¿Qué son los hidrocarburos?
Los hidrocarburos son compuestos químicos orgánicos que consisten completamente en carbono e hidrógeno, y van desde moléculas simples como el metano, hasta polímeros como el poliestireno, que consiste en miles de átomos. La capacidad de los átomos de carbono para unirse fuertemente entre sí les permite formar una variedad casi ilimitada de cadenas, anillos y otras estructuras que forman las troncales de las moléculas orgánicas. Dado que cada átomo puede formar cuatro enlaces, estas columnas incluyen otros elementos, como el hidrógeno. Los compuestos son inflamables, ya que los dos elementos que contienen se combinarán fácilmente con oxígeno en el aire, liberando energía. Los combustibles fósiles, como el petróleo y el gas natural, son mezclas de hidrocarburos naturales; El carbón también contiene algunos, aunque en su mayoría es solo carbono.
Estructura y convenciones de nombres
El nombramiento de hidrocarburos sigue ciertas convenciones, aunque en muchos casos, los compuestos pueden ser mejor conocidos con nombres más antiguos. En el sistema moderno, la primera parte delEl nombre representa el número de átomos de carbono en la molécula: en la secuencia ascendente, los primeros ocho están prefijados meth-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- y oct-. Los compuestos donde los carbonos están unidos por enlaces individuales se conocen colectivamente como alcanos , y tienen nombres que terminan en –ane. Por lo tanto, los primeros ocho alcanos son metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano y octano.
Los átomos de carbono también pueden formar enlaces dobles o triples entre sí. Las moléculas que tienen dobles enlaces se conocen como alquenos, y tienen nombres que terminan en –ene , mientras que las que tienen enlaces triples se llaman alquinos y tienen nombres que terminan en -yne . Las moléculas que solo tienen enlaces únicos contienen el número máximo posible de átomos de hidrógeno y, por lo tanto, se describen como saturados. Donde hay enlaces dobles o triples, hay menos lugares disponibles para hidrógeno, por lo que TEstos compuestos se describen como insaturados.
Para dar un ejemplo simple, el etano tiene dos carbonos unidos por un solo enlace, dejando cada uno capaz de unirse a tres átomos de hidrógeno, por lo que su fórmula química es c 2 h 6 y es un alcano. En Ethene hay un doble enlace carbono-carbono, por lo que solo puede tener cuatro hidrógenos, lo que lo convierte en un alqueno con la fórmula C 2 H 4 . Etyne tiene un triple enlace, dándole la fórmula C 2 H 2 , y lo convierte en un alquino. Este compuesto se conoce mejor como acetileno.
Los átomos de carbono también pueden formar anillos. Los alcanos con anillos tienen nombres que comienzan con Cyclo-. Por lo tanto, el ciclohexano es un alcano con seis átomos de carbono unidos por enlaces individuales de tal manera que forme un anillo. También es posible un anillo con enlaces individuales y dobles alternos, y se conoce como un anillo de benceno. Los hidrocarburos que contienen un anillo de benceno se conocen como aromáticos, porque muchos de ellos son de manera agradable.
un poco de hidrocarburoLas lecules tienen cadenas esa rama. El butano, que normalmente consiste en una sola cadena, puede existir en una forma donde un átomo de carbono se une a otros dos, formando una rama. Estas formas alternativas de una molécula se conocen como isómeros. El isómero ramificado de butano se conoce como isobutano.
Production
La mayor parte de la producción de hidrocarburos proviene de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural, que se extraen del suelo en cantidades de millones de toneladas por día. El petróleo crudo es principalmente una mezcla de muchos alcanos y cicloalcanos diferentes, con algunos compuestos aromáticos. Estos pueden separarse entre sí en las refinerías de petróleo por destilación, debido a sus diferentes puntos de ebullición. Otro proceso que se utiliza se conoce como "grietas": los catalizadores se emplean para dividir algunas de las moléculas más grandes en las más pequeñas que son más útiles como combustibles.
Propiedades
En términos generales, cuanto más complejo es un hidrocarburo, más alto son puntos de fusión y ebullición. Por ejemplo, el SLos tipos imperios, como el metano, el etano y el propano, con uno, dos y tres carbonos, respectivamente, son gases. Muchas formas son líquidos: los ejemplos son hexano y octano. Las formas sólidas incluyen cera de parafina, una mezcla de moléculas con entre 20 y cuarenta átomos de carbono, y varios polímeros que consisten en cadenas de miles de átomos, como el polietileno.
Las propiedades químicas más notables de los hidrocarburos son su inflamabilidad y su capacidad para formar polímeros. Los que son gases o líquidos reaccionarán con oxígeno en el aire, produciendo dióxido de carbono (CO 2 ) y el agua, y liberando energía en forma de luz y calor. Se debe suministrar cierta energía para comenzar la reacción, pero una vez que se inicia, es autosuficiente: estos compuestos se quemarán, como se ilustra al encender una placa de gas con una combinación o chispa. Las formas sólidas también se quemarán, pero menos fácilmente. En algunos casos, no todo el carbono formará CO 2 ; El hollín y el humo pueden ser producidos por algunos tipos cuando se burlann en el aire, y en un suministro insuficiente de oxígeno, cualquier hidrocarburo puede producir el gas tóxico e inodoro, monóxido de carbono (CO).
usa
La inflamabilidad de los hidrocarburos los hace muy útiles como combustibles, y son la principal fuente de energía de la civilización actual. En todo el mundo, la mayoría de la electricidad se genera por la quema de estos compuestos, y se utilizan para impulsar prácticamente todas las máquinas móviles: automóviles, camiones, trenes, aviones y barcos. También se utilizan en la fabricación de muchos otros productos químicos y materiales. La mayoría de los plásticos, por ejemplo, son polímeros de hidrocarburos. Otros usos incluyen solventes, lubricantes y propulsores para latas de aerosol.
Problemas con combustibles fósiles
Los hidrocarburos han sido una fuente de combustible muy exitosa en los últimos doscientos años más o menos, pero hay llamadas crecientes para reducir su uso. Su combustión produce humo y hollín, causando graves problemas de contaminación en algunas áreas. También produce grandes cantidades de CO 2 . ElRe es un acuerdo generalizado entre los científicos de que el aumento de los niveles de este gas en la atmósfera está ayudando a atrapar el calor, elevando las temperaturas globales y cambiando el clima de la Tierra.
Además, los combustibles fósiles no durarán para siempre. Quema de combustible a la velocidad actual, el petróleo podría agotarse en menos de un siglo y carbón en varios siglos. Todo esto ha llevado a llamadas a desarrollar fuentes de energía renovables como la energía solar y eólica, y la construcción de más centrales nucleares, que producen cero emisiones de CO 2 . En 2007, el Premio Nobel de la Paz fue otorgado al ex vicepresidente estadounidense Al Gore y el Panel Intergubernamental de Cambio Climático de la ONU por su trabajo en la confirmación y difusión del mensaje de que la combustión de hidrocarburos es en gran parte responsable del calentamiento global.