Hidrokarbonlar, tamamen karbon ve hidrojenden oluşan ve metan gibi basit moleküllerden binlerce atomdan oluşan polistiren gibi polimerlere kadar değişen organik kimyasal bileşiklerdir. Karbon atomlarının birbirine güçlü bir şekilde bağlanma yeteneği, neredeyse sınırsız çeşitlilikte zincirler, halkalar ve organik moleküllerin omurgalarını oluşturan diğer yapıları oluşturmalarını sağlar. Her atom dört bağ oluşturabildiğinden, bu omurgalar hidrojen gibi başka elementler içerir. Bileşikler yanıcıdır, çünkü içerdikleri iki element, havadaki oksijenle kolayca birleşerek enerji açığa çıkarır. Petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar doğal olarak oluşan hidrokarbon karışımlarıdır; Kömür, sadece karbon olmasına rağmen, bazılarını da içermektedir.
Yapı ve Adlandırma Kuralları
Hidrokarbonların isimlendirilmesi, belirli sözleşmelere rağmen, birçok durumda bileşikler eski isimler altında daha iyi bilinir. Modern sistemde, adın ilk kısmı moleküldeki karbon atomlarının sayısını temsil eder: artan sırada, ilk sekize önceden eklenmiş meth-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- ve ekim Karbonların hepsinin tekli bağlarla birleştiği bileşikler topluca alkanlar olarak bilinir ve içinde biten isimler bulunur. Bu nedenle, ilk sekiz alkan metan, etan, propan, bütan, pentan, heksan, heptan ve oktandır.
Karbon atomları ayrıca birbirleriyle çift veya üçlü bağlar oluşturabilir. İki bağa sahip olan moleküller alkenler olarak bilinir ve -en ile biten isimlere sahipken, üçlü bağlara sahip olanlara alkinler denir ve bunlar -ninde biten isimlere sahiptir . Sadece tek bağlara sahip olan moleküller, mümkün olan en fazla sayıda hidrojen atomu içerir ve bu nedenle doymuş olarak tanımlanır. İkili veya üçlü bağların olduğu yerlerde, hidrojen için daha az yer vardır, bu nedenle bu bileşikler doymamış olarak tanımlanmaktadır.
Basit bir örnek vermek gerekirse, etan, her biri üç hidrojen atomuna yapışabilecek şekilde bırakarak, tek bir bağ ile birleştirilen iki karbona sahiptir, bu nedenle kimyasal formülü C2H6'dır ve bir alkandır. Etilende bir karbon-karbon çift bağı vardır, bu yüzden sadece dört hidrojene sahip olabilir, bu da onu C2H4 formülü ile bir alken yapar. Ethyne, C2H2 formülünü vererek ve bir alkin yapan üçlü bir bağa sahiptir. Bu bileşik daha iyi asetilen olarak bilinir.
Karbon atomları ayrıca halkalar da oluşturabilir. Halkalı alkanlar , siklo- ile başlayan isimlere sahiptir. Bu nedenle, sikloheksan, bir halka oluşturacak şekilde tek bağlarla birleştirilen altı karbon atomuna sahip bir alkandır. Alternatif tek ve çift bağlı bir halka da mümkündür ve bir benzen halkası olarak bilinir. Benzen halkası içeren hidrokarbonlar aromatik olarak bilinir, çünkü çoğu hoş kokuludur.
Bazı hidrokarbon molekülleri dallanan zincirlere sahiptir. Normalde tek bir zincirden oluşan bütan, bir karbon atomunun diğerine bağlandığı ve bir dal oluşturan bir formda bulunabilir. Bir molekülün bu alternatif formları izomerler olarak bilinir. Bütanın dallanmış izomeri, izobütan olarak bilinir.
