Węglowodory – definicja, rodzaje, wzory, zadania

Węglowodory - definicja, wzory

Węglowodorami nazywane są związki chemiczne, składające się z węgla i wodoru, opisywane ogólnym wzorem sumarycznym C_xH_y. W tym wzorze, x może przyjmować dowolne wartości całkowite większe lub równe 1, natomiast wartość y jest całkowita i zależy od sposobu połączenia atomów węgla w danym związku. Dla węglowodorów nasyconych (zawierających tylko pojedyncze wiązania węgiel - węgiel) jest ona zawsze większa od liczby atomów węgla, natomiast dla węglowodorów nienasyconych (zawierających podwójne i potrójne wiązania węgiel – węgiel) może być większa lub mniejsza, zależnie od liczby wiązań wielokrotnych i pierścieni w cząsteczce. Zależnie od liczby atomów węgla, węglowodory mogą być gazami (1 – 4 atomy węgla), cieczami (5 – 17 atomów węgla) lub ciałami stałymi (18 i więcej atomów węgla). Węglowodory spalają się na powietrzu, tworząc dwutlenek węgla i wodę, proces spalania może zachodzić wybuchowo (szczególnie dla prostych, lekkich węglowodorów takich jak metan) lub spokojnie (dla ciężkich, bardziej złożonych związków). Spalanie węglowodorów opisane jest szczegółowo w dalszym podrozdziale.

Węglowodory - występowanie i otrzymywanie

W przyrodzie węglowodory występują głównie w postaci złóż ropy naftowej i gazu ziemnego (szczegółowo opisane dalej), z których są najczęściej pozyskiwane. Przemysłowo, możliwe jest otrzymywanie węglowodorów z węgla kamiennego. Pierwszym etapem tego procesu jest reakcja zgazowania węgla, w której powstaje tzw. gaz syntezowy (mieszanina CO i H₂), który jest przekształcany w mieszaninę węglowodorów w procesie Fischera-Tropscha.

Węglowodory - podział, rodzaje

Węglowodory można podzielić na kategorie według różnych właściwości, najważniejsze kryteria to:

- obecność wiązań wielokrotnych:

Węglowodory niezawierające wielokrotnych (podwójnych i potrójnych) nazywamy węglowodorami nasyconymi (alkanami). Są one opisane w jednym z dalszych podrozdziałów. Węglowodory zawierające wielokrotne wiązania węgiel - węgiel nazywamy węglowodorami nienasyconymi. Węglowodory nienasycone zawierające wiązania podwójne to alkeny (olefiny), natomiast węglowodory zawierające wiązania potrójne to alkiny (omówione w dalszych tekstach).

- obecność pierścieni

Względem obecności pierścieni węglowodory dzielimy na łańcuchowe (niezawierające pierścieni) i cykliczne (zawierające pierścienie).

- aromatyczność

Węglowodory możemy również podzielić ze względu aromatyczność, na węglowodory aromatyczne i alifatyczne (nie-aromatyczne). Do węglowodorów alifatycznych zalicza się między innymi wszystkie węglowodory nasycone oraz węglowodory nienasycone, które nie zawierają wiązań sprzężonych. Związki aromatyczne zawierają w cząsteczce płaski pierścień tworzony przez sprzężone wiązania wielokrotne tak jak na przykład benzen (na rys. 1). Węglowodory aromatyczne oraz zjawisko aromatyczności są opisane szerzej w dalszych tekstach.

Węglowodory - zastosowanie

Węglowodory znajdują szereg zastosowań. Proste węglowodory stosowane są jako paliwa, w postaci benzyny, oleju napędowego, oleju opałowego, propanu-butanu (LPG) oraz gazu ziemnego (metan). Cięższe węglowodory mogą być używane jako smary lub do produkcji lżejszych węglowodorów w procesie krakingu. Bardzo ważne zastosowanie węglowodorów, szczególnie prostych węglowodorów nienasyconych – etenu (etylenu) i propenu (propylenu), to produkcja tworzyw sztucznych – polimerów takich jak np. polietylen (PET) czy polipropylen (PP). Węglowodory stanowią również materiały wyjściowe do syntezy szeregu różnych związków organicznych takich jak np. leki, pestycydy, barwniki, czy dodatki do żywności – słodziki i konserwanty.

Węglowodory - zadania

1. Najprostszym węglowodorem jest metan, o wzorze sumarycznym CH₄. Czy jest on węglowodorem nienasyconym? – odpowiedź uzasadnij.

2. Czy może istnieć nasycony węglowodór aromatyczny? – odpowiedź uzasadnij

3. Podaj przykład pierścieniowego węglowodoru nienasyconego.