Υδρογονάνθρακες
Ο υδρογονάνθρακας αναφέρεται σε μια οργανική ένωση που περιλαμβάνει εξ ολοκλήρου υδρογόνο και άνθρακα. Αυτοί οι τύποι ενώσεων είναι γενικά άχρωμοι, υδρόφοβοι και επίσης με αδύναμες οσμές. Η πλειονότητα των ανθρωπογενών υδρογονανθράκων εκπέμπεται από την καύση ορυκτών καυσίμων που περιλαμβάνουν παραγωγή καυσίμου και καύση. Μερικές από τις φυσικές πηγές υδρογονανθράκων όπως το αιθυλένιο, τα μονοτερπένια και τα ισοπρένια είναι από την εκπομπή της βλάστησης. Κυρίως οι υδρογονάνθρακες είναι τα συστατικά του πετρελαίου και του φυσικού αερίου.
Η πλειονότητα των υδρογονανθράκων απαντάται στη φύση. Μαζί με την παραγωγή ορυκτών καυσίμων, αυτές οι ενώσεις υπάρχουν επίσης σε δέντρα και φυτά, όπως φαίνεται στη χρωστική καροτίνη που βρίσκεται στα καρότα και τα πράσινα φύλλα. Ένα μόριο που μοιάζει με αλυσίδα που περιέχει πολλές μονάδες που συνδέονται μεταξύ τους αναφέρεται σε ένα πολυμερές, περισσότερο από το 98% του φυσικού ακατέργαστου καουτσούκ αντιπροσωπεύει ένα πολυμερές υδρογονάνθρακα. Η δομή όλων των μεμονωμένων υδρογονανθράκων εξαρτάται από τους τύπους των χημικών δεσμών που συνδέουν μεταξύ τους τα άτομα του μορίου του συστατικού.
Ταξινόμηση υδρογονανθράκων
Οι τέσσερις διαφορετικοί τύποι υδρογονανθράκων αναλύονται παρακάτω:
Αλκάνια
Αυτή είναι η πιο απλή μορφή υδρογονανθράκων που έχουν μόνο απλούς δεσμούς δύο στοιχείων. Τα αλκάνια αναφέρονται ως αληθινοί υδρογονάνθρακες αφού δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία που περιέχονται σε αυτά. Μπορούν να αναπαρασταθούν με έναν μοριακό τύπο CnH2n+2, όπου το n αναφέρεται στον αριθμό των ατόμων άνθρακα. Πολύ κοινές τρεις μορφές αλκανίων μπορούν να ονομαστούν ως μεθάνιο (CH4), αιθάνιο (C2H6) και προπάνιο (C3H8). Όχι μόνο τα αλκάνια είναι καλή πηγή καυσίμων όπως πολλοί άλλοι υδρογονάνθρακες, αλλά είναι επίσης επιβλαβή για το περιβάλλον όταν καίγονται. Το μεθάνιο, ένα αλκάνιο, είναι ένα αέριο που προκαλεί υπερθέρμανση του πλανήτη.
Αλκένια
Όμοια με τα αλκάνια, τα αλκένια είναι επίσης αληθινοί υδρογονάνθρακες χωρίς άλλο στοιχείο στη σύνθεσή τους. Σύμφωνα με το όνομα τα αλκένια αποτελούνται από τουλάχιστον έναν διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα. Αντιπροσωπεύονται ως CnH2n. Πολύ κοινά και λιγότερο πολύπλοκα αλκένια είναι το αιθένιο (C2H4) και το προπένιο (C3H6). Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός αλκανίου και ενός αλκενίου είναι η παρουσία διπλού δεσμού.
Αλκύνια
Αυτός ο τύπος υδρογονάνθρακα περιέχει μόνο άτομα υδρογόνου και άνθρακα. Αυτοί είναι επίσης αληθινοί υδρογονάνθρακες, τα αλκίνια διαφέρουν από τα αλκάνια και τα αλκένια από την παρουσία ενός τριπλού δεσμού μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα. Ο μοριακός τύπος των αλκυνίων μπορεί να γραφτεί ως CnH2n-2. Οι κοινές ποικιλίες ενός αλκυνίου μπορεί να είναι όπως - αιθυλένιο (C2H2), προπίνιο (C3H4) και βουτένιο (C4H6).
