀」分成下列 3 類。用道路來想像,大概是這樣:

P(烷烴)= 直線道路
一條直路的印象。碳一字排開、一條直鏈。
N(環烷烴)= 圓環
像圓環路口。碳連成一個環(但不是芳香族)。
A(芳香烴 / Aromatics)= 環+交替的雙鍵
苯環的形狀。環裡面有一圈交替排列的雙鍵,是一種比較特別的環。

取這 3 類的首字母就是 PNA。把它當成「石腦油內容物的 3 型態地圖」就夠了。把 PNA 的對應先貼在腦袋裡,後面模組就不會混:直鏈 = 烷烴(P)、環 = 環烷烴(N)、苯環 = 芳香烴(A)

補充 — 結構異構體:分子式相同(例如 C6H14),但原子的連接方式不同,結果就是不同物質的兩個分子,稱為結構異構體。模組 3 的「異構化」(直鏈 → 分支)會再次出現,現在只要記住「原子數一樣,但形狀可以不同」這件事就夠了。

烷烴(直鏈)、環烷烴(單純的環)、芳香烴(環+交替雙鍵)的差別圖

直鏈 / 單純的環 / 環+交替雙鍵,只要抓住這個形狀差就夠了,不必死背具體分子名。

關於名字的一個小提醒

「環烷烴(Naphthene)」和課程名的「石腦油(Naphtha)」是不同的詞。石腦油(盒子)裡,其中一種形狀分類叫做環烷烴。名字雖然相近,但關係其實是:石腦油盒子裡,可能包含一群屬於「環」型的成分叫環烷烴

另一條軸 — 用碳數衡量重量

另一條軸是碳數:一個分子裡含有幾個碳原子。記法很簡單:碳越多越重

碳數大致個性
戊烷5輕、蒸發很快
己烷6輕,但比戊烷稍重
甲苯(芳香烴)7更重一點。密度偏高。
二甲苯(芳香烴)8再更重。密度也更偏高。

數字不用死背。先抓方向:碳多 = 重的那邊,碳少 = 輕的那邊

把兩條軸疊起來,就能看出什麼

把 PNA(形狀)和碳數(重量)合起來,就能用文字描述一批石腦油的大致個性了。

P(直鏈)偏多
偏輕,和把分子「切小塊」做塑膠原料的製程很搭。
N(單純的環)偏多
和把東西「往高辛烷值那邊推」的製程(重整)很搭。
A(環+交替雙鍵)偏多
密度與辛烷值容易都偏高。

這裡提到的「辛烷值」是「汽油不容易爆震的程度」的指標。爆震(knocking)是引擎內部燃料在點火時刻之前自燃的異常燃燒,會造成出力下降甚至引擎損傷。辛烷值越高,越不容易發生爆震 — 在這個模組記到這個程度就夠了。

「要送去哪個製程」的具體故事會在模組 3 再展開。此時只要把這 3 型態的名稱與形狀記進腦袋就夠了。

這個模組的一句話:讀石腦油只要用兩條軸就夠:形狀(P / N / A)重量(碳數)。先抓這兩條軸,再看細節。

理解檢核 — PNA 與碳數的讀法

檢查你是否能用兩條軸讀懂內容物的 4 題。

Q1. 帶有苯環(「環+交替排列的雙鍵」)的分子群是哪一個?

Q2. 一般而言,碳數變多時會怎麼樣?

Q3. PNA 三個字母對應的「形狀」正確的組合是哪一個?

Q4. 在輕重差不多的石腦油中,芳香烴(A)比較多時通常會怎樣?

模組 2a 回顧

  • PNA 是把石腦油內容物依「形狀」分成 3 類的地圖。
  • 碳數越多,一般越重、越不容易蒸發。
  • PNA × 碳數 的兩條軸,就能讀出石腦油大致的個性方向。