ไฮโดรคาร์บอนเป็นสารประกอบทางเคมีอินทรีย์ที่ประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนทั้งหมดและมีตั้งแต่โมเลกุลง่าย ๆ เช่นมีเธนไปจนถึงพอลิเมอร์เช่นโพลิสไตรีนซึ่งประกอบด้วยอะตอมนับพัน ความสามารถของอะตอมของคาร์บอนในการเกาะติดกันอย่างแน่นหนาทำให้พวกมันสามารถสร้างโซ่, แหวน, และโครงสร้างอื่น ๆ ที่แทบจะไม่ จำกัด ซึ่งก่อให้เกิดแบ็คโบนของโมเลกุลอินทรีย์ เนื่องจากแต่ละอะตอมสามารถสร้างพันธะได้สี่ตำแหน่งแบ็คโบนเหล่านี้จึงรวมองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นไฮโดรเจน สารประกอบสามารถติดไฟได้เนื่องจากองค์ประกอบทั้งสองนั้นจะรวมกันได้ง่ายกับออกซิเจนในอากาศปล่อยพลังงาน เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นน้ำมันและก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของไฮโดรคาร์บอน ถ่านหินก็มีบางอย่างแม้ว่ามันจะเป็นแค่คาร์บอน
โครงสร้างและการตั้งชื่ออนุสัญญา
การตั้งชื่อไฮโดรคาร์บอนเป็นไปตามอนุสัญญาบางประการแม้ว่าในหลาย ๆ กรณีสารประกอบอาจเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อเก่า ในระบบที่ทันสมัยส่วนแรกของชื่อแสดงถึงจำนวนของอะตอมคาร์บอนในโมเลกุล: ในลำดับจากน้อยไปหามากในแปดลำดับแรกจะมีการ เติม หน้า meth-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- และตุลาคม - สารประกอบที่มีการรวมตัวกันของคาร์บอนโดยพันธะเดี่ยวนั้นเป็นที่รู้จักกันในชื่อ อัลเคน และมีชื่อลงท้ายด้วย - แอน ดังนั้นอัลเคนแปดอันดับแรกคือมีเธนอีเทนโพรเพนบิวเทนเพนเทนเฮกเซนเฮปเทนและออกเทน
อะตอมของคาร์บอนยังสามารถสร้างพันธะสองหรือสามด้วยกัน โมเลกุลที่มีพันธะคู่เรียกว่าอัลคีนและมีชื่อลงท้ายด้วย - อีนในขณะที่โมเลกุลที่มีพันธะสามจะเรียกว่าอัลคีนและมีชื่อลงท้ายด้วย - ไทน์ โมเลกุลที่มีพันธะเพียงอันเดียวจะมีจำนวนอะตอมไฮโดรเจนสูงสุดที่เป็นไปได้ดังนั้นจึงอธิบายว่าอิ่มตัว ในกรณีที่มีพันธะคู่หรือสามครั้งมีสถานที่น้อยกว่าสำหรับไฮโดรเจนดังนั้นสารประกอบเหล่านี้จะอธิบายว่าไม่อิ่มตัว
เพื่อให้เป็นตัวอย่างง่ายๆอีเทนมีคาร์บอนสองตัวเชื่อมกันด้วยพันธะเดี่ยวทำให้แต่ละอะตอมสามารถเชื่อมกับอะตอมไฮโดรเจนสามอะตอมดังนั้นสูตรทางเคมีของมันคือ C 2 H 6 และเป็นอัลเคน ในอีเทนมีพันธะคู่คาร์บอน - คาร์บอนดังนั้นมันจึงมีได้เพียงสี่ไฮโดรเจนทำให้เป็นอัลคีนกับสูตร C 2 H 4 Ethyne มีพันธะสามเท่าให้สูตร C 2 H 2 และทำให้เป็นด่าง สารประกอบนี้เป็นที่รู้จักกันดีกว่าอะเซทิลีน
อะตอมของคาร์บอนก็สามารถสร้างวงแหวนได้ Alkanes ที่มีวงแหวนมีชื่อขึ้นต้นด้วย cyclo- ดังนั้นไซโคลเฮกเซนจึงเป็นอัลเคนที่มีอะตอมของคาร์บอนหกอะตอมเข้าร่วมโดยพันธะเดี่ยวในรูปแบบของแหวน นอกจากนี้ยังสามารถใช้วงแหวนที่มีพันธะเดี่ยวและคู่สลับกันและเป็นที่รู้จักกันในชื่อแหวนเบนซิน ไฮโดรคาร์บอนที่บรรจุวงแหวนเบนซีนเรียกว่ามีกลิ่นหอมเพราะหลายคนมีกลิ่นหอม
โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนบางชนิดมีโซ่ที่แตกแขนง บิวเทนซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยสายโซ่เดียวสามารถอยู่ในรูปแบบที่อะตอมของคาร์บอนหนึ่งถูกผูกมัดกับอีกสองคนไว้เป็นสาขา รูปแบบทางเลือกของโมเลกุลเหล่านี้เรียกว่า isomers ไอโซเมอร์ที่แตกแขนงของบิวเทนนั้นเป็นที่รู้จักกันในชื่อ
การผลิต
การผลิตไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล: ถ่านหินน้ำมันและก๊าซธรรมชาติซึ่งสกัดจากพื้นดินในปริมาณหลายล้านตันต่อวัน น้ำมันดิบส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของแอลเคนและไซโคลแอลเคนที่แตกต่างกันหลายชนิดและมีสารประกอบอะโรมาติก สิ่งเหล่านี้สามารถแยกออกจากกันได้ที่โรงกลั่นน้ำมันโดยการกลั่นเนื่องจากจุดเดือดที่แตกต่างกัน กระบวนการอื่นที่ใช้เรียกว่า "การแตกร้าว": ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกใช้เพื่อแบ่งโมเลกุลขนาดใหญ่บางส่วนออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กกว่าซึ่งมีประโยชน์มากกว่าเชื้อเพลิง
