Co jsou uhlovodíky?
uhlovodíky jsou organické chemické sloučeniny, které se skládají výhradně z uhlíku a vodíku a pohybují se od jednoduchých molekul, jako je metan, po polymery, jako je polystyren, který se skládá z tisíců atomů. Schopnost atomů uhlíku se navzájem silně spojit s tím umožňuje tvořit téměř neomezenou rozmanitost řetězců, kroužků a dalších struktur, které tvoří páteře organických molekul. Protože každý atom může tvořit čtyři vazby, tyto páteře zahrnují další prvky, jako je vodík. Sloučeniny jsou hořlavé, protože dva prvky, které obsahují, se snadno kombinují s kyslíkem ve vzduchu a uvolňují energii. Fosilní paliva, jako je olej a zemní plyn, se přirozeně vyskytují směsi uhlovodíků; Uhlí také obsahuje některé, i když je to většinou jen uhlík.
Pojmenování uhlovodíků sleduje určité konvence, ačkoli v mnoha případech mohou být sloučeniny lépe známé pod staršími jmény. V moderním systému, první částNázev představuje počet atomů uhlíku v molekule: ve vzestupné sekvenci je prvních osm předpon meth-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hext- a oct-. Sloučeniny, kde jsou uhlíky všechny spojené s jednotlivými vazbami, jsou společně známé jako alkany a mají jména končící - ANE. Prvních osm alkanů je proto metan, ethan, propan, butan, pentan, hexan, heptan a oktan.
atomy uhlíku mohou také tvořit dvojité nebo trojnásobné vazby mezi sebou. Molekuly, které mají dvojí vazby, jsou známé jako alkeny a mají jména končící v –ene , zatímco ty, které mají trojité vazby, se nazývají alkyny a mají jména končící -yne . Molekuly, které mají pouze jednotlivé vazby, obsahují maximální možný počet atomů vodíku, a proto jsou popisovány jako nasycené. Kde jsou dvojité nebo trojité vazby, je k dispozici méně míst pro vodík, takže tHese sloučeniny jsou popsány jako nenasycené.
Aby byl jednoduchý příklad, má ethane dva uhlíky spojené s jedinou vazbou, přičemž každá je schopna se spojit na tři atomy vodíku, takže jeho chemický vzorec je C 2 H 6 a je to alkan. V etenu je dvojitá vazba uhlíku-uhlík, takže může mít pouze čtyři hydrogeny, což z něj činí alken s vzorem C 2 H 4 . Ethyne má trojnásobnou vazbu a dává jí vzorec C 2 H 2 a činí z něj alkyn. Tato sloučenina je lépe známá jako acetylen.
Atomy uhlíku mohou také tvořit kroužky. Alkany s prsteny mají jména počínaje cyklo-. Proto je cyklohexan alkan se šesti atomy uhlíku spojených jednotlivými vazbami tak, aby vytvořil prsten. Je také možný prsten se střídavým jednotlivými a dvojitými vazbami a je známý jako benzenový kroužek. Uhlovodíky obsahující benzenový prsten jsou známé jako aromatické, protože mnoho z nich je příjemně vonící.
Některé uhlovodíkové moLecules mají řetězy této větve. Butan, který se obvykle skládá z jediného řetězce, může existovat ve formě, kde je jeden atom uhlíku spojen se dvěma dalšími a vytváří větev. Tyto alternativní formy molekuly jsou známé jako izomery. Rozvětvený izomer butanu je známý jako isobutan.
Produkce
Většina výroby uhlovodíků pochází z fosilních paliv: uhlí, ropy a zemního plynu, které jsou extrahovány ze země v množství milionů tun denně. SUP olej je většinou směsí mnoha různých alkanů a cykloalkanů s některými aromatickými sloučeninami. Ty mohou být od sebe odděleny od olejových rafinérií destilací kvůli jejich různým bodům varu. Další použitý proces je známý jako „praskání“: Katalyzátory se používají k rozdělení některých větších molekul na menší, které jsou užitečnější jako paliva.
Vlastnosti
Obecně řečeno, čím složitější je uhlovodík, tím vyšší je jeho tání a body varu. Například sImplerové typy, jako je metan, etan a propan, s jedním, dvěma a třemi uhlíky jsou plyny. Mnoho forem jsou kapaliny: příklady jsou hexan a oktan. Mezi pevné formy patří parafínový vosk - směs molekul s 20 a čtyřiceti atomy uhlíku - a různé polymery sestávající z řetězců tisíců atomů, jako je polyethylen.
Nejpozoruhodnější chemické vlastnosti uhlovodíků jsou jejich hořlatelnost a schopnost vytvářet polymery. Ty, které jsou plyny nebo kapaliny, budou reagovat s kyslíkem ve vzduchu, vytvářejí oxid uhličitý (CO 2 ) a vodu a uvolnit energii ve formě světla a tepla. K zahájení reakce musí být dodána určitá energie, ale jakmile je zahájena, je soběstačná: tyto sloučeniny budou hořet, jak je znázorněno osvětlením plynové desky zápasem nebo jiskrou. Pevné formy budou také hořet, ale méně snadno. V některých případech ne celý uhlík vytvoří CO 2 ; Saze a kouř mohou být vytvořeny některými typy, když jsou burnoun ve vzduchu a v nedostatečném přívodu kyslíku může jakýkoli uhlovodík produkovat toxický, bez zápachu, oxidu uhelnatého (CO).
používá
Hladitelnost uhlovodíků je činí velmi užitečnými jako paliva a jsou primárním zdrojem energie pro dnešní civilizaci. Na celém světě je většina elektřiny vyráběna spalováním těchto sloučenin a používá se k pohánění prakticky každého mobilního stroje: automobily, nákladních vozidel, vlaků, letadel a lodí. Používají se také při výrobě mnoha dalších chemikálií a materiálů. Například většina plastů jsou uhlovodíkové polymery. Mezi další použití patří rozpouštědla, maziva a hnací prostředky pro aerosolové plechovky.
Problémy s fosilními palivy
Uhlovodíky byly v posledních dvou set letech velmi úspěšným zdrojem paliva, ale zvyšují se, aby jejich využití rozšiřovaly. Jejich spalování vytváří kouř a saze, což v některých oblastech způsobuje vážné problémy s znečištěním. Vytváří také velké množství CO 2 . TheRE je rozšířená dohoda mezi vědci, že zvyšující se úroveň tohoto plynu v atmosféře pomáhá zachytit teplo, zvyšuje globální teploty a změnu zemského klimatu.
Kromě toho fosilní paliva nebudou trvat věčně. Spalovací palivo v současné době by ropa mohla dojít za méně než století a uhlí několik století. To vše vedlo k výzvám k vývoji obnovitelných zdrojů energie, jako je sluneční a větrná energie, a konstrukci více jaderných elektráren, které produkují emise s nulovou společností 2 . V roce 2007 byla Nobelova cena za mír udělena bývalému viceprezidentovi Al Goreovi a mezivládnímu panelu OSN pro změnu klimatu za jejich práci při potvrzování a šíření poselství, že spalování uhlovodíků je z velké části zodpovědné za globální oteplování.