O que são hidrocarbonetos?

Os hidrocarbonetos são compostos químicos orgânicos que consistem inteiramente em carbono e hidrogênio, e variam de moléculas simples como o metano a polímeros como o poliestireno, que consiste em milhares de átomos. A capacidade dos átomos de carbono de se ligarem fortemente permite-lhes formar uma variedade quase ilimitada de cadeias, anéis e outras estruturas que formam a espinha dorsal das moléculas orgânicas. Como cada átomo pode formar quatro ligações, esses backbones incluem outros elementos, como o hidrogênio. Os compostos são inflamáveis, pois os dois elementos que eles contêm se combinam facilmente com o oxigênio no ar, liberando energia. Combustíveis fósseis, como petróleo e gás natural, são misturas naturais de hidrocarbonetos; o carvão também contém alguns, embora seja principalmente apenas carbono.

Convenções de estrutura e nomeação

A nomeação de hidrocarbonetos segue certas convenções, embora em muitos casos, os compostos possam ser mais conhecidos sob nomes antigos. No sistema moderno, a primeira parte do nome representa o número de átomos de carbono na molécula: em sequência ascendente, os oito primeiros são prefixados met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- e outubro . Os compostos em que os carbonos estão unidos por ligações simples são conhecidos coletivamente como alcanos e têm nomes que terminam em –ano. Portanto, os oito primeiros alcanos são metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano e octano.

Os átomos de carbono também podem formar ligações duplas ou triplas entre si. As moléculas que possuem ligações duplas são conhecidas como alcenos e têm nomes terminados em –ene , enquanto as que têm ligações triplas são chamadas alcinos e nomes terminados em –yne . Moléculas que possuem apenas ligações únicas contêm o número máximo possível de átomos de hidrogênio e, portanto, são descritas como saturadas. Onde existem ligações duplas ou triplas, há menos locais disponíveis para o hidrogênio, portanto esses compostos são descritos como insaturados.

Para dar um exemplo simples, o etano tem dois carbonos unidos por uma ligação simples, deixando cada um capaz de se ligar a três átomos de hidrogênio, portanto sua fórmula química é C ₂ H ₆ e é um alcano. No eteno existe uma ligação dupla carbono-carbono, portanto, ele pode ter apenas quatro hidrogênios, tornando-o um alceno com a fórmula C ₂ H ₄ . Ethyne tem uma ligação tripla, dando-lhe a fórmula C ₂ H ₂ e tornando-o um alcino. Este composto é mais conhecido como acetileno.

Os átomos de carbono também podem formar anéis. Alcanos com anéis têm nomes começando com ciclo- . Portanto, o ciclohexano é um alcano com seis átomos de carbono unidos por ligações simples, de modo a formar um anel. Um anel com ligações simples e duplas alternadas também é possível e é conhecido como anel de benzeno. Os hidrocarbonetos que contêm um anel de benzeno são conhecidos como aromáticos, porque muitos deles têm um cheiro agradável.

Algumas moléculas de hidrocarbonetos têm cadeias que se ramificam. O butano, que normalmente consiste em uma única cadeia, pode existir em uma forma em que um átomo de carbono está ligado a outros dois, formando um ramo. Essas formas alternativas de uma molécula são conhecidas como isômeros. O isômero ramificado de butano é conhecido como isobutano.

Produção

A maior parte da produção de hidrocarbonetos é proveniente de combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás natural, extraídos do solo em quantidades de milhões de toneladas por dia. O petróleo bruto é principalmente uma mistura de muitos alcanos e cicloalcanos diferentes, com alguns compostos aromáticos. Estes podem ser separados nas refinarias de petróleo por destilação, devido aos seus diferentes pontos de ebulição. Outro processo usado é conhecido como "craqueamento": os catalisadores são empregados para quebrar algumas das moléculas maiores em pequenas, que são mais úteis como combustíveis.

Propriedades

De um modo geral, quanto mais complexo é um hidrocarboneto, maiores são seus pontos de fusão e ebulição. Por exemplo, os tipos mais simples, como metano, etano e propano, com um, dois e três carbonos, respectivamente, são gases. Muitas formas são líquidas: exemplos são hexano e octano. As formas sólidas incluem cera de parafina - uma mistura de moléculas com entre 20 e quarenta átomos de carbono - e vários polímeros constituídos por cadeias de milhares de átomos, como o polietileno.

As propriedades químicas mais notáveis ​​dos hidrocarbonetos são a inflamabilidade e a capacidade de formar polímeros. Aqueles que são gases ou líquidos reagirão com o oxigênio no ar, produzindo dióxido de carbono (CO ₂ ) e água e liberando energia na forma de luz e calor. Alguma energia deve ser fornecida para iniciar a reação, mas, uma vez iniciada, é autossustentável: esses compostos queimam, conforme ilustrado pela iluminação de um fogão a gás com fósforo ou faísca. Formas sólidas também serão queimadas, mas com menos facilidade. Em alguns casos, nem todo o carbono formará CO ₂ ; fuligem e fumaça podem ser produzidos por alguns tipos quando queimam no ar e, com um suprimento insuficiente de oxigênio, qualquer hidrocarboneto pode produzir o gás tóxico e inodoro, o monóxido de carbono (CO).

Usos

A inflamabilidade dos hidrocarbonetos os torna muito úteis como combustíveis e são a principal fonte de energia da civilização atual. Em todo o mundo, a maior parte da eletricidade é gerada pela queima desses compostos e eles são usados ​​para impulsionar praticamente todas as máquinas móveis: carros, caminhões, trens, aviões e navios. Eles também são usados ​​na fabricação de muitos outros produtos químicos e materiais. A maioria dos plásticos, por exemplo, são polímeros de hidrocarbonetos. Outros usos incluem solventes, lubrificantes e propulsores para latas de aerossol.

Problemas com combustíveis fósseis

Os hidrocarbonetos têm sido uma fonte de combustível muito bem-sucedida nos últimos duzentos anos, mas há cada vez mais pedidos para reduzir seu uso. Sua combustão produz fumaça e fuligem, causando sérios problemas de poluição em algumas áreas. Também produz grandes quantidades de CO ₂ . Existe um amplo consenso entre os cientistas de que níveis crescentes desse gás na atmosfera estão ajudando a reter o calor, elevando as temperaturas globais e alterando o clima da Terra.

Além disso, os combustíveis fósseis não durarão para sempre. Queimando combustível na taxa atual, o petróleo pode acabar em menos de um século e o carvão em vários séculos. Tudo isso levou a apelos ao desenvolvimento de fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, e à construção de mais usinas nucleares, que produzem zero emissões _de CO2. Em 2007, o Prêmio Nobel da Paz foi concedido ao ex-vice-presidente dos EUA Al Gore e ao Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas da ONU por seu trabalho em confirmar e divulgar a mensagem de que a combustão de hidrocarbonetos é amplamente responsável pelo aquecimento global.