Ogljikovodiki so organske kemične spojine, ki so v celoti sestavljene iz ogljika in vodika in segajo od preprostih molekul, kot je metan, do polimerov, kot je polistiren, ki je sestavljen iz tisoč atomov. Sposobnost ogljikovih atomov, da se močno vežejo drug na drugega, jim omogoča, da tvorijo skoraj neomejeno vrsto verig, obročev in drugih struktur, ki tvorijo hrbtenico organskih molekul. Ker lahko vsak atom tvori štiri vezi, te hrbtenice vključujejo druge elemente, kot je vodik. Spojine so vnetljive, saj se oba elementa, ki jih vsebujeta, zlahka združita s kisikom v zraku in sproščata energijo. Fosilna goriva, kot sta nafta in zemeljski plin, so naravno prisotne mešanice ogljikovodikov; nekaj vsebuje tudi premog, čeprav je večinoma le ogljik.
Struktura in konvencije o poimenovanju
Poimenovanje ogljikovodikov sledi določenim konvencijam, čeprav so v mnogih primerih spojine morda bolje poznane pod starejšimi imeni. V sodobnem sistemu prvi del imena predstavlja število ogljikovih atomov v molekuli: v naraščajočem zaporedju je prvih osem s predpono met-, eth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- in oktober-. Spojine, pri katerih so vsi ogljiki združeni z enojnimi vezmi, so skupaj znane kot alkani in imajo imena, ki se končajo na –an. Zato je prvih osem alkanov metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan in oktan.
Ogljikovi atomi lahko med seboj tvorijo tudi dvojne ali trojne vezi. Molekule, ki imajo dvojne vezi, so znane kot alkeni in imajo imena, ki se končajo na –ene, medtem ko se tiste, ki imajo trojne vezi, imenujejo alkini in imajo imena, ki se končajo na –yne. Molekule, ki imajo samo enojne vezi, vsebujejo največje možno število vodikovih atomov in so zato opisane kot nasičene. Kjer so dvojne ali trojne vezi, je na voljo manj mest za vodik, zato so te spojine opisane kot nenasičene.
Če navedemo preprost primer, ima etan dva ogljika, ki sta povezana z enojno vezjo, tako da se lahko vsak veže na tri vodikove atome, zato je njegova kemična formula C2H6 in je alkan. V etenu je dvojna vez ogljik-ogljik, tako da ima lahko le štiri vodike, zaradi česar je alken s formulo C2H4. Etin ima trojno vez, ki mu daje formulo C2H2 in ga naredi alkin. Ta spojina je bolj znana kot acetilen.
Ogljikovi atomi lahko tvorijo tudi obroče. Alkani z obroči imajo imena, ki se začnejo s ciklo-. Zato je cikloheksan alkan s šestimi ogljikovimi atomi, ki so povezani z enojnimi vezmi tako, da tvorijo obroč. Možen je tudi obroč z izmeničnimi enojnimi in dvojnimi vezmi in je znan kot benzenski obroč. Ogljikovodiki, ki vsebujejo benzenski obroč, so znani kot aromatični, ker so mnogi od njih prijetnega vonja.
Nekatere molekule ogljikovodikov imajo verige, ki se razvejajo. Butan, ki je običajno sestavljen iz ene verige, lahko obstaja v obliki, kjer je en atom ogljika vezan na dva druga in tvori vejo. Te alternativne oblike molekule so znane kot izomeri. Razvejen izomer butana je znan kot izobutan.
proizvodnja
Večina proizvodnje ogljikovodikov je iz fosilnih goriv: premoga, nafte in zemeljskega plina, ki se pridobivajo iz zemlje v količinah milijone ton na dan. Surova nafta je večinoma mešanica številnih različnih alkanov in cikloalkanov z nekaterimi aromatičnimi spojinami. V rafinerijah nafte jih je mogoče zaradi različnih vrelišč med seboj ločiti z destilacijo. Drug postopek, ki se uporablja, je znan kot “kreking”: katalizatorji se uporabljajo za razbijanje nekaterih večjih molekul na manjše, ki so bolj uporabne kot goriva.
Nepremičnine
Na splošno velja, da bolj kompleksen je ogljikovodik, višje je njegovo tališče in vrelišče. Na primer, enostavnejše vrste, kot so metan, etan in propan, z enim, dvema oziroma tremi ogljiki, so plini. Številne oblike so tekočine: primera sta heksan in oktan. Trdne oblike vključujejo parafinski vosek – mešanico molekul z med 20 in štiridesetimi atomi ogljika – in različne polimere, sestavljene iz verig tisočih atomov, kot je polietilen.
Najpomembnejše kemične lastnosti ogljikovodikov so njihova vnetljivost in sposobnost tvorbe polimerov. Tisti, ki so plini ali tekočine, bodo reagirali s kisikom v zraku, pri čemer nastajajo ogljikov dioksid (CO2) in voda ter sproščajo energija v obliki svetlobe in toplote. Za začetek reakcije je treba zagotoviti nekaj energije, a ko se začne, je samozadostna: te spojine bodo gorele, kot je prikazano s prižigom plinske kuhalne plošče z vžigalico ali iskro. Trdne oblike bodo tudi gorele, vendar manj zlahka. V nekaterih primerih ne bo ves ogljik tvoril CO2; Nekatere vrste lahko proizvajajo saje in dim, ko gorijo na zraku, pri nezadostni oskrbi s kisikom pa lahko vsak ogljikovodik proizvede strupen plin brez vonja, ogljikov monoksid (CO).
uporabljate
Zaradi vnetljivosti ogljikovodikov so zelo uporabni kot goriva in so primarni vir energije za današnjo civilizacijo. Po vsem svetu se večina električne energije proizvede s sežiganjem teh spojin, ki se uporabljajo za pogon skoraj vseh mobilnih strojev: avtomobilov, tovornjakov, vlakov, letal in ladij. Uporabljajo se tudi pri proizvodnji številnih drugih kemikalij in materialov. Večina plastike je na primer ogljikovodikovih polimerov. Druge uporabe vključujejo topila, maziva in pogonska sredstva za aerosolne pločevinke.
Težave s fosilnimi gorivi
Ogljikovodiki so bili v zadnjih dvesto letih zelo uspešen vir goriva, vendar se vse pogosteje poziva k zmanjšanju njihove uporabe. Njihovo zgorevanje proizvaja dim in saje, kar povzroča resne težave z onesnaževanjem na nekaterih območjih. Prav tako proizvaja velike količine CO2. Znanstveniki se strinjajo, da naraščajoče ravni tega plina v ozračju prispevajo k ujetju toplote, zvišujejo globalne temperature in spreminjajo podnebje na Zemlji.
Poleg tega fosilna goriva ne bodo večna. Če gorivo gori s sedanjo hitrostjo, bi nafte lahko zmanjkalo v manj kot stoletju, premog pa v nekaj stoletjih. Vse to je privedlo do pozivov k razvoju obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, ter gradnji več jedrskih elektrarn, ki ne proizvajajo emisij CO2. Leta 2007 so Nobelovo nagrado za mir prejeli nekdanji podpredsednik ZDA Al Gore in Medvladni odbor ZN za podnebne spremembe za njihovo delo pri potrditvi in širjenju sporočila, da je izgorevanje ogljikovodikov v veliki meri odgovorno za globalno segrevanje.