Was sind Kohlenwasserstoffe?
Kohlenwasserstoffe sind organische chemische Verbindungen, die vollständig aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und von einfachen Molekülen wie Methan bis hin zu Polymeren wie Polystyren reichen, die von Tausenden von Atomen bestehen. Die Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, sich stark aneinander zu verbinden, ermöglicht es ihnen, eine nahezu unbegrenzte Vielzahl von Ketten, Ringen und anderen Strukturen zu bilden, die die Rückgrate organischer Moleküle bilden. Da jedes Atom vier Bindungen bilden kann, enthalten diese Rückgrat anderen Elemente wie Wasserstoff. Die Verbindungen sind brennbar, da die beiden Elemente, die sie enthalten, leicht mit Sauerstoff in der Luft kombiniert und Energie freigesetzt werden. Fossile Brennstoffe wie Öl und Erdgas sind natürlich vorkommende Gemische von Kohlenwasserstoffen; Kohle enthält auch einige, obwohl es sich meistens nur um Kohlenstoff handelt.
Die Benennung von Kohlenwasserstoffen folgt bestimmten Konventionen, obwohl in vielen Fällen Verbindungen unter älteren Namen besser bekannt sein können. Im modernen System der erste Teil derDer Name repräsentiert die Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül: In aufsteigender Sequenz sind die ersten acht vorangestellt Meth-, Eth-, Prop-, But-, Pent-, Hex-, Hept- und Oct-. Verbindungen, bei denen die Kohlenstoffe alle durch einzelne Bindungen verbunden sind, werden gemeinsam als Alkane bezeichnet und haben Namen, die in –ane enden. Daher sind die ersten acht Alkane Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptane und Oktan.
Kohlenstoffatome können auch doppelte oder dreifache Bindungen miteinander bilden. Moleküle mit doppelten Bindungen werden als Alkene bekannt und haben Namen, die in –ee enden, während diejenigen, die dreifache Bindungen haben, Alkyne werden und Namen haben, die in -yne enden. Moleküle mit nur Einzelbindungen enthalten die maximal mögliche Anzahl von Wasserstoffatomen und werden daher als gesättigt beschrieben. Wo es doppelte oder dreifache Bindungen gibt, gibt es weniger Orte für Wasserstoff, also tHESE -Verbindungen werden als ungesättigt beschrieben.
Um ein einfaches Beispiel zu geben, hat Ethane zwei Kohlenstoffe, die von einer einzelnen Bindung verbunden sind und jeweils in der Lage sind, sich an drei Wasserstoffatome zu verbinden, sodass seine chemische Formel C 2 6 ist und es ist ein Alkan. In Ethen gibt es eine Carbon-Kohlenstoff-Doppelbindung, sodass sie nur vier Wasserstoffe haben kann, was es zu einem Alken mit der Formel C 2 h 4 macht. Ethyne hat eine dreifache Bindung, die ihm die Formel C 2 h 2 gibt und es zu einem Alkin macht. Diese Verbindung ist besser als Acetylen bekannt.
Die Kohlenstoffatome können auch Ringe bilden. Alkane mit Ringen haben Namen, beginnend mit cyclo-. Daher ist Cyclohexan ein Alkan mit sechs Kohlenstoffatomen, die von einzelnen Bindungen so verbunden sind, dass sie einen Ring bilden. Ein Ring mit abwechselnden Einzel- und Doppelbindungen ist ebenfalls möglich und ist als Benzolring bekannt. Kohlenwasserstoffe, die einen Benzolring enthalten, sind als aromatisch bekannt, da viele von ihnen angenehm riechen.
Einige Kohlenwasserstoff MOLecules haben Ketten, die Ast haben. Butan, das normalerweise aus einer einzelnen Kette besteht, kann in einer Form existieren, in der ein Kohlenstoffatom an zwei andere gebunden ist und einen Zweig bildet. Diese alternativen Formen eines Moleküls sind als Isomere bekannt. Das verzweigte Isomer von Butan ist als Isobutan bekannt.
