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Un puits de pétrole. Le pétrole brut est
un mélange naturel d'hydrocarbures |
Structure et
Conventions de nommage
La désignation
des hydrocarbures suit certaines conventions, bien que dans de nombreux cas,
les composés peuvent être mieux connus sous des noms anciens. Dans le système
moderne, la première partie du nom représente le nombre d'atomes de carbone
dans la molécule: dans l'ordre croissant, les huit premiers sont préfixés meth,
eth-prop, mais, refoulée, hexagonale, hept- et oct-. Les composés dans lesquels
les atomes de carbone sont tous reliés par des liaisons simples sont connus
collectivement comme les alcanes, et ont des noms se terminant par-ane. Par
conséquent, les huit premiers alcanes sont le méthane, l’éthane, le propane, le
butane, le pentane, l'hexane, l'heptane et l'octane.
Les atomes de
carbone peuvent également former des liaisons doubles ou triples avec un autre.
Les molécules qui ont des doubles liaisons sont connus comme les alcènes, et
ont des noms se terminant en-ène, tandis que ceux qui ont des liaisons triples
sont appelés alcynes, et ont des noms se terminant par-yne. Les molécules qui
n'ont que des liaisons simples contiennent le plus grand nombre possible
d'atomes d'hydrogène, et sont donc décrits comme saturé. Où il ya des liaisons
doubles ou triples, il y a moins de places disponibles pour l'hydrogène, de
sorte que ces composés sont décrits comme insaturé.
Pour donner un
exemple simple, l'éthane a deux atomes de carbone reliés par une liaison
simple, laissant chacun capable de se lier à trois atomes d'hydrogène, de sorte
que sa formule chimique est C 2 H 6, et il est un alcane. Dans l'éthène y est
une double liaison carbone-carbone, de sorte qu'il ne peut avoir quatre atomes
d'hydrogène, ce qui en fait un alcène de formule C 2 H 4. Éthyne a une triple
liaison, ce qui lui donne la formule C 2 H 2, et d'en faire un alcyne. Ce composé
est mieux connu comme l'acétylène.
Les atomes de
carbone peuvent également former des cycles. Alcanes avec des anneaux ont des
noms commençant par la cyclo-. Par conséquent, le cyclohexane est un alcane
avec six atomes de carbone reliés par des liaisons simples, de manière à former
un anneau. Une bague avec une alternance de liaisons simples et doubles est
également possible, et est connu comme un benzène anneau. Hydrocarbures
contenant un cycle de benzène sont connus comme aromatique, parce que beaucoup
d'entre eux sont à l'odeur agréable.
Certaines
molécules d'hydrocarbures ont des chaînes de cette branche. Butane, qui
consiste normalement en une seule chaîne, peut exister sous une forme où un
atome de carbone est lié à deux autres, formant une branche. Ces formes
alternatives d'une molécule sont connus comme des isomères. L'isomère ramifié
de butane est connu que l'isobutane.
Production
Essentiel de la
production d'hydrocarbures est de combustibles fossiles: charbon, pétrole, et
gaz naturel, qui sont extraits du sol en quantités de millions de tonnes par
jour. Le pétrole brut est principalement un mélange de plusieurs alcanes et
cycloalcanes différents, avec des composés aromatiques. Ceux-ci peuvent être
séparés les uns des autres dans les raffineries de pétrole par distillation, en
raison de leurs points d'ébullition différents. Un autre procédé qui est
utilisé est appelé «craquage»: catalyseurs sont utilisés pour rompre une partie
des molécules plus grosses en plus petites qui sont plus utiles en tant que
combustibles.
Propriétés
D'une manière
générale, la plus complexe d'un hydrocarbure est élevée, plus ses points de
fusion et d'ébullition. Par exemple, les types plus simples, tels que le
méthane, l'éthane et le propane, avec un, deux, et trois atomes de carbone,
respectivement, sont des gaz. De nombreuses formes sont des liquides: des
exemples sont l'hexane et l'octane. Les formes solides comprennent la cire de
paraffine - un mélange de molécules avec de 20 à quarante atomes de carbone, -
et de divers polymères constitués de chaînes de milliers d'atomes, tels que le
polyethylene.
Les propriétés
chimiques les plus remarquables d'hydrocarbures sont de leur inflammabilité et
leur capacité à former des polymères. Ceux qui sont des gaz ou des liquides vont
réagir avec l'oxygène de l'air, la production de dioxyde de carbone (CO 2) et
de l'eau, et de libérer de l'énergie sous forme de lumière et de chaleur.
Certains énergie doit être fournie pour démarrer la réaction, mais une fois
lancé, il est autonome: ces composés brûler, comme illustré par l'éclairage
d'une cuisinière à gaz avec une allumette ou d'une étincelle. Les formes
solides seront également brûler, mais moins facilement. Dans certains cas, la
totalité du carbone va former du CO 2; suie et de fumée peut être produite par
certains types quand ils brûlent dans l'air, et à un apport insuffisant
d'oxygène, tout hydrocarbure peut produire le gaz inodore toxique, le monoxyde
de carbone (CO ).
Utilisations
L'inflammabilité
des hydrocarbures rend très utiles comme combustibles, et ils sont la source
d'énergie primaire pour la civilisation d'aujourd'hui. Dans le monde, plus
l'électricité est produite par la combustion de ces composés, et ils sont
utilisés pour propulser pratiquement chaque machine mobile: voitures, camions,
trains, avions et navires. Ils sont également utilisés dans la fabrication de
nombreux autres produits chimiques et de matériaux. La plupart des matières
plastiques, par exemple, sont des polymères hydrocarbonés. D'autres utilisations
incluent les solvants, lubrifiants et carburants pour les aérosols.
Problèmes avec
les combustibles fossiles
Hydrocarbures
ont été une source de carburant très réussie au cours des deux cents dernières
années, mais il ya des appels croissants à l'échelle de retour de leur
utilisation. Leur combustion produit de la fumée et de la suie, causant des
problèmes graves de pollution dans certaines régions. Elle produit également de
grandes quantités de CO 2. Il est largement admis parmi les scientifiques que
les niveaux croissants de ce gaz dans l'atmosphère contribuent à retenir la
chaleur, une augmentation des températures mondiales et l'évolution du climat
de la Terre.
En outre, les
combustibles fossiles ne dureront pas éternellement. La combustion de
combustibles au rythme actuel, l'huile pourrait fonctionner en moins d'un
siècle et charbon à plusieurs siècles. Tout cela a conduit à des appels à
développer des sources d'énergie renouvelables comme l'énergie solaire et
éolienne, et la construction de centrales nucléaires, qui produisent plus de
zéro les émissions de CO 2. En 2007, le prix Nobel de la paix a été décerné à
l'ancien vice-président américain Al Gore et le Groupe d'experts
intergouvernemental des Nations Unies sur les changements climatiques pour leur
travail en confirmant et répandre le message que la combustion des
hydrocarbures est en grande partie responsable du réchauffement climatique.