คุณสมบัติ
โดยทั่วไปแล้วยิ่งไฮโดรคาร์บอนมีความซับซ้อนมากเท่าไรจุดหลอมเหลวและจุดเดือดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่นประเภทที่ง่ายกว่าเช่นมีเธนอีเทนและโพรเพนที่มีหนึ่งสองและสามคาร์บอนตามลำดับคือก๊าซ หลายรูปแบบเป็นของเหลว: ตัวอย่างคือเฮกเซนและออกเทน รูปแบบที่เป็นของแข็งประกอบด้วยขี้ผึ้งพาราฟินซึ่งเป็นส่วนผสมของโมเลกุลที่มีอะตอมระหว่าง 20 ถึง 40 อะตอมและโพลีเมอร์ต่าง ๆ ซึ่งประกอบด้วยโซ่ของอะตอมนับพันเช่นโพลีเอทิลีน
คุณสมบัติทางเคมีที่โดดเด่นที่สุดของไฮโดรคาร์บอนคือความไวไฟและความสามารถในการสร้างพอลิเมอร์ สิ่งที่เป็นก๊าซหรือของเหลวจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) และน้ำและปล่อยพลังงานในรูปของแสงและความร้อน พลังงานบางอย่างจะต้องจ่ายเพื่อเริ่มปฏิกิริยา แต่เมื่อเริ่มต้นมันเป็นความยั่งยืน: สารประกอบเหล่านี้จะเผาไหม้ตามที่แสดงโดยจุดประกอบอาหารด้วยการจับคู่หรือประกายไฟ รูปแบบของแข็งจะเผาไหม้ แต่น้อยลง ในบางกรณีคาร์บอนทั้งหมดจะไม่ก่อให้เกิด CO 2 ; เขม่าและควันสามารถเกิดขึ้นได้ในบางประเภทเมื่อเผาไหม้ในอากาศและในปริมาณที่ไม่เพียงพอของออกซิเจนไฮโดรคาร์บอนใด ๆ ก็สามารถผลิตพิษก๊าซไม่มีกลิ่นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)
การใช้ประโยชน์
ความสามารถในการติดไฟของไฮโดรคาร์บอนทำให้มีประโยชน์อย่างมากในฐานะเชื้อเพลิงและเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับอารยธรรมในปัจจุบัน ทั่วโลกกระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้ของสารประกอบเหล่านี้และใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องมือถือทุกเครื่อง: รถยนต์, รถบรรทุก, รถไฟ, เครื่องบินและเรือ พวกเขายังใช้ในการผลิตสารเคมีและวัสดุอื่น ๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่นพลาสติกส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์ไฮโดรคาร์บอน การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ ตัวทำละลายน้ำมันหล่อลื่นและตัวขับเคลื่อนสำหรับกระป๋องสเปรย์
ปัญหาเกี่ยวกับเชื้อเพลิงฟอสซิล
ไฮโดรคาร์บอนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ประสบความสำเร็จอย่างมากในช่วงสองร้อยปีที่ผ่านมา แต่มีการเรียกร้องให้ลดการใช้งาน การเผาไหม้ทำให้เกิดควันและเขม่าทำให้เกิดปัญหามลพิษรุนแรงในบางพื้นที่ มันยังผลิต CO 2 จำนวน มาก มีข้อตกลงอย่างกว้างขวางในหมู่นักวิทยาศาสตร์ว่าการเพิ่มระดับของก๊าซนี้ในชั้นบรรยากาศกำลังช่วยดักความร้อนการเพิ่มอุณหภูมิของโลกและการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศของโลก
นอกจากนี้เชื้อเพลิงฟอสซิลจะไม่คงอยู่ตลอดไป การเผาไหม้เชื้อเพลิงในอัตราปัจจุบันน้ำมันสามารถไหลออกมาในเวลาน้อยกว่าหนึ่งศตวรรษและถ่านหินในหลายศตวรรษ ทั้งหมดนี้นำไปสู่การเรียกร้องให้มีการพัฒนาแหล่งพลังงานหมุนเวียนเช่นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมและการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์มากขึ้น ในปี 2550 รางวัลโนเบลสาขาสันติภาพได้รับมอบให้กับอดีตรองประธานาธิบดีสหรัฐอัลกอร์และคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของสหประชาชาติสำหรับงานของพวกเขาในการยืนยันและเผยแพร่ข้อความว่าการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอน
