Cosa sono gli idrocarburi?

Gli idrocarburi sono composti chimici organici che consistono interamente in carbonio e idrogeno e vanno da semplici molecole come il metano, a polimeri come il polistirolo, che consistono in migliaia di atomi.La capacità degli atomi di carbonio di legarsi fortemente tra loro consente loro di formare una varietà quasi illimitata di catene, anelli e altre strutture che formano le spalle delle molecole organiche.Poiché ogni atomo può formare quattro legami, queste spine includono altri elementi, come l'idrogeno.I composti sono infiammabili, poiché i due elementi che contengono si combinano facilmente con l'ossigeno nell'aria, rilasciando energia.I combustibili fossili, come petrolio e gas naturale, sono miscele naturali di idrocarburi;Il carbone contiene anche alcuni, sebbene sia per lo più solo carbonio.

Struttura e convenzioni di denominazione

La denominazione degli idrocarburi segue alcune convenzioni, sebbene in molti casi i composti possano essere meglio conosciuti sotto i nomi più vecchi.Nel sistema moderno, la prima parte del nome rappresenta il numero di atomi di carbonio nella molecola: in sequenza ascendente, i primi otto sono prefissi meth-, eth-, prop-, ma, pent-, esagono, hept- e ott- .I composti in cui i carboni sono tutti uniti da singoli legami sono noti collettivamente come alcani e hanno nomi che finiscono in –ane.Pertanto, i primi otto alcani sono metano, etano, propano, butano, pentano, esano, eptano e ottano. Gli atomi di carbonio possono anche formare legami doppi o tripli tra loro.Le molecole che hanno doppi legami sono conosciute come alcheni e hanno nomi che terminano in

–ne

, mentre quelli che hanno tripli legami sono chiamati alchini e hanno nomi che terminano in -yne .Le molecole che hanno solo singoli legami contengono il numero massimo possibile di atomi di idrogeno e sono quindi descritte come sature.Laddove ci sono legami doppi o tripli, ci sono meno posti disponibili per l'idrogeno, quindi questi composti sono descritti come insaturi. Per dare un semplice esempio, l'etano ha due carboni uniti da un singolo legame, lasciando ciascuno in grado di legarsi a tre idrogenoAtomi, quindi la sua formula chimica è C

2

H 6 ed è un alcano.In etene c'è un doppio legame con carbonio di carbonio, quindi può avere solo quattro idrogeni, rendendolo un alchene con la formula C 2 H 4 .Etyne ha un triplo legame, dandogli la formula C 2 H 2 e rendendola un'alkyne.Questo composto è meglio noto come acetilene. Anche gli atomi di carbonio possono formare anelli.Gli alcani con anelli hanno nomi che iniziano con

Ciclo-

.Pertanto, il cicloesano è un alcano con sei atomi di carbonio uniti da singoli legami in modo tale da formare un anello.È anche possibile un anello con legami singoli e doppi alternati ed è noto come un anello di benzene.Gli idrocarburi contenenti un anello di benzene sono noti come aromatici, perché molti di essi sono deliziosi. Alcune molecole di idrocarburi hanno catene che si ramificano.Butane, che normalmente consiste in una singola catena, può esistere in una forma in cui un atomo di carbonio è legato ad altri due, formando un ramo.Queste forme alternative di una molecola sono conosciute come isomeri.L'isomero ramificato di butano è noto come isobutano.

La produzione

La maggior parte della produzione di idrocarburi proviene da combustibili fossili: carbone, petrolio e gas naturale, che vengono estratti da terra in quantità di milioni di tonnellate al giorno.Il petrolio greggio è principalmente una miscela di diversi alcani e cicloalcani, con alcuni composti aromatici.Questi possono essere separati l'uno dall'altro alle raffinerie di petrolio per distillazione, a causa dei loro diversi punti di ebollizione.Un altro processo utilizzato è noto come "cracking": i catalizzatori vengono impiegati per rompere alcune delle molecole più grandi in più piccole che sono più utili come carburanti.

Proprietà

In generale, più è complesso un idrocarburo, più alto è più altoPunti di scioglimento e di ebollizione.Ad esempio, i tipi più semplici, taliCome metano, etano e propano, con uno, due e tre carboni, rispettivamente, sono gas.Molte forme sono liquidi: esempi sono esano e ottano.Le forme solide includono cera di paraffina e mdash;una miscela di molecole con tra 20 e quaranta atomi di carbonio e mdash;e vari polimeri costituiti da catene di migliaia di atomi, come il polietilene.

Le proprietà chimiche più notevoli degli idrocarburi sono la loro infiammabilità e la loro capacità di formare polimeri.Quelli che sono gas o liquidi reagiranno con ossigeno nell'aria, producono anidride carbonica (CO 2 ) e acqua e rilasciano energia sotto forma di luce e calore.Un po 'di energia deve essere fornita per iniziare la reazione, ma una volta iniziata, è autosufficiente: questi composti bruceranno, come illustrati accendendo un piano cottura a gas con una corrispondenza o una scintilla.Anche le forme solide bruceranno, ma meno facilmente.In alcuni casi, non tutto il carbonio formerà CO 2 ;fuliggine e fumo possono essere prodotti da alcuni tipi quando bruciano in aria e in una fornitura insufficiente di ossigeno, qualsiasi idrocarburo può produrre il gas tossico e inodore, il monossido di carbonio (CO).

Usa l'innesto degli idrocarburi li rendeMolto utili come carburanti e sono la fonte di energia primaria per la civiltà di oggi.In tutto il mondo, la maggior parte dell'elettricità è generata dalla combustione di questi composti e vengono utilizzate per spingere praticamente ogni macchina mobile: automobili, camion, treni, aerei e navi.Sono anche utilizzati nella produzione di molti altri prodotti chimici e materiali.La maggior parte delle materie plastiche, ad esempio, sono polimeri di idrocarburi.Altri usi includono solventi, lubrificanti e propellenti per lattine di aerosol.

I problemi con i combustibili fossili

Gli idrocarburi sono stati una fonte di carburante di grande successo negli ultimi duecento anni circa, ma ci sono chiamate crescenti per ridimensionare il loro uso.La loro combustione produce fumo e fuliggine, causando gravi problemi di inquinamento in alcune aree.Produce anche grandi quantità di CO

2

.Vi è un accordo diffuso tra gli scienziati secondo cui i livelli crescenti di questo gas nell'atmosfera stanno contribuendo a intrappolare il calore, aumentando le temperature globali e cambiando il clima terrestre. Inoltre, i combustibili fossili non dureranno per sempre.La combustione del carburante al ritmo attuale, il petrolio potrebbe finire in meno di un secolo e carbone in diversi secoli.Tutto ciò ha portato alle chiamate a sviluppare fonti di energia rinnovabile come l'energia solare e eolica e la costruzione di più centrali nucleari, che producono zero emissioni di CO 2

.Nel 2007, il premio Nobel per la pace è stato assegnato all'ex vicepresidente degli Stati Uniti Al Gore e al gruppo intergovernativo delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici per il loro lavoro nel confermare e diffondere il messaggio che la combustione degli idrocarburi è in gran parte responsabile del riscaldamento globale.