炭化水素の構造的特性は、炭素原子の性質に基づき多様性に富んでいる。原子価結合法の考え方では、炭素原子は混成軌道を形成することで、
1. sp3炭素 - 正四面体構造、分岐数=4（4つの単結合）・（4つのσ結合）
2. sp2炭素 - 平面構造、分岐数=3（2つの単結合と1つの二重結合） ・（3つのσ結合と1つのπ結合）
3. sp炭素 - 直線構造、分岐数=2（1つの単結合と1つの三重結合[1]）・（2つのσ結合と2つのπ結合）
の3種類の基本構造のうちいずれかの状態を取る。そして結合の相手となる炭素も結合の種類に応じて混成軌道を作るため、二重結合の両端ではsp2炭素が、三重結合の両端ではsp炭素が隣り合って対を形成することになる。また、炭素-炭素結合による連結は鎖の長さによる制限をほとんど受けない。この単一元素で分岐数の多い分子を生成する性質をカティネーション性と呼ぶが、分岐数の多様性とあいまって、炭化水素の構造の多様性はほぼ無限といってよい。言い換えると、炭化水素を基本骨格に持つ有機化合物は莫大な多様性を有するが、それは炭化水素の構造の量的な多様性と置換基による質的な多様性とが相乗的に発現した結果でもある。
炭化水素の構造はトポロジー的には鎖状構造と環構造のいずれもとりうる。それゆえ炭化水素の分類の基本は構造的に
* 鎖状構造（鎖式炭化水素）か環構造（環式炭化水素）か
* 単結合のみで構成される（飽和炭化水素）か多重結合を含んで構成される（不飽和化合物）か
により分類する。
炭化水素の化学式（一般式）においては炭素と水素との数の関係は、構造のトポロジー的分類に応じて簡単な法則性が存在する。
鎖状飽和炭化水素は、直鎖構造であれ分枝構造であれ、CnH2n+2であらわすことが出来る。環を1つ持つとCnH2n（単環性炭化水素）、2つ持つとCnH2n-2（双環性炭化水素）…となる。また、不飽和炭化水素の水素数は、相当する飽和炭化水素の水素数から多重結合の多重度の総数の二倍だけ少なくなる。それ故、基本的なアルカン、アルケン、シクロアルカンなどは一般式で表現されることもある。
簡単な炭化水素について、分類を次に示す。
* 鎖式飽和炭化水素（飽和鎖式炭化水素も同義）
- アルカン（CnH2n+2）
総称 - パラフィン類
* 鎖式不飽和炭化水素（不飽和鎖式炭化水素も同義）
- アルケン（モノエン化合物、CnH2n）
- アルキン（モノイン化合物、CnH2n-2）
総称 - オレフィン類
…
* 環式飽和炭化水素（飽和環式炭化水素も同義）
- シクロアルカン（CnH2n）
* 環式不飽和炭化水素（不飽和環式炭化水素も同義）
- シクロアルケン（モノシクロモノエン化合物、CnH2n-2）
- シクロアルキン（モノシクロモノイン化合物、CnH2n-4）
…
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
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