Hvad er kulbrinter?
Kulbrinter er organiske kemiske forbindelser, der udelukkende består af kulstof og brint, og spænder fra enkle molekyler såsom methan, til polymerer, såsom polystyren, der består af tusinder af atomer.Carbon -atomernes evne til at binde sig stærkt til hinanden giver dem mulighed for at danne en næsten ubegrænset række kæder, ringe og andre strukturer, der danner rygradene i organiske molekyler.Da hvert atom kan danne fire bindinger, inkluderer disse rygrad andre elementer, såsom brint.Forbindelserne er brandfarlige, da de to elementer, de indeholder, let kombineres med ilt i luften og frigiver energi.Fossile brændstoffer, såsom olie og naturgas, forekommer naturligt blandinger af kulbrinter;Kul indeholder også nogle, selvom det for det meste kun er kulstof.
Struktur og navnekonventioner
Navngivningen af kulbrinter følger visse konventioner, skønt forbindelser i mange tilfælde kan være bedre kendt under ældre navne.I det moderne system repræsenterer den første del af navnet antallet af carbonatomer i molekylet: I stigende række- og oktober.Forbindelser, hvor kulhydraterne alle er forbundet med enkeltbindinger, er kendt kollektivt som alkaner og har navne, der slutter på –an.Derfor er de første otte alkaner metan, ethan, propan, butan, pentan, hexan, heptan og oktan. carbonatomer kan også danne dobbelt eller tredobbelt bindinger med hinanden.Molekyler, der har dobbeltbindinger, er kendt som alkener, og har navne, der slutter i
--ene, mens de, der har tredobbeltbindinger, kaldes alkyner, og har navne, der slutter i -yne .Molekyler, der kun har enkeltbindinger, indeholder det maksimale mulige antal hydrogenatomer og beskrives derfor som mættet.Hvor der er dobbelt- eller tredobbeltbindinger, er der færre steder til rådighed for hydrogen, så disse forbindelser beskrives som umættede. For at give et simpelt eksempel har ethan to kulhydrater sammen med en enkelt binding, hvilket overlader hver i stand til at binde til tre brintAtomer, så dens kemiske formel er C
2H 6 , og det er en alkan.I ethen er der en carbon-carbon dobbeltbinding, så den kan kun have fire hydrogener, hvilket gør det til en alken med formlen C 2 H 4 .Ethyne har en tredobbelt binding, hvilket giver den formlen C 2 H 2 , og gør det til en alkyne.Denne forbindelse er bedre kendt som acetylen. Carbonatomerne kan også danne ringe.Alkaner med ringe har navne, der begynder med
cyclo-.Derfor er cyclohexan en alkan med seks carbonatomer forbundet med enkeltbindinger på en sådan måde, at den danner en ring.En ring med skiftende enkelt- og dobbeltbindinger er også mulig og er kendt som en benzenring.Kulbrinter, der indeholder en benzenring, er kendt som aromatiske, fordi mange af dem er behagelige lyserende. Nogle carbonhydridmolekyler har kæder, der grenes.Butan, der normalt består af en enkelt kæde, kan eksistere i en form, hvor et carbonatom er bundet til to andre, der danner en gren.Disse alternative former for et molekyle er kendt som isomerer.Den forgrenede isomer af butan er kendt som isobutan.
Produktion
De fleste produktion af kulbrinter er fra fossile brændstoffer: kul, olie og naturgas, der ekstraheres fra jorden i mængder af millioner af tonsvis om dagen.Råolie er for det meste en blanding af mange forskellige alkaner og cycloalkaner med nogle aromatiske forbindelser.Disse kan adskilles fra hinanden ved olieraffinaderier ved destillation på grund af deres forskellige kogepunkter.En anden proces, der bruges, kaldes "krakning": katalysatorer anvendes til at bryde nogle af de større molekyler til mindre, der er mere nyttige som brændstofsmeltning og kogepunkter.For eksempel de enklere typer, sådanSom metan, ethan og propan med henholdsvis en, to og tre kulhydrater er gasser.Mange former er væsker: eksempler er hexan og oktan.Faste former inkluderer paraffinvoks mdash;en blanding af molekyler med mellem 20 og fyrre carbonatomer mdash;og forskellige polymerer, der består af kæder på tusinder af atomer, såsom polyethylen.
De mest bemærkelsesværdige kemiske egenskaber ved kulbrinter er deres antændelighed og deres evne til at danne polymerer.De, der er gasser eller væsker, reagerer med ilt i luften, producerer kuldioxid (CO 2 ) og vand og frigiver energi i form af lys og varme.Der skal leveres en vis energi for at starte reaktionen, men når den først er startet, er den selvbærende: disse forbindelser vil brænde, som illustreret ved at tænde en gashOB med en kamp eller gnist.Faste former brænder også, men mindre let.I nogle tilfælde danner ikke alt kulstof co 2 ;Soot og røg kan produceres af nogle typer, når de brænder i luften, og i en utilstrækkelig forsyning af ilt kan ethvert kulbrinte producere den giftige, lugtfri gas, kulilte (CO).
bruger
Brændbarheden af kulbrinter gør demMeget nyttigt som brændstoffer, og de er den primære energikilde for dagens civilisation.På verdensplan genereres de fleste elektricitet ved forbrænding af disse forbindelser, og de bruges til at drive praktisk talt hver mobilmaskine: biler, lastbiler, tog, fly og skibe.De bruges også til fremstilling af mange andre kemikalier og materialer.De fleste plastik er for eksempel carbonhydridpolymerer.Andre anvendelser inkluderer opløsningsmidler, smøremidler og drivmidler til aerosolbokser.
Problemer med fossile brændstoffer
kulbrinter har været en meget succesrig brændstofkilde i de sidste to hundrede år eller deromkring, men der er stigende opfordringer til at nedskalere deres brug.Deres forbrænding producerer røg og sod og forårsager alvorlige forureningsproblemer i nogle områder.Det producerer også store mængder CO 2 .Der er udbredt enighed blandt forskere om, at stigende niveauer af denne gas i atmosfæren hjælper med at fange varme, hæve globale temperaturer og ændre jordens klima.
Derudover vil fossile brændstoffer ikke vare evigt.Brændende brændstof til den aktuelle hastighed kunne olie løbe ud i mindre end et århundrede og kul i flere århundreder.Alt dette har ført til opfordringer til at udvikle vedvarende energikilder såsom sol- og vindkraft og konstruktion af flere atomkraftværker, der producerer nul co 2 emissioner.I 2007 blev Nobels fredspris tildelt den tidligere amerikanske vicepræsident Al Gore og FN's mellemstatslige panel om klimaændringer for deres arbejde med at bekræfte og sprede budskabet om, at forbrænding af kulbrinter stort set er ansvarlig for global opvarmning.