Hva er hydrokarboner?

Hydrokarboner er organiske kjemiske forbindelser som helt består av karbon og hydrogen, og varierer fra enkle molekyler som metan, til polymerer som polystyren, som består av tusenvis av atomer.Karbonatomers evne til å binde seg sterkt til hverandre gjør at de kan danne et nesten ubegrenset utvalg av kjeder, ringer og andre strukturer som danner ryggbenene til organiske molekyler.Siden hvert atom kan danne fire bindinger, inkluderer disse ryggben andre elementer, for eksempel hydrogen.Forbindelsene er brannfarlige, siden de to elementene de inneholder vil enkelt kombinere med oksygen i luften og frigjøre energi.Fossilt brensel, som olje og naturgass, er naturlig forekommende blandinger av hydrokarboner;Kull inneholder også noen, selv om det stort sett bare er karbon.

Struktur og navngivingskonvensjoner

Navngivning av hydrokarboner følger visse konvensjoner, selv om forbindelser i mange tilfeller kan være bedre kjent under eldre navn.I det moderne systemet representerer den første delen av navnet antallet karbonatomer i molekylet: I stigende sekvens er de første åtte prefikset meth-, et-, prop-, men-, pent-, hex-, hept- og okt- .Forbindelser der karbonatområdene alle er forbundet med enkeltbindinger er kjent samlet som alkaner , og har navn som slutter på –ane.Derfor er de første åtte alkaner metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan og oktan.

karbonatomer kan også danne doble eller trippelbindinger med hverandre.Molekyler som har dobbeltbindinger er kjent som alkener, og har navn som slutter på

, mens de som har trippelbindinger kalles alkyner, og har navn som slutter på

-yne .Molekyler som bare har enkeltbindinger inneholder maksimalt mulig antall hydrogenatomer, og blir derfor beskrevet som mettet.Der det er doble eller trippelbindinger, er det færre steder tilgjengelig for hydrogen, så disse forbindelsene er beskrevet som umettet. For å gi et enkelt eksempel, har etan to karbonatomer sammen med en enkelt binding, og lar hver binde seg til tre hydrogenAtomer, så dens kjemiske formel er C 2 H 6 og det er en alkan.I Ethen er det en karbon-karbon-dobbeltbinding, så den kan bare ha fire hydrogener, noe som gjør det til en alken med formelen C 2 H 4 .Ethyne har en trippelbinding, og gir den formelen C 2

H

2 , og gjør den til en alkyne.Denne forbindelsen er bedre kjent som acetylen.

Karbonatomer kan også danne ringer.Alkaner med ringer har navn som begynner med

Cyclo-

.Derfor er cykloheksan en alkan med seks karbonatomer sammen med enkeltbindinger på en slik måte at den danner en ring.En ring med vekslende enkelt- og dobbeltbindinger er også mulig, og er kjent som en benzenring.Hydrokarboner som inneholder en benzenring er kjent som aromatiske, fordi mange av dem er behagelig luktende.

Noen hydrokarbonmolekyler har kjeder som grener.Butan, som normalt består av en enkelt kjede, kan eksistere i en form der ett karbonatom er bundet til to andre, og danner en gren.Disse alternative formene for et molekyl er kjent som isomerer.Den forgrenede isomeren av butan er kjent som isobutan.

Produksjon

Mest produksjon av hydrokarboner er fra fossilt brensel: kull, olje og naturgass, som er utvunnet fra bakken i mengder millioner tonn per dag.Råolje er stort sett en blanding av mange forskjellige alkaner og cycloalkaner, med noen aromatiske forbindelser.Disse kan skilles fra hverandre ved oljeraffinerier ved destillasjon, på grunn av deres forskjellige kokepunkter.En annen prosess som brukes er kjent som "sprekker": det brukes katalysatorer for å bryte noen av de større molekylene i mindre som er mer nyttige som drivstoff.

Egenskapersmeltende og kokepunkter.For eksempel de enklere typene, slikesom metan, etan og propan, med henholdsvis en, to og tre karbonatomer, er gasser.Mange former er væsker: eksempler er heksan og oktan.Solide former inkluderer parafinvoks mdash;en blanding av molekyler med mellom 20 og førti karbonatomer og mdash;og forskjellige polymerer som består av kjeder med tusenvis av atomer, for eksempel 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, produsere karbondioksid (CO 2 ) og vann og frigjøre energi i form av lys og varme.Noe energi må tilføres for å starte reaksjonen, men når den er startet, er den selvopprettholdende: disse forbindelsene vil brenne, som illustrert ved å tenne på en gasskomfyr med en kamp eller gnist.Solide former vil også brenne, men mindre lett.I noen tilfeller vil ikke alt karbon danne CO 2 ;Sot og røyk kan produseres av noen typer når de brenner i luft, og i en utilstrekkelig tilførsel av oksygen, kan ethvert hydrokarbon produsere giftig, luktfri gass, karbonmonoksid (CO).

bruker

flammbarheten til hydrokarboner gjør demVeldig nyttig som drivstoff, og de er den primære energikilden for dagens sivilisasjon.Over hele verden genereres mest strøm av forbrenning av disse forbindelsene, og de er vant til å drive praktisk talt hver mobil maskin: biler, lastebiler, tog, fly og skip.De brukes også i fremstilling av mange andre kjemikalier og materialer.De fleste plast, for eksempel, er hydrokarbonpolymerer.Andre bruksområder inkluderer løsningsmidler, smøremidler og drivmidler for aerosolbokser.

Problemer med fossilt brensel

Hydrokarboner har vært en meget vellykket drivstoffkilde de siste to hundre årene, men det er økende anrop for å avskalere bruken av dem.Forbrenningen deres produserer røyk og sot, og forårsaker alvorlige forurensningsproblemer på noen områder.Den produserer også store mengder CO 2 .Det er utbredt enighet blant forskere om at økende nivåer av denne gassen i atmosfæren er med på å felle varmen, øke globale temperaturer og endre jordens klima.

I tillegg vil fossilt brensel ikke vare evig.Forbrenning av drivstoff med gjeldende hastighet, kan olje gå tom på mindre enn et århundre og kull på flere århundrer.Alt dette har ført til samtaler om å utvikle fornybare energikilder som sol- og vindkraft, og konstruksjon av mer kjernekraftverk, som produserer null CO

2 utslipp.I 2007 ble Nobels fredspris tildelt tidligere amerikansk visepresident Al Gore og FNs mellomstatlige panel for klimaendringer for sitt arbeid med å bekrefte og spre budskapet om at forbrenningen av hydrokarboner stort sett er ansvarlig for global oppvarming.