Αρωματικοί υδρογονάνθρακες
Αυτοί οι τύποι περιέχουν επίσης μόνο υδρογόνο και άνθρακα. Οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες είναι πιο περίπλοκοι από πολλούς άλλους τύπους υδρογονανθράκων. Αυτοί αναφέρονται ως αρωματικοί υδρογονάνθρακες λόγω της παρουσίας μιας χαρακτηριστικής οσμής. Ο λιγότερο περίπλοκος και πιο κοινός τύπος υδρογονάνθρακα είναι το βενζόλιο (C6H6). Το βενζόλιο μπορεί να βρεθεί σε πηγές καυσίμου όπως το πετρέλαιο, το ντίζελ και η κηροζίνη.
Ιδιότητες των υδρογονανθράκων
Φυσικές ιδιότητες:οι φυσικές ιδιότητες των αλκενίων και των αλκυνίων είναι παρόμοιες με εκείνες των αλκανίων ή των κυκλοαλκανίων που έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα. Τα αλκίνια έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού και τήξης από τα αλκένια και τα αλκάνια καθώς το ηλεκτρικό πεδίο ενός αλκυνίου μαζί με τα ασθενώς συγκρατημένα π ηλεκτρόνια του παραμορφώνονται ευκολότερα, οδηγώντας σε ισχυρότερες ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων. Η δύναμη έλξης είναι ισχυρότερη στα αλκίνια από τα αλκένια και τα αλκάνια.
Χημικές ιδιότητες:Τα αλκένια μπορούν να αντιδράσουν με μεγαλύτερη ποικιλία ενώσεων από τα αλκάνια. Τα αλκάνια υφίστανται υποκατάσταση ενώ τα αλκένια και τα αλκίνια υφίστανται αντιδράσεις προσθήκης.
Αντιδράσεις
Οι υδρογονάνθρακες υφίστανται κυρίως τρεις τύπους αντιδράσεων όπως:-
-
Αντίδραση υποκατάστασης:αυτές οι αντιδράσεις υφίστανται από αρωματικούς υδρογονάνθρακες όπως φαίνεται στην αντίδραση βενζολίου με αιθυλένιο για να σχηματιστεί αιθυλοβενζόλιο .
-
Αντίδραση προσθήκης:διαφορετικοί τύποι αλκενίων και αλκινίων προορίζονται να υποστούν αυτές τις αντιδράσεις στις οποίες διάφοροι τύποι αντιδραστηρίων Προστίθενται στους π δεσμούς αυτά τα αντιδραστήρια είναι όπως το HCl, το υδρογόνο και το χλώριο.
-
Αντίδραση καύσης:οι υδρογονάνθρακες κατά την καύση παράγουν θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οικιακές συσκευές θέρμανσης που χρησιμοποιούν πετρέλαιο και φυσικό αέριο.
Πηγές υδρογονανθράκων
Η ζωτική πηγή υδρογονανθράκων είναι τα ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Τα ορυκτά καύσιμα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια εκατοντάδων ετών, όταν νεκρά οργανικά υπολείμματα ζώων καλύφθηκαν με ιζήματα και διατηρήθηκαν υπό μεγάλη πίεση. Οι γιγάντιες φτέρες που βρέθηκαν σε αρχαίους βάλτους έχουν μετατραπεί σε κοιτάσματα άνθρακα. Νεκρά οργανικά υπολείμματα στις αρχαίες θάλασσες σχηματίζουν σιγά σιγά κοιτάσματα πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Χρήσεις υδρογονανθράκων
-
Η πιο κοινή χρήση υδρογονανθράκων είναι ως καύσιμα όπως το LPG (υγροποιημένο αέριο πετρελαίου) και το CNG (συμπιεσμένο φυσικό αέριο ).
-
Οι υδρογονάνθρακες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή διαφόρων τύπων πολυμερών όπως πολυαιθυλένιο και πολυστυρένιο.
-
Αυτές οι ενώσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην παρασκευή φαρμάκων και βαφών.
-
Οι υδρογονάνθρακες λειτουργούν ως λιπαντικό λάδι ή γράσο.
-
Η χρήση υδρογονανθράκων είναι επίσης πολύ γνωστή στη φύση, όπως φαίνεται στη βραζιλιάνικη μέλισσα χωρίς κεντρί που χρησιμοποιεί δερματικούς υδρογονάνθρακες π.χ. μυρωδιές» προκειμένου να προσδιοριστεί το συγγενικό από το μη συγγενικό.
-
Πολλές διαφορετικές βιομηχανίες χρησιμοποιούν αλειφατικούς υδρογονάνθρακες όπως βενζίνη, νάφθα και καύσιμα αεριωθουμένων.
