Hidrocarbonetos

Definição

Hidrocarboneto é um composto orgânico (como acetileno ou butano) contendo apenas carbono e hidrogênio e que geralmente ocorre em petróleo, gás natural, carvão e betume.

Os alcanos e alcenos são exemplos de séries homólogas. Uma série homóloga é um grupo de produtos químicos que possuem propriedades químicas semelhantes e podem ser representados por uma fórmula geral.

O que são

Os hidrocarbonetos são compostos químicos orgânicos que consistem inteiramente em carbono e hidrogênio, e variam de moléculas simples como o metano a polímeros como o poliestireno, que consiste em milhares de átomos.

A capacidade dos átomos de carbono de se ligarem fortemente permite-lhes formar uma variedade quase ilimitada de cadeias, anéis e outras estruturas que formam a espinha dorsal das moléculas orgânicas.

Como cada átomo pode formar quatro ligações, essa espinha dorsal incluem outros elementos, como o hidrogênio.

Os compostos são inflamáveis, pois os dois elementos que eles contêm se combinam facilmente com o oxigênio no ar, liberando energia.

Combustíveis fósseis, como petróleo e gás natural, são misturas naturais de hidrocarbonetos; o carvão também contém alguns, embora seja principalmente apenas carbono.

Convenções de estrutura e nomeação

A nomeação de hidrocarbonetos segue certas convenções, embora em muitos casos, os compostos possam ser mais conhecidos sob nomes antigos.

No sistema moderno, a primeira parte do nome representa o número de átomos de carbono na molécula: em sequência ascendente, os oito primeiros são prefixados met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- e outubro.

Os compostos em que os carbonos estão unidos por ligações simples são conhecidos coletivamente como alcanos e têm nomes que terminam em –ano. Portanto, os oito primeiros alcanos são metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano e octano.

Os átomos de carbono também podem formar ligações duplas ou triplas entre si.

As moléculas que possuem ligações duplas são conhecidas como alcenos e têm nomes terminados em –ene, enquanto as que têm ligações triplas são chamadas alcinos e nomes terminados em –yne.

Moléculas que possuem apenas ligações únicas contêm o número máximo possível de átomos de hidrogênio e, portanto, são descritas como saturadas. Onde existem ligações duplas ou triplas, há menos locais disponíveis para o hidrogênio, portanto esses compostos são descritos como insaturados.

Para dar um exemplo simples, o etano tem dois carbonos unidos por uma ligação simples, deixando cada um capaz de se ligar a três átomos de hidrogênio; portanto, sua fórmula química é C₂H₆ e é um alcano.

No eteno, existe uma ligação dupla carbono-carbono, portanto, ele pode ter apenas quatro hidrogênios, tornando-o um alceno com a fórmula C₂H₄. Ethyne tem uma ligação tripla, dando a fórmula C₂H₂ e tornando-o um alcino.

Este composto é mais conhecido como acetileno.

Os átomos de carbono também podem formar anéis. Alcanos com anéis têm nomes começando com ciclo-.

Portanto, o ciclohexano é um alcano com seis átomos de carbono unidos por ligações simples, de modo a formar um anel.

Um anel com ligações simples e duplas alternadas também é possível e é conhecido como anel de benzeno.

Os hidrocarbonetos que contêm um anel de benzeno são conhecidos como aromáticos, porque muitos deles têm um cheiro agradável.

Algumas moléculas de hidrocarbonetos têm cadeias que se ramificam. O butano, que normalmente consiste em uma única cadeia, pode existir em uma forma em que um átomo de carbono está ligado a outros dois, formando um ramo.

Essas formas alternativas de uma molécula são conhecidas como isômeros. O isômero ramificado de butano é conhecido como isobutano.

Produção

A maior parte da produção de hidrocarbonetos é proveniente de combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás natural, extraídos do solo em quantidades de milhões de toneladas por dia.

O petróleo bruto é principalmente uma mistura de muitos alcanos e cicloalcanos diferentes, com alguns compostos aromáticos. Estes podem ser separados nas refinarias de petróleo por destilação, devido aos seus diferentes pontos de ebulição.

Outro processo usado é conhecido como “craqueamento”: os catalisadores são empregados para quebrar algumas das moléculas maiores em pequenas, que são mais úteis como combustíveis.

Propriedades

De um modo geral, quanto mais complexo é um hidrocarboneto, maiores são seus pontos de fusão e ebulição. Por exemplo, os tipos mais simples, como metano, etano e propano, com um, dois e três carbonos, respectivamente, são gases.

Muitas formas são líquidas: exemplos são hexano e octano.

As formas sólidas incluem cera de parafina – uma mistura de moléculas com entre 20 e quarenta átomos de carbono – e vários polímeros constituídos por cadeias de milhares de átomos, como o polietileno.

As propriedades químicas mais notáveis dos hidrocarbonetos são a inflamabilidade e a capacidade de formar polímeros.

Aqueles que são gases ou líquidos reagirão com o oxigênio no ar, produzindo dióxido de carbono (CO₂) e água e liberando energia na forma de luz e calor.

Alguma energia deve ser fornecida para iniciar a reação, mas, uma vez iniciada, é autossustentável: esses compostos queimam, conforme ilustrado pela iluminação de um fogão a gás com fósforo ou faísca.

Formas sólidas também serão queimadas, mas com menos facilidade.

Em alguns casos, nem todo o carbono formará CO₂; fuligem e fumaça podem ser produzidos por alguns tipos quando queimam no ar e, com um suprimento insuficiente de oxigênio, qualquer hidrocarboneto pode produzir o gás tóxico e inodoro, o monóxido de carbono (CO).

Usos

A inflamabilidade dos hidrocarbonetos os torna muito úteis como combustíveis e são a principal fonte de energia da civilização de hoje.

Em todo o mundo, a maior parte da eletricidade é gerada pela queima desses compostos e eles são usados para impulsionar praticamente todas as máquinas móveis: carros, caminhões, trens, aviões e navios.

Eles também são usados na fabricação de muitos outros produtos químicos e materiais.

A maioria dos plásticos, por exemplo, são polímeros de hidrocarbonetos. Outros usos incluem solventes, lubrificantes e propulsores para latas de aerossol.

Problemas com combustíveis fósseis

Os hidrocarbonetos têm sido uma fonte de combustível muito bem-sucedida nos últimos duzentos anos, mas há cada vez mais pedidos para reduzir seu uso. Sua combustão produz fumaça e fuligem, causando sérios problemas de poluição em algumas áreas. Também produz grandes quantidades de CO₂.

Existe um amplo consenso entre os cientistas de que o aumento dos níveis desse gás na atmosfera está ajudando a reter o calor, elevando as temperaturas globais e alterando o clima da Terra.

Além disso, os combustíveis fósseis não durarão para sempre. Queimando combustível na taxa atual, o petróleo pode acabar em menos de um século e o carvão em vários séculos.

Tudo isso levou a apelos ao desenvolvimento de fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, e à construção de mais usinas nucleares, que produzem zero emissões de CO₂.

O que é um hidrocarboneto?

Um hidrocarboneto é uma molécula composta apenas de átomos de hidrogênio e carbono. Essas moléculas são tradicionalmente um importante foco de estudo em química orgânica, o ramo da química que se concentra em compostos químicos que envolvem carbono. Eles podem ser descritos como puros ou impuros.

Um hidrocarboneto puro é verdadeiramente composto apenas de átomos de carbono e hidrogênio, enquanto um impuro contém átomos de carbono e hidrogênio ligados a outros átomos, como nitrogênio ou enxofre.

Existem muitas formas diferentes de hidrocarbonetos, baseadas no número e disposição dos átomos. Algumas moléculas são simplesmente longas cadeias de carbono e hidrogênio que podem conter centenas de átomos, enquanto outras são organizadas em anéis elaborados e outras formas. Até as ligações entre átomos individuais nas moléculas orgânicas podem ser diferentes umas das outras e muitos átomos são unidos por múltiplas ligações.

Algumas moléculas orgânicas, como os ácidos graxos, são classificadas como saturadas ou insaturadas, com base no número de ligações entre os átomos.

Embora existam muitos usos diferentes para essas moléculas, os combustíveis são de longe os mais prevalentes.

As ligações em muitos hidrocarbonetos contêm uma quantidade significativa de energia que pode ser liberada quando são queimadas.

Os combustíveis fósseis são compostos de matéria orgânica em decomposição, composta em grande parte por moléculas compostas de hidrogênio e carbono. Infelizmente, os combustíveis fósseis, como o carvão, são considerados recursos não renováveis, uma vez que a matéria orgânica pode levar milhões de anos para se decompor.

A queima desses combustíveis também libera gases na atmosfera que podem ser prejudiciais ao meio ambiente e aos seres humanos.

Os combustíveis fósseis de hidrocarbonetos têm duas formas principais: combustíveis líquidos, conhecidos como petróleo ou óleo mineral, e combustíveis fósseis gasosos, conhecidos como gás natural.

O carvão é um combustível fóssil sólido.

Todos são muito importantes devido ao seu alto teor de energia, mas nenhum é renovável, pois todos são formados por decomposição. Como tal, os cientistas estão sempre buscando alternativas à energia de combustíveis fósseis, como energia eólica ou solar.

O número de átomos e ligações incluídas em um determinado hidrocarboneto geralmente está intimamente relacionado ao seu uso. Aqueles com poucos átomos e ligações raramente são usados para mais do que simples combustíveis de aquecimento ou de cozinha, enquanto moléculas maiores são usadas para combustíveis diesel e até para jatos.

Algumas dessas moléculas também podem ser usadas como lubrificantes, embora compartilhem muitas características comuns com os combustíveis.

Modelo de bola e bastão da molécula de metano, CH₄. O metano faz parte de uma série homóloga conhecida como alcanos, que contém apenas ligações simples

Fonte: opentextbc.ca/www.gcesystems.com/butane.chem.uiuc.edu/www.wisegeek.org/chemistry.elmhurst.edu/chem.libretexts.org/chemed.chem.purdue.edu