Τι είναι οι υδρογονάνθρακες;
Οι υδρογονάνθρακες είναι οργανικές χημικές ενώσεις που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από άνθρακα και υδρογόνο και κυμαίνονται από απλά μόρια όπως το μεθάνιο, σε πολυμερή όπως το πολυστυρένιο, το οποίο αποτελείται από χιλιάδες άτομα.Η ικανότητα των ατόμων άνθρακα να συνδέονται έντονα μεταξύ τους, τους επιτρέπει να σχηματίσουν μια σχεδόν απεριόριστη ποικιλία αλυσίδων, δαχτυλιδιών και άλλων δομών που σχηματίζουν τις ραχοκοκαλιά των οργανικών μορίων.Δεδομένου ότι κάθε άτομο μπορεί να σχηματίσει τέσσερις δεσμούς, αυτές οι ραχοκοκαλίες περιλαμβάνουν άλλα στοιχεία, όπως το υδρογόνο.Οι ενώσεις είναι εύφλεκτες, καθώς τα δύο στοιχεία που περιέχουν θα συνδυάζονται εύκολα με οξυγόνο στον αέρα, απελευθερώνοντας ενέργεια.Τα ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, είναι φυσικά μείγματα υδρογονανθράκων.Ο άνθρακας περιέχει επίσης μερικούς, αν και είναι ως επί το πλείστον μόνο ο άνθρακας.
Δομή και ονομασία
Η ονομασία των υδρογονανθράκων ακολουθεί ορισμένες συμβάσεις, αν και σε πολλές περιπτώσεις, οι ενώσεις μπορεί να είναι πιο γνωστές με παλαιότερα ονόματα.Στο σύγχρονο σύστημα, το πρώτο μέρος του ονόματος αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ατόμων άνθρακα στο μόριο: σε ανερχόμενη αλληλουχία, οι πρώτες οκτώ είναι προθέσεις meth-, eth-, prop-, αλλά, pent-, hept- και Οκτ.Οι ενώσεις όπου οι άνθρακες συνδέονται όλοι με μεμονωμένους δεσμούς είναι γνωστές συλλογικά ως Alkanes και έχουν ονόματα που καταλήγουν σε -ane.Ως εκ τούτου, τα πρώτα οκτώ αλκάνια είναι μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, πεντάνιο, εξάνιο, επτάνιο και οκτάνιο.Τα μόρια που έχουν διπλούς δεσμούς είναι γνωστά ως αλκένια και έχουν ονόματα που τελειώνουν σε -ene
, ενώ εκείνα που έχουν τριπλούς δεσμούς ονομάζονται αλκύνς και έχουν ονόματα που τελειώνουν σε-yne .Τα μόρια που έχουν μόνο μεμονωμένους δεσμούς περιέχουν τον μέγιστο δυνατό αριθμό ατόμων υδρογόνου και επομένως περιγράφονται ως κορεσμένα.Όπου υπάρχουν διπλοί ή τριπλοί δεσμοί, υπάρχουν λιγότερα διαθέσιμα μέρη για υδρογόνο, έτσι ώστε αυτές οι ενώσεις να περιγράφονται ως ακόρεστεΆτομα, έτσι ο χημικός τύπος του είναι C 2 H 6
και είναι ένα αλκανό.Στο αιθένιο υπάρχει ένας διπλός δεσμός άνθρακα-άνθρακα, οπότε μπορεί να έχει μόνο τέσσερα υδρογόνα, καθιστώντας το αλκένιο με τον τύπο C2 H 4 .Ο Ethyne έχει έναν τριπλό δεσμό, δίνοντάς του τη φόρμουλα C 2 H 2 , και καθιστώντας το αλκύνι.Αυτή η ένωση είναι πιο γνωστή ως ακετυλενίου. Τα άτομα άνθρακα μπορούν επίσης να σχηματίσουν δακτυλίους.Τα αλκάνια με δακτυλίους έχουν ονόματα που αρχίζουν με cyclo- .Επομένως, το κυκλοεξάνιο είναι ένα αλκανό με έξι άτομα άνθρακα που συνδέονται με μεμονωμένους δεσμούς με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζουν ένα δακτύλιο.Ένας δακτύλιος με εναλλασσόμενες μονές και διπλές δεσμούς είναι επίσης δυνατός και είναι γνωστός ως δακτύλιος βενζολίου.Οι υδρογονάνθρακες που περιέχουν ένα δακτύλιο βενζολίου είναι γνωστοί ως αρωματικοί, επειδή πολλοί από αυτούς είναι ευχάριστοι-μυρωδικό.