Üretim
Çoğu hidrokarbon üretimi fosil yakıtlardan geliyor: Günde milyonlarca ton miktarında yerden elde edilen kömür, petrol ve doğal gaz. Ham yağ, çoğunlukla bazı aromatik bileşiklerle birçok farklı alkan ve sikloalkan karışımıdır. Bunlar, farklı kaynama noktalarından dolayı, petrol rafinerilerinde damıtma yoluyla birbirlerinden ayrılabilirler. Kullanılan diğer bir işlem “çatlama” olarak bilinir: katalizörler, bazı büyük moleküllerin yakıt olarak daha faydalı olan küçük parçalara parçalanması için kullanılır.
Özellikleri
Genel olarak, bir hidrokarbon ne kadar karmaşıksa erime ve kaynama noktaları o kadar yüksek olur. Örneğin, sırasıyla bir, iki ve üç karbonlu metan, etan ve propan gibi daha basit tipleri gazdır. Birçok form sıvıdır: örnekler heksan ve oktandır. Katı formlar parafin mumunu (20 ila kırk karbon atomlu moleküllerin bir karışımı) ve polietilen gibi binlerce atom zincirinden oluşan çeşitli polimerleri içerir.
Hidrokarbonların en dikkat çekici kimyasal özellikleri yanıcılıkları ve polimer oluşturma yetenekleridir. Gaz veya sıvı olanlar, havadaki oksijenle reaksiyona girerek, karbondioksit (CO2) ve su üretecek ve enerjiyi ışık ve ısı şeklinde serbest bırakacaktır. Reaksiyonu başlatmak için bir miktar enerji sağlanmalıdır, ancak bir kez başladıktan sonra, kendi kendine kalıcıdır: bu bileşikler bir gaz ocağını bir kibritle veya kıvılcımla aydınlatarak gösterildiği gibi yanacaktır. Katı formlar da yanacak, ancak daha az kolay olacaktır. Bazı durumlarda, karbonun tamamı C02 oluşturamaz; Bazı türlerde havada yanarken kurum ve duman üretilebilir ve yetersiz oksijen kaynağında, herhangi bir hidrokarbon toksik, kokusuz gaz, karbon monoksit (CO) üretebilir.
Kullanımları
Hidrokarbonların yanıcılığı onları yakıt olarak çok faydalı kılar ve bunlar günümüz medeniyeti için birincil enerji kaynağıdır. Dünya çapında, çoğu elektrik bu bileşiklerin yakılması sonucu ortaya çıkar ve pratik olarak her mobil makineyi itmek için kullanılır: arabalar, kamyonlar, trenler, uçaklar ve gemiler. Ayrıca birçok başka kimyasal madde ve malzemenin imalatında da kullanılırlar. Örneğin plastiklerin çoğu hidrokarbon polimerleridir. Diğer kullanımlar arasında aerosol kutuları için çözücüler, kayganlaştırıcılar ve iticiler bulunur.
Fosil Yakıtlarla İlgili Sorunlar
Hidrokarbonlar son iki yüz yıldan beri çok başarılı bir yakıt kaynağı olmuştur, ancak kullanımlarını geri ölçeklendirmek için artan çağrılar vardır. Yanmaları duman ve kurum yaratır ve bazı bölgelerde ciddi kirlilik sorunlarına neden olur. Aynı zamanda büyük miktarda CO2 üretir. Bilim adamları arasında atmosferde bu gazın artan seviyelerinin ısıyı tutmaya, küresel sıcaklıkları yükseltmeye ve Dünya'nın iklimini değiştirmeye yardım ettiği konusunda yaygın bir anlaşma var.
Ayrıca, fosil yakıtlar sonsuza dek sürmeyecek. Mevcut hızda yakıt yakmak, petrol bir yüzyıldan daha az tükendi ve birkaç yüzyılda kömür. Tüm bunlar, güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları ve sıfır CO2 emisyonu üreten daha fazla nükleer enerji santralinin inşasına yol açtı. 2007 yılında, Nobel Barış Ödülü, eski ABD Başkan Yardımcısı Al Gore ve BM'nin İklim Değişikliği Hükümetlerarası Paneli'ne, hidrokarbonların yanmasının küresel ısınmadan büyük ölçüde sorumlu olduğu mesajını onaylama ve yayma çalışmaları nedeniyle verildi.
