Co to są węglowodory?

Węglowodory są organicznymi związkami chemicznymi, które składają się w całości z węgla i wodoru, i wahają się od prostych cząsteczek, takich jak metan, po polimery, takie jak polistyren, który składa się z tysięcy atomów.Zdolność atomów węgla do silnego wiązania się ze sobą pozwala im utworzyć prawie nieograniczoną różnorodność łańcuchów, pierścieni i innych struktur, które tworzą kręgosłup cząsteczek organicznych.Ponieważ każdy atom może tworzyć cztery wiązania, kręgosłupa te obejmują inne pierwiastki, takie jak wodór.Związki są łatwopalne, ponieważ zawierane przez nich dwa elementy będą łatwo połączyć się z tlenem w powietrzu, uwalniając energię.Paliwa kopalne, takie jak olej i gaz ziemny, są naturalnie występującymi mieszaninami węglowodorów;Węgiel zawiera również niektóre, chociaż jest to głównie węgiel.W nowoczesnym systemie pierwsza część nazwy reprezentuje liczbę atomów węgla w cząsteczce: w sekwencji rosnącej pierwsze osiem jest przedrostkowane

met-, eth-, prop-, ale pent-, hex-, hept hept- i październik.Związki, w których węgle łączą się pojedyncze wiązania, są znane zbiorowo jako alkan alkanów i mają nazwy kończące się na –AM.Dlatego pierwsze osiem alkanów to metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan i oktan.

Atomy węgla mogą również tworzyć podwójne lub potrójne wiązania.Cząsteczki, które mają podwójne wiązania, są znane jako alkeny i mają nazwy kończące się na

ene , podczas gdy te, które mają potrójne wiązania, nazywane są alkinami i mają nazwy kończące się w -yne .Cząsteczki, które mają tylko pojedyncze wiązania, zawierają maksymalną możliwą liczbę atomów wodoru, a zatem są opisywane jako nasycone.Tam, gdzie są wiązania podwójne lub potrójne, istnieje mniej miejsc dostępnych dla wodoru, więc związki te są opisywane jako nienasycone.

Aby podać prosty przykład, etan ma dwa węgle połączone przez pojedyncze wiązanie, pozostawiając każdy z nich do wiązania z trzema wodorem wodoremAtomy, więc jego wzór chemiczny wynosi C 2 H 6 i jest alkanem.W ETENE znajduje się podwójne wiązanie węglowe, więc może mieć tylko cztery hydrogeny, co czyni go alkenem o wzorze C

2

H 4 .Etyny ma potrójne wiązanie, nadając jej wzór C 2 H 2 , a co czyni ją alkinem.Związek ten jest lepiej znany jako acetylen. Atomy węgla mogą również tworzyć pierścienie.Alkan z pierścieniami mają nazwy zaczynające się na cyklo- .Dlatego cykloheksan jest alkanem z sześcioma atomami węgla połączonymi pojedynczymi wiązaniami w taki sposób, aby utworzyć pierścień.Możliwy jest również pierścień z naprzemiennymi pojedynczymi i podwójnymi wiązaniami i jest znany jako pierścień benzenowy.Węglowodory zawierające pierścień benzenu są znane jako aromatyczne, ponieważ wiele z nich jest przyjemnych. Niektóre cząsteczki węglowodorów mają łańcuchy, które rozgałęzią się.Butan, który zwykle składa się z pojedynczego łańcucha, może istnieć w postaci, w której jeden atom węgla jest związany z dwoma innymi, tworząc gałąź.Te alternatywne formy cząsteczki są znane jako izomery.Rozgałęziony izomer butanu jest znany jako izobutan.

Produkcja Większość produkcji węglowodorów pochodzi z paliw kopalnych: węgiel, ropa i gaz ziemny, które są ekstrahowane z ziemi w ilościach milionów ton dziennie.Ropa naftowa jest głównie mieszanką wielu różnych alkanów i cykloalanów, z niektórymi związkami aromatycznymi.Można je oddzielić od siebie w rafineriach olejowych przez destylację z powodu ich różnych punktów wrzenia.Kolejny stosowany proces jest znany jako „pękanie”: katalizatory są stosowane do rozbicia niektórych większych cząsteczek na mniejsze, które są bardziej przydatne jako paliwa.Punkty topnienia i wrzenia.Na przykład prostsze typy, takiePonieważ metan, etan i propan, z jednym, dwoma i trzema węgliami odpowiednio, są gazy.Wiele postaci to płyny: Przykładami są heksan i oktan.Solidne formy obejmują parafinowe wosk i mdash;mieszanina cząsteczek o 20 do czterdziestu atomach węgla i mdash;Różne polimery składające się z łańcuchów tysięcy atomów, takich jak polietylen.

Najbardziej znaczącymi właściwościami chemicznymi węglowodorów są ich łatwopalność i zdolność do tworzenia polimerów.Te, które są gazami lub cieczami, będą reagować z tlenem w powietrzu, wytwarzając dwutlenek węgla (CO 2 ) i wodę oraz uwalniając energię w postaci światła i ciepła.Należy dostarczyć pewne energię, aby rozpocząć reakcję, ale po rozpoczęciu jest samowystarczalna: związki te będą płonąć, jak pokazano przez oświetlenie płyty gazowej z dopasowaniem lub iskrą.Solidne formy również się spłoną, ale mniej łatwo.W niektórych przypadkach nie wszystkie węgiel będą tworzyć CO 2 ;Bardzo przydatne jako paliwa i są głównym źródłem energii dla dzisiejszej cywilizacji.Na całym świecie większość energii elektrycznej jest wytwarzana przez spalanie tych związków i są one wykorzystywane do napędzania praktycznie każdej maszyny mobilnej: samochodów, ciężarówek, pociągów, samolotów i statków.Są one również stosowane do produkcji wielu innych chemikaliów i materiałów.Na przykład większość tworzyw sztucznych to polimery węglowodorowe.Inne zastosowania obejmują rozpuszczalniki, smary i paliwo do puszek aerozolowych.

Problemy z paliwami kopalnymi

Węglowodory były bardzo udanym źródłem paliwa w ciągu ostatnich dwóch setek lat, ale rośnie wezwania do zmniejszenia ich użycia.Ich spalanie powoduje dym i sadzę, powodując poważne problemy z zanieczyszczeniem w niektórych obszarach.Wytwarza również duże ilości CO

2

.Wśród naukowców istnieje powszechna zgoda, że zwiększenie poziomu tego gazu w atmosferze pomaga uwięzić ciepło, podnosząc globalne temperatury i zmieniając klimat Ziemi.

Ponadto paliwa kopalne nie będą trwać wiecznie.Spalanie paliwa w obecnej tempie, olej może się skończyć w mniej niż sto lat, a węgiel w ciągu kilku stuleci.Wszystko to doprowadziło do wywołań do opracowania odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, oraz budowa większej liczby elektrowni jądrowych, które wytwarzają emisję zerową CO 2 .W 2007 r. Nagroda Pokojowa Nobla została przyznana byłym wiceprezydentowi USA Al Gore i Międzyrządowym Panel ONZ na temat zmian klimatu za ich pracę w potwierdzeniu i rozpowszechnianiu przesłania, że spalanie węglowodorów jest w dużej mierze odpowiedzialne za globalne ocieplenie.