Ορισμένα μόρια υδρογονανθράκων έχουν αλυσίδες που κλαδεύουν.Το βουτάνιο, το οποίο κανονικά αποτελείται από μια ενιαία αλυσίδα, μπορεί να υπάρχει σε μια μορφή όπου ένα άτομο άνθρακα συνδέεται με δύο άλλα, σχηματίζοντας έναν κλάδο.Αυτές οι εναλλακτικές μορφές ενός μορίου είναι γνωστές ως ισομερή.Το διακλαδισμένο ισομερές του βουτανίου είναι γνωστό ως ισοβουτάνιο.Το αργό πετρέλαιο είναι ως επί το πλείστον ένα μείγμα πολλών διαφορετικών αλκανίων και κυκλοκελών, με μερικές αρωματικές ενώσεις.Αυτά μπορούν να διαχωριστούν το ένα από το άλλο σε διυλιστήρια πετρελαίου με απόσταξη, λόγω των διαφορετικών σημείων βρασμού τους.Μια άλλη διαδικασία που χρησιμοποιείται είναι γνωστή ως "ρωγμή": οι καταλύτες χρησιμοποιούνται για να σπάσουν μερικά από τα μεγαλύτερα μόρια σε μικρότερα που είναι πιο χρήσιμα ως καύσιμα.Σημεία τήξης και βρασμού.Για παράδειγμα, οι απλούστεροι τύποι,Καθώς το μεθάνιο, το αιθάνιο και το προπάνιο, με έναν, δύο και τρεις άνθρακες, αντίστοιχα, είναι αέρια.Πολλές μορφές είναι υγρά: παραδείγματα είναι εξάνιο και οκτάνιο.Οι συμπαγείς μορφές περιλαμβάνουν κερί παραφίνης mdash;ένα μίγμα μορίων με 20 και σαράντα άτομα άνθρακα mdash.και διάφορα πολυμερή που αποτελούνται από αλυσίδες χιλιάδων ατόμων, όπως το πολυαιθυλένιο.Οι πιο αξιοσημείωτες χημικές ιδιότητες των υδρογονανθράκων είναι η ευφλεκτότητά τους και η ικανότητά τους να σχηματίζουν πολυμερή.Αυτά που είναι αέρια ή υγρά θα αντιδρούν με οξυγόνο στον αέρα, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και νερό και απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή φωτός και θερμότητας.Κάποια ενέργεια πρέπει να παρέχεται για να ξεκινήσει η αντίδραση, αλλά μόλις ξεκινήσει, είναι αυτοσυντηρούμενη: αυτές οι ενώσεις θα καούν, όπως απεικονίζεται με φωτισμό μιας εστίας αερίου με αγώνα ή σπινθήρα.Οι συμπαγείς μορφές θα καούν επίσης, αλλά λιγότερο εύκολα.Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν θα σχηματίσουν όλο τον άνθρακα CO 2 ;Η αιθάλη και ο καπνός μπορούν να παραχθούν από ορισμένους τύπους όταν καίγονται στον αέρα και σε ανεπαρκή παροχή οξυγόνου, οποιοσδήποτε υδρογονάνθρακας μπορεί να παράγει το τοξικό, άοσμο αέριο, μονοξείδιο του άνθρακα (CO).Πολύ χρήσιμα ως καύσιμα και είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τον σημερινό πολιτισμό.Σε όλο τον κόσμο, η περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από την καύση αυτών των ενώσεων και χρησιμοποιούνται για να προωθήσουν σχεδόν κάθε κινητή μηχανή: αυτοκίνητα, φορτηγά, τρένα, αεροπλάνα και πλοία.Χρησιμοποιούνται επίσης στην κατασκευή πολλών άλλων χημικών ουσιών και υλικών.Τα περισσότερα πλαστικά, για παράδειγμα, είναι πολυμερή υδρογονανθράκων.Άλλες χρήσεις περιλαμβάνουν διαλύτες, λιπαντικά και προωθητικά για δοχεία αεροζόλ.
Προβλήματα με ορυκτά καύσιμα
Οι υδρογονάνθρακες ήταν μια πολύ επιτυχημένη πηγή καυσίμου κατά τα τελευταία διακόσια χρόνια περίπου, αλλά αυξάνονται οι κλήσεις για να μειώσουν τη χρήση τους.Η καύση τους παράγει καπνό και αιθάλη, προκαλώντας σοβαρά προβλήματα ρύπανσης σε ορισμένους τομείς.Παράγει επίσης μεγάλες ποσότητες CO
2