Que sont les hydrocarbures?

Les hydrocarbures sont des composés chimiques organiques qui se composent entièrement de carbone et d'hydrogène, et vont de simples molécules telles que le méthane à des polymères tels que le polystyrène, qui se compose de milliers d'atomes. La capacité des atomes de carbone à se lier fortement les uns aux autres leur permet de former une variété presque illimitée de chaînes, d'anneaux et d'autres structures qui forment les squelettes des molécules organiques. Étant donné que chaque atome peut former quatre liaisons, ces squelettes incluent d'autres éléments, tels que l'hydrogène. Les composés sont inflammables, car les deux éléments qu'ils contiennent se combineront facilement avec l'oxygène dans l'air, libérant de l'énergie. Les combustibles fossiles, tels que le pétrole et le gaz naturel, sont des mélanges naturels d'hydrocarbures; Le charbon en contient également, bien qu'il s'agisse surtout de carbone.

Structure et conventions de dénomination

La dénomination des hydrocarbures suit certaines conventions, bien que dans de nombreux cas, les composés puissent être mieux connus sous des noms plus anciens. Dans le système moderne, la première partie duLe nom représente le nombre d'atomes de carbone dans la molécule: dans la séquence ascendante, les huit premiers sont préfixés meth, eth-, prop-, mais, pent-, hex, hept- et oct - . Les composés où les carbones sont tous rejoints par des liaisons uniques sont connues collectivement sous le nom de alcanes et ont des noms se terminant par –Ane. Par conséquent, les huit premiers alcanes sont le méthane, l'éthane, le propane, le butane, le pentane, l'hexane, l'heptane et l'octane.

Les atomes de carbone peuvent également former des liaisons doubles ou triples entre elles. Les molécules qui ont des liaisons doubles sont connues sous le nom d'alcènes et ont des noms se terminant par –Een , tandis que ceux qui ont des liaisons triples sont appelés alcynes, et ont des noms se terminant par -yne . Les molécules qui n'ont que des liaisons uniques contiennent le nombre maximal possible d'atomes d'hydrogène et sont donc décrits comme saturés. Là où il y a des liaisons doubles ou triples, il y a moins d'endroits disponibles pour l'hydrogène, donc tLes composés hee sont décrits comme insaturés.

Pour donner un exemple simple, l'éthane a deux carbones rejoints par une seule liaison, laissant chacun de se lier à trois atomes d'hydrogène, de sorte que sa formule chimique est C h _{6 et c'est un alcane. En éthène, il y a une double liaison carbone-carbone, il ne peut donc avoir que quatre hydrogènes, ce qui en fait un alcène avec la Formule C H 4 . Ethyne a un triple lien, lui donnant la Formule C h 2 , et en faisant un alkyne. Ce composé est mieux connu sous le nom d'acétylène.}

Les atomes de carbone peuvent également former des anneaux. Les alcanes avec des anneaux ont des noms commençant par cyclo - . Par conséquent, le cyclohexane est un alcane avec six atomes de carbone rejoints par des liaisons uniques de manière à former un anneau. Un anneau avec des liaisons simples et doubles alternées est également possible et est connue comme un anneau de benzène. Les hydrocarbures contenant un cycle de benzène sont connus sous le nom de aromatique, car beaucoup d'entre eux sont agréable.

certains hydrocarbures MOLes lécules ont des chaînes de branche. Le butane, qui se compose normalement d'une seule chaîne, peut exister sous une forme où un atome de carbone est lié à deux autres, formant une branche. Ces formes alternatives d'une molécule sont appelées isomères. L'isomère ramifié du butane est connu sous le nom d'isobutane.

Production

La plupart des hydrocarbures proviennent des combustibles fossiles: charbon, pétrole et gaz naturel, qui sont extraits du sol en quantités de millions de tonnes par jour. Le pétrole brut est principalement un mélange de nombreux alcanes et cycloalcanes différents, avec certains composés aromatiques. Ceux-ci peuvent être séparés les uns des autres aux raffineries de pétrole par distillation, en raison de leurs différents points d'ébullition. Un autre processus utilisé est connu sous le nom de «fissuration»: les catalyseurs sont utilisés pour briser certaines des plus grandes molécules en plus petites qui sont plus utiles que les carburants.

Propriétés

De manière générale, plus un hydrocarbure est complexe, plus ses points de fusion et d'ébullition sont élevés. Par exemple, le sLes types d'emplois, tels que le méthane, l'éthane et le propane, avec un, deux et trois carbones, respectivement, sont des gaz. De nombreuses formes sont des liquides: les exemples sont l'hexane et l'octane. Les formes solides comprennent la cire de paraffine - un mélange de molécules avec entre 20 et quarante atomes de carbone - et divers polymères constitués de chaînes de milliers d'atomes, tels que le polyéthylène.

Les propriétés chimiques les plus notables des hydrocarbures sont leur inflammabilité et leur capacité à former des polymères. Ceux qui sont des gaz ou des liquides réagiront avec de l'oxygène dans l'air, la production de dioxyde de carbone (co _{2 ) et de l'eau, et libérer de l'énergie sous forme de lumière et de chaleur. Une certaine énergie doit être fournie pour commencer la réaction, mais une fois commencé, elle est autonome: ces composés brûleront, comme illustré en allumant une plaque de cuisson à gaz avec une correspondance ou une étincelle. Des formes solides brûlent également, mais moins facilement. Dans certains cas, tout le carbone ne formera pas le CO 2 ; La suie et la fumée peuvent être produites par certains types lorsqu'ils boursen dans l'air, et dans un approvisionnement insuffisant en oxygène, tout hydrocarbure peut produire le gaz toxique et inodore, le monoxyde de carbone (CO).}

utilise

L'inflammation des hydrocarbures les rend très utiles comme combustibles, et ils sont la principale source d'énergie de la civilisation d'aujourd'hui. Dans le monde entier, la plupart des électricité sont produites par la combustion de ces composés, et ils sont utilisés pour propulser pratiquement toutes les machines mobiles: voitures, camions, trains, avions et navires. Ils sont également utilisés dans la fabrication de nombreux autres produits chimiques et matériaux. La plupart des plastiques, par exemple, sont des polymères d'hydrocarbures. D'autres utilisations incluent des solvants, des lubrifiants et des propulseurs pour les canettes d'aérosols.

Problèmes avec les combustibles fossiles

Les hydrocarbures

ont été une source de carburant très réussie au cours des deux cents dernières années environ, mais il y a des appels croissants pour réduire leur utilisation. Leur combustion produit de la fumée et de la suie, provoquant de graves problèmes de pollution dans certaines régions. Il produit également de grandes quantités de CO 2 . LeRE est un accord généralisé entre les scientifiques que l'augmentation des niveaux de ce gaz dans l'atmosphère contribue à piéger la chaleur, à augmenter les températures mondiales et à changer le climat de la Terre.

De plus, les combustibles fossiles ne dureront pas éternellement. Burning de carburant à la vitesse actuelle, le pétrole pourrait s'épuiser en moins d'un siècle et le charbon en plusieurs siècles. Tout cela a conduit à des appels à développer des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et éolienne, et la construction de plus de centrales nucléaires, qui produisent des émissions de zéro co 2 . En 2007, le prix Nobel de la paix a été décerné à l'ancien vice-président américain Al Gore et au panel intergouvernemental des Nations Unies sur le changement climatique pour leur travail pour confirmer et diffuser le message selon lequel la combustion des hydrocarbures est largement responsable du réchauffement climatique.