Hidrocarburos Alifáticos: Alcanos, Alquenos y Alquinos
Propiedades y Usos
Los **alquenos** y **alquinos** tienen propiedades parecidas a las de los alcanos. Los alquenos son utilizados en la fabricación de **polímeros**, los cuales dan origen a plásticos. Los alquinos tienen su principal uso en las **soldaduras con soplete**.
Fórmulas Generales
La fórmula general para cada tipo de hidrocarburo es:
- Alcanos: (CnH2n+2)
- Alquenos: (CnH2n)
- Alquinos: (CnH2n-2)
Hidrocarburos Ramificados
Para numerar la cadena principal se comienza por el extremo más cercano al **doble o triple enlace**.
Isomería en Compuestos Carbonados
Definición de Isómeros
Los **isómeros** son compuestos carbonados que tienen la característica de presentar la misma **fórmula molecular**, pero son sustancias con propiedades químicas y físicas distintas.
Tipos de Isomería
Isomería de Cadena
La diferencia radica en la ubicación de los carbonos.
Isomería de Posición
La diferencia radica en la ubicación del **grupo funcional** (doble o triple enlace).
Estereoisomería
Ambas sustancias tienen la misma estructura, pero sus átomos tienen distinta distribución en el espacio.
Isomería Geométrica
Es propia de los alquenos, con sustituyentes distintos a cada lado del enlace doble.
- Cis: Los sustituyentes iguales a cada lado del enlace doble se encuentran en la **misma zona** respecto del plano carbono-carbono.
- Trans: Los sustituyentes se encuentran por **encima y por debajo** de este plano.
Reacciones Químicas de Hidrocarburos
Los alcanos, alquenos y alquinos son poco reactivos, pero bajo ciertas condiciones pueden combinarse con otros átomos o grupos de átomos. Lo hacen por mecanismos propios que los caracterizan. Estas reacciones se denominan **sustitución** y **adición**.
Reacciones de Sustitución (Alcanos)
La reacción más importante es la **halogenación**, en la cual se incorpora a la cadena carbonada un átomo de un elemento halógeno (elementos que pertenecen al grupo 17 de la tabla periódica). Consiste en la sustitución de uno de los hidrógenos del extremo de la cadena por un átomo del halógeno.
Reacciones de Adición (Alquenos y Alquinos)
Ocurren en el enlace doble o triple. De las dos o tres uniones, una es más fuerte y se denomina enlace **sigma** (σ); los restantes enlaces **pi** (π) son más débiles. El enlace más débil se rompe y quedan libres los pares de electrones que lo conforman. Luego, estos se enlazan de manera covalente con los electrones que quedan libres de otro enlace roto. Se generan así nuevas uniones más fuertes y estables.
Combustibles Fósiles y Fuentes de Energía
Definición y Origen
Los **combustibles fósiles** son sustancias químicas que arden fácilmente y, al hacerlo, liberan energía. La civilización los utiliza como su principal fuente de energía. Estos son el **carbón**, el **petróleo** y el **gas natural**. Se formaron a partir de restos de **seres vivos** que sufrieron transformