هیدروکربن ها

در مطلب قبلی در رابطه با تیتراسیون صحبت کردیم و در این مطلب از شرکت دایا اکسیر فروش مواد شیمیایی آزمایشگاهی، می خواهیم به بررسی هیدروکربن ها بپردازیم.

هیدروکربن 

هیدروکربن مولکولی است که فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده است. هیدروکربن ها ساده ترین مولکول های آلی و اجزای سازنده شیمی آلی هستند. آنها در گاز طبیعی، نفت و زغال سنگ یافت می شوند.

 

انواع هیدروکربن

دو نوع هیدروکربن وجود دارد: آلکان ها و آلکن ها.

آلکان ها

آلکان ها هیدروکربن هایی هستند که فقط از اتم های کربن و هیدروژن و پیوندهای منفرد تشکیل شده اند بنابراین هیدروکربن اشباع نامیده می شوند. ساده ترین آلکان، متانCH4  است. آلکان ها عموماً واکنش پذیر نیستند.

آلکن ها

آلکن ها هیدروکربن هایی هستند که از اتم های کربن و هیدروژن تشکیل شده اند و همچنین حاوی حداقل یک پیوند دوگانه هستند. آلکن ها را هیدروکربن غیر اشباع نیز می نامند. ساده ترین آلکن، اتیلن C2H4 است. آلکن ها واکنش پذیرتر از آلکان ها هستند.

 

تعداد ترکیبات آلی که در اطراف ما و در محیط ما وجود دارند بی نهایت است. کربن می تواند چهار پیوند قوی ایجاد کند که به نوبه خود منجر به تشکیل ساختارهای زنجیره ای و حلقه ای می شود. همانطور که از نام آن مشخص است، هیدروکربن ترکیبات آلی هیدروژن و کربن هستند.

اگرچه هیدروکربن‌ها فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند، اما به اشکال مختلفی وجود دارند. این تنوع را می توان به این دلیل نسبت داد که هیدروکربن ها به شکل ترکیبات خطی، ساختارهای زنجیره ای شاخه دار و اشکال حلقه ای وجود دارند.

هیدروکربن ها در نفت خام، زغال سنگ، گاز طبیعی و سایر منابع انرژی وجود دارند.
هیدروکربن ها هرگز فرصتی جهت ایفای نقش در زندگی روزمره ما را از دست نمی دهند. سوخت هایی مانند CNG و LPG  که ما به عنوان منابع انرژی از آنها استفاده می کنیم چیزی جز مخلوطی از هیدروکربن ها نیستند.

هیدروکربن را می توان بسته به نوع پیوندهای کربن-کربن موجود  به سه نوع طبقه بندی کرد:

1. هیدروکربن اشباع شده
   هیدروکربن های اشباع فقط حاوی پیوندهای منفرد کربن-کربن و کربن-هیدروژن هستند. آنها شامل ساختارهای زنجیره ای باز و همچنین ساختارهای حلقه بسته هستند.
   آلکان ها و سیکلوآلکان ها نمونه هایی از هیدروکربن های اشباع هستند که با پیوستن اتم های کربن مختلف و تشکیل یک زنجیره باز یا ساختار حلقه ای تشکیل می شوند.

 

2. هیدروکربن غیر اشباع
   هیدروکربن های غیر اشباع حاوی پیوندهای متعدد هستند. کربن با دیگر اتم های کربن پیوندهای دو یا سه گانه ایجاد می کند. هیدروکربن های غیر اشباع دو نوع هستند. آلکن (حاوی پیوندهای دوگانه) و آلکینها (حاوی پیوندهای سه گانه).

 

3. هیدروکربن های حلقوی
   این نوع هیدروکربن ها ترکیباتی هستند که حاوی یک یا چند حلقه بنزن میباشند.

 

نمونه هایی از هیدروکربن ها

هیدروکربن ها در سه نوع آلکان، آلکن و آلکین وجود دارند.

هیدروکربن های اشباع شده با آلکان که فرمول کلی آنها Cn H 2n+2 است. بنابراین آنها فقط از اتم های کربن و هیدروژن تشکیل شده اند و ساده ترین ساختار ممکن را دارند. ساده ترین آلکان، متان CH4 است.

آلکن ها هیدروکربن های اشباع نشده ای هستند که فرمول کلی آنها Cn H2n است. آنها حاوی حداقل یک پیوند دوگانه کربن-کربن هستند. ساده ترین آلکن اتن C2 H4 است.

آلکین ها هیدروکربن های اشباع نشده ای هستند که فرمول کلی CnH2n-2 دارند. آنها حاوی حداقل یک پیوند سه گانه کربن-کربن هستند. ساده ترین آلکین، استیلن C2H2 است.

 

آلکان ها از مهم ترین و پرکاربرد ترین هیدروکربن ها میباشند که در ادامه به معرفی بیشتر آن میپردازیم.

درباره آلکان ها

آلکان ها هیدروکربن های اشباع شده هستند و فقط دارای پیوند کربن-کربن منفرد هستند. متان ساده ترین و رایج ترین هیدروکربن اشباع است.

جایگزینی یکی از هیدروژن های متان با گروه متیل دیگری (-CH3) منجر به تشکیل آلکان دیگری به نام اتان می شود.
جایگزینی یکی از هیدروژن های متان با گروه متیل دیگری (-CH3) به تشکیل آلکان دیگری به نام اتان می شود.
ساده ترین آلکان ها متان، اتان و پروپان هستند.

خواص فیزیکی آلکان ها

چهار عضو اول (C1 تا C4) گازهای بی رنگ هستند در حالی که سیزده عضو بعدی (C5 تا C17) مایعات بی رنگ و اعضای بالاتر جامدات بی رنگ هستند. توضیح احتمالی این پدیده در این واقعیت نهفته است که با افزایش جرم مولکولی، قدرت نیروی واندروالس نیز افزایش می یابدکه به نوبه خود منجر به ایجاد ساختاری مستحکم می شود.

با افزایش جرم مولکولی آلکان ها، نقطه جوش آلکان ها نیز افزایش می یابد. به طور متوسط، هر گروه -CH2 نقطه جوش را ۲۰-۳۰ درجه کلوین افزایش می دهد.
افزایش جرم مولکولی باعث افزایش اندازه مولکول و به نوبه خود منجر به افزایش سطح مولکول می شود. بنابراین، نیروهای جاذبه واندروال افزایش می یابد.

نقطه ذوب آلکان ها با افزایش اندازه مولکولی تغییر نامنظمی را نشان می دهد. آلکان‌هایی که تعداد اتم‌های کربن زوج دارند، نقطه ذوب بالاتری نسبت به آلکان‌های پایین‌تر بعدی با تعداد فرد اتم‌های کربن دارند. این به عنوان اثر جایگزین شناخته می شود.

آلکان‌هایی که تعداد اتم‌های کربن زوج دارند، نقطه ذوب بالاتری دارند، زیرا چنین آلکان‌هایی به خوبی در شبکه بلوری قرار می‌گیرند و متقارن‌تر هستند بنابراین انرژی بیشتری برای شکستن آنها لازم است.

آلکان ها در طبیعت غیر قطبی هستند و فقط در حلال های غیر قطبی، محلول و در حلال های قطبی مانند آب نامحلول هستند.

خواص شیمیایی آلکان ها

1. واکنش های جانشینی: در واکنش های جانشینی، هالوژن ها، گروه نیترو و گروه اسید سولفونیک جایگزین یک یا چند هیدروژن از آلکان ها می شوند.
2. ایزومریزاسیون: فرآیند تبدیل یک ایزومر به ایزومر دیگر را ایزومریزاسیون می گویند.
3. احتراق (اکسیداسیون کامل): آلکان ها در احتراق کامل منجر به تشکیل CO2 و H2O می شوند.

 

کاربردهای هیدروکربن

کاربردهای زیادی برای هیدروکربن ها وجود دارد. برخی از این مصارف برای انرژی است، مانند بنزین و سوخت دیزل.

از هیدروکربن ها برای ساخت پلاستیک ها مانند پلی اتیلن و پلی پروپیلن و همچنین در تولید مواد شیمیایی مانند اتانول و متانول نیز استفاده می شود.

همچنین برخی دیگر از کاربرد های آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

گاز و سوخت طبیعی: بیشتر منابع سوخت طبیعی که در زندگی روزمره خود استفاده می کنیم، فقط هیدروکربن ها هستند.

پلاستیک: مواد پلاستیکی که ما در زندگی روزمره خود استفاده می کنیم، زنجیره طولانی مونومرهایی هستند که از مواد پتروشیمی تشکیل می شوند. پتروشیمی ها هیدروکربن هایی با ترکیب شیمیایی متفاوت هستند.

پارافین: این ماده در موم های به کار رفته در تشکیل شمع ها و همچنین برای مصارف پزشکی و صنعتی استفاده می شود که حاوی هیدروکربن است.

آسفالت: آسفالت هنگام گرم شدن قیر تشکیل می شود که یک عنصر کلیدی صنعتی است و به طور گسترده در ساخت و ساز جاده ها کاربرد دارد.

داروسازی: هیدروکربن ها در ساخت داروها نیز به کار می روند.

در این مطلب از  شرکت دایا اکسیر  مرکز فروش مواد شیمیایی در تهران در مورد انواع هیدروکربن و کاربرد های آن به تفصیل صحبت کردیم.