Vad är kolväten?
Kolväten är organiska kemiska föreningar som helt och hållet består av kol och väte och sträcker sig från enkla molekyler såsom metan, till polymerer såsom polystyren, som består av tusentals atomer.Förmågan hos kolatomer att binda starkt till varandra gör att de kan bilda en nästan obegränsad variation av kedjor, ringar och andra strukturer som bildar ryggraden hos organiska molekyler.Eftersom varje atom kan bilda fyra bindningar inkluderar dessa ryggraden andra element, såsom väte.Föreningarna är brandfarliga, eftersom de två elementen de innehåller kommer att kombineras enkelt med syre i luften och frisätter energi.Fossila bränslen, såsom olja och naturgas, är naturligt förekommande blandningar av kolväten;Kol innehåller också vissa, även om det mestadels bara är kol.
Struktur och namnkonventioner
Namnet på kolväten följer vissa konventioner, även om föreningar i många fall kan vara bättre kända under äldre namn.I det moderna systemet representerar den första delen av namnet antalet kolatomer i molekylen: i stigande sekvens är de första åtta förinställda meth-, ete-, prop-, men-, pent-, hex-, hept- och Oct- .Föreningar där kolhydraterna alla förenas med enstaka bindningar kallas kollektivt alkaner och har namn som slutar i –ane.Därför är de första åtta alkanerna metan, etan, propan, butan, pentan, hexan, heptan och oktan.
Kolatomer kan också bilda dubbla eller tredubbla bindningar med varandra.Molekyler som har dubbelbindningar kallas alkener och har namn som slutar i -en , medan de som har trippelbindningar kallas alkyner och har namn som slutar i -syne .Molekyler som endast har enstaka bindningar innehåller det maximala möjliga antalet väteatomer och beskrivs därför som mättade.Där det finns dubbla eller trippelbindningar finns det färre platser tillgängliga för väte, så dessa föreningar beskrivs som omättade.
För att ge ett enkelt exempel har Ethane två kol som förenas av en enda bindning, vilket lämnar var och en kan binda till tre väteAtomer, så dess kemiska formel är C 2 H 6 och det är en alkan.I eten finns en dubbelbindning av kol-kol, så att den bara kan ha fyra väten, vilket gör den till en alken med formeln C 2 H 4 .Ethyne har en trippelbindning, vilket ger den formeln C 2 H 2 och gör den till en alkyne.Denna förening är bättre känd som acetylen.
Kolatomerna kan också bilda ringar.Alkanes med ringar har namn som börjar med cyklo- .Därför är cyklohexan en alkan med sex kolatomer förenade med enstaka bindningar på ett sådant sätt att man bildar en ring.En ring med växlande enstaka och dubbelbindningar är också möjlig och är känd som en bensenring.Kolväten som innehåller en bensenring kallas aromatisk, eftersom många av dem är trevliga luktande.
Vissa kolvätemolekyler har kedjor som gren.Butane, som normalt består av en enda kedja, kan existera i en form där en kolatom är bunden till två andra och bildar en gren.Dessa alternativa former av en molekyl kallas isomerer.Butanens grenade isomer är känd som isobutan.
Produktion
De flesta produktion av kolväten är från fossila bränslen: kol, olja och naturgas, som extraheras från marken i mängder av miljoner ton per dag.Råolja är mestadels en blandning av många olika alkaner och cykloalkaner, med vissa aromatiska föreningar.Dessa kan separeras från varandra vid oljeraffinaderier genom destillation på grund av deras olika kokpunkter.En annan process som används kallas "sprickor": Katalysatorer används för att bryta några av de större molekylerna till mindre som är mer användbara som bränslen.
Egenskaper
Generellt sett, desto mer komplex ett kolväte är, desto högre är detSmält- och kokpunkter.Till exempel de enklare typerna, sådanaSom metan, etan och propan, med en, två respektive tre kol är gaser.Många former är vätskor: exempel är hexan och oktan.Fasta former inkluderar paraffinvax mdash;en blandning av molekyler med mellan 20 och fyrtio kolatomer mdash;och olika polymerer som består av kedjor av tusentals atomer, såsom polyeten.
De mest anmärkningsvärda kemiska egenskaperna hos kolväten är deras brandfarlighet och deras förmåga att bilda polymerer.De som är gaser eller vätskor kommer att reagera med syre i luften, producera koldioxid (CO 2 ) och vatten och frigöra energi i form av ljus och värme.Viss energi måste levereras för att starta reaktionen, men när den har börjat är den självförsörjande: dessa föreningar kommer att brinna, vilket illustreras genom att tända en gasspis med en match eller gnista.Fasta former kommer också att brinna, men mindre lätt.I vissa fall kommer inte allt kol att bilda CO 2 ;Sot och rök kan produceras av vissa typer när de bränner i luft, och i en otillräcklig tillförsel av syre kan alla kolväten producera den toxiska, luktfria gasen, kolmonoxid (CO).Mycket användbart som bränslen, och de är den primära energikällan för dagens civilisation.I hela världen genereras de flesta elektriciteter av förbränning av dessa föreningar, och de används för att driva praktiskt taget alla mobila maskiner: bilar, lastbilar, tåg, flygplan och fartyg.De används också för tillverkning av många andra kemikalier och material.De flesta plast är till exempel kolvätepolymerer.Andra användningsområden inkluderar lösningsmedel, smörjmedel och drivmedel för aerosolburkar.
Problem med fossila bränslen
Kolväten har varit en mycket framgångsrik bränslekälla under de senaste två hundra åren, men det finns ökande samtal för att återföra deras användning.Deras förbränning producerar rök och sot, vilket orsakar allvarliga föroreningsproblem i vissa områden.Det producerar också stora mängder CO
2.Det finns en utbredd överenskommelse mellan forskare att ökande nivåer av denna gas i atmosfären hjälper till att fånga värme, höja globala temperaturer och ändra jordens klimat.
Dessutom kommer fossila bränslen inte att vara för evigt.Brinnande bränsle i den nuvarande hastigheten, olja kunde rinna ut på mindre än ett sekel och kol under flera århundraden.Allt detta har lett till samtal för att utveckla förnybara energikällor som sol- och vindkraft och konstruktion av fler kärnkraftverk, som producerar noll CO2 -utsläpp.2007 tilldelades Nobels fredspris till tidigare USA: s vice president Al Gore och FN: s mellanstatliga panel för klimatförändringar för deras arbete för att bekräfta och sprida meddelandet att förbränning av kolväten till stor del är ansvarig för global uppvärmning.