Hva er hydrokarboner?

October 26  by Eliza

Hydrokarboner er organiske kjemiske forbindelser som består utelukkende av karbon og hydrogen, og varierer fra enkle molekyler, slik som metan, til polymerer slik som polystyren, som består av tusener av atomer. Muligheten av karbonatomer for å binde sterkt til hverandre, gjør det mulig for dem å danne en nesten ubegrenset variasjon av kjeder, ringer, og andre strukturer som danner ryggrader av organiske molekyler. Siden hvert atom kan danne fire bindinger, er disse rygger omfatte andre elementer, slik som hydrogen. Forbindelsene er brennbare, siden de to elementer som de inneholder, vil kombinere lett med oksygen i luften og frigjør energi. Fossilt brensel, som olje og naturgass, er naturlig forekommende blandinger av hydrokarboner; kull også inneholder en viss, selv om det er stort sett bare karbon.

Struktur og Naming Conventions

Navngiving av hydrokarboner følger visse konvensjoner, men i mange tilfeller, kan forbindelsene bli bedre kjent under eldre navn. I moderne system, den første del av navnet representerer antallet karbonatomer i molekylet: i stigende rekkefølge, blir den første åtte prefiks met, etnisk, prop, knap-, pent-, heksa, hept- og Oct. Forbindelser der karboner er alle sluttet med enkeltbindinger er kjent kollektivt som alkaner, og har navn som slutter på -ane. Derfor er de åtte første alkaner er metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan og oktan.

Karbonatomer kan også danne dobbel eller trippelbindinger med hverandre. Molekyler som har dobbeltbindinger er kjent som alkener, og har navn som slutter på -en, mens de som har trippelbindinger kalles alkyner, og har navn som slutter på -yne. Molekyler som har bare enkeltbindinger inneholder den maksimalt mulige antall hydrogenatomer, og er derfor beskrevet som mettet. Hvor det er dobbelt eller trippelbindinger, det er færre plasser tilgjengelig for hydrogen, så disse forbindelsene er beskrevet som umettet.

For å gi et enkelt eksempel, har etan to karbonatomer bundet sammen av en enkeltbinding, og etterlater hver i stand til å binde seg til tre hydrogenatomer, slik at dets kjemiske formel er C 2 H 6, og det er et alkan. I eten er det en karbon-karbon-dobbeltbinding, slik at det bare kan ha fire hydrogenatomer, slik at det er et alken med formelen C 2 H 4. Etyn har en trippelbinding, gir det formelen C 2 H 2, og gjør det til en alkyn. Denne forbindelsen er bedre kjent som acetylen.

Karbonatomene kan også danne ringer. Alkaner med ringene har navn som begynner med cyklo-. Derfor er cykloheksan et alkan med seks karbonatomer sammen med enkeltbindinger på en slik måte at de danner en ring. En ring med alternerende enkelt- og dobbeltbindinger er også mulig, og er kjent som en benzenring. Hydrokarboner som inneholder en benzenring er kjent som aromatisk, fordi mange av dem er hyggelige-luktende.

Noen hydrokarbonmolekyler har kjeder som avdelings. Butan, som normalt består av en enkel kjede, kan eksistere i en form hvor et karbonatom er bundet til to andre, som danner en gren. Disse alternative former av et molekyl som er kjent som isomerer. Den forgrenet isomer av butan er kjent som isobutan.

Produksjon

Mest produksjon av hydrokarboner er fra fossile brensler: kull, olje og naturgass, som er hentet fra bakken i mengder av millioner av tonn per dag. Råolje er for det meste en blanding av mange forskjellige alkaner og cykloalkaner, med noen aromatiske forbindelser. Disse kan skilles fra hverandre ved oljeraffinerier ved destillering, på grunn av deres forskjellige kokepunkter. En annen fremgangsmåte som benyttes er kjent som "cracking": katalysatorer anvendes for å bryte noen av de større molekyler til mindre de som er mer nyttig som brensel.

Egenskaper

Generelt sett, jo mer komplekst et hydrokarbon er, jo høyere smelte og kokepunkter. For eksempel, de enklere typer, slik som metan, etan og propan, med en, to og tre karbonatomer, henholdsvis er gasser. Mange former er væsker: eksempler er heksan og oktan. Faste former inkluderer parafinvoks - en blanding av molekyler med mellom 20 og førti karbonatomer, - og forskjellige polymerer som består av kjeder av tusener av atomer, slik som polyetylen.

De mest bemerkelsesverdige kjemiske egenskapene til hydrokarboner er deres brennbarhet og deres evne til å danne polymerer. De som er gasser eller væsker vil reagere med oksygen i luften, som produserer karbondioksyd (CO 2) og vann, og frigjøring av energi i form av lys og varme. Litt energi må tilføres for å starte reaksjonen, men en gang startet, er det selvdrevet: disse forbindelsene vil brenne, som illustrert ved å tenne en gasskomfyr med en kamp eller gnist. Faste former vil også brenne, men mindre lett. I noen tilfeller vil ikke alt karbonet danne CO 2; sot og røk kan fremstilles ved noen typer når de brenner i luft, og i en utilstrekkelig tilførsel av oksygen, kan en hvilken som helst hydrokarbon produsere giftig, luktfri gass, karbonmonoksyd (CO).

Bruksområder

Brennbarhet av hydrokarboner gjør dem svært nyttig som brensel, og de er den primære energikilden for dagens sivilisasjon. På verdensbasis er mest elektrisitet generert ved forbrenning av disse forbindelsene, og de brukes til å drive praktisk talt alle mobil maskin: biler, lastebiler, tog, fly og skip. De kan også brukes ved fremstilling av mange andre kjemikalier og materialer. De fleste plastmaterialer, for eksempel, er hydrokarbonpolymerer. Andre bruksområder inkluderer løsemidler, smøremidler og drivmiddel for spraybokser.

Problemer med fossilt brensel

Hydrokarboner har vært en meget vellykket drivstoff kilde i løpet av de siste to hundre årene eller så, men det er økende samtaler for å skalere tilbake deres bruk. Deres forbrenning produserer røyk og sot, forårsaker alvorlige forurensningsproblemer i enkelte områder. Den produserer også store mengder CO 2. Det er bred enighet blant forskere at økende nivåer av denne gassen i atmosfæren bidrar til å felle varme, heve globale temperaturer og skiftende jordens klima.

I tillegg vil fossilt brensel ikke vare evig. Brennende drivstoff på dagens rente, kunne oljen renne ut i mindre enn et århundre og kull i flere århundrer. Alt dette har ført til samtaler for å utvikle fornybare energikilder som sol- og vindkraft, og bygging av flere atomkraftverk, som produserer null CO 2 -utslipp. I 2007 ble Nobels fredspris tildelt USAs tidligere visepresident Al Gore og FNs FNs klimapanel for deres arbeid i å bekrefte og spre budskapet om at forbrenning av hydrokarboner er i stor grad ansvarlig for den globale oppvarmingen.

  • En pumpjack bringer oljen til overflaten.
  • Hydrokarboner blir brukt som aerosoldrivmidler.
  • Hydrokarboner består av hydrogen- og karbonatomer.
  • Råolje er en naturlig blanding av hydrokarboner.
  • Råolje er delt inn i produkter som bensin og parafin i cracking tårn på oljeraffinerier.