Produktion
Die meisten Kohlenwasserstoffe stammen aus fossilen Brennstoffen: Kohle, Öl und Erdgas, die in Mengen von Millionen von Tonnen pro Tag aus dem Boden extrahiert werden. Rohöl ist hauptsächlich eine Mischung aus vielen verschiedenen Alkanen und Cycloalkanen mit einigen aromatischen Verbindungen. Diese können aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte bei Ölraffinerien durch Destillation voneinander getrennt werden. Ein weiterer verwendeter Prozess ist als „Cracking“ bezeichnet: Katalysatoren werden verwendet, um einige der größeren Moleküle in kleinere zu unterbrechen, die als Kraftstoffe nützlicher sind.
Eigenschaften
Im Allgemeinen ist ein Kohlenwasserstoff umso komplexer, je höher seine Schmelz- und Siedepunkte. Zum Beispiel die s sImplosionstypen wie Methan, Ethan und Propan mit einem, zwei bzw. drei Kohlenstoffen sind Gase. Viele Formen sind Flüssigkeiten: Beispiele sind Hexan und Oktan. Feste Formen umfassen Paraffin -Wachs - eine Mischung aus Molekülen mit 20 und vierzig Kohlenstoffatomen - und verschiedene Polymere, die aus Ketten von Tausenden von Atomen wie Polyethylen bestehen.
Die bemerkenswertesten chemischen Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen sind ihre Entflammbarkeit und ihre Fähigkeit, Polymere zu bilden. Diejenigen, die Gase oder Flüssigkeiten sind, reagieren mit Sauerstoff in der Luft, produzieren Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasser und freisetzung Energie in Form von Licht und Wärme. Es muss eine gewisse Energie geliefert werden, um die Reaktion zu beginnen, aber sobald sie begonnen hat, ist sie selbsttragend: Diese Verbindungen werden brennen, wie durch Beleuchtung eines Gasherds mit einem Streichholz oder Funken dargestellt. Feste Formen brennen auch, aber weniger leicht. In einigen Fällen bildet nicht der gesamte Kohlenstoff CO 2 ; Ruß und Rauch können von einigen Typen erzeugt werden, wenn sie burstn in der Luft und in einer unzureichenden Versorgung mit Sauerstoff kann jeder Kohlenwasserstoff das giftige, geruchlose Gas, Kohlenmonoxid (CO) produzieren.
verwendet
Die Entflammbarkeit von Kohlenwasserstoffen macht sie als Kraftstoffe sehr nützlich und sie sind die primäre Energiequelle für die heutige Zivilisation. Weltweit wird der größte Strom durch das Verbrennen dieser Verbindungen erzeugt, und sie werden verwendet, um praktisch jede mobile Maschine zu treiben: Autos, Lastwagen, Züge, Flugzeuge und Schiffe. Sie werden auch zur Herstellung vieler anderer Chemikalien und Materialien verwendet. Die meisten Kunststoffe sind beispielsweise Kohlenwasserstoffpolymere. Weitere Verwendungen sind Lösungsmittel, Schmiermittel und Treibmittel für Aerosoldosen.
Probleme mit fossilen Brennstoffen
Kohlenwasserstoffe waren in den letzten zweihundert Jahren eine sehr erfolgreiche Brennstoffquelle, aber es gibt zunehmende Aufrufe, ihre Verwendung zurückzuführen. Ihre Verbrennung erzeugt Rauch und Ruß, was in einigen Gebieten schwerwiegende Verschmutzungsprobleme verursacht. Es erzeugt auch große Mengen von CO 2 . DerRE ist weit verbreitet unter den Wissenschaftlern, dass ein zunehmender Niveau dieses Gases in der Atmosphäre dazu beiträgt, Wärme zu fangen, die globalen Temperaturen zu erhöhen und das Klima der Erde zu verändern.
Zusätzlich werden fossile Brennstoffe nicht ewig dauern. Brennen Kraftstoff bei der derzeitigen Geschwindigkeit könnte in weniger als einem Jahrhundert in mehreren Jahrhunderten in weniger als einem Jahrhundert ausgehen. All dies hat zu Aufrufen zur Entwicklung erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windkraft und dem Aufbau von mehr Kernkraftwerken geführt, die keine Emissionen von Null CO 2 erzeugen. Im Jahr 2007 wurde der Friedensnobelpreis an den ehemaligen US -Vizepräsidenten Al Gore und das zwischenstaatliche Gremium der Vereinten Nationen über den Klimawandel für ihre Arbeit zur Bestätigung und Verbreitung der Botschaft vergeben, dass die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen weitgehend für die globale Erwärmung verantwortlich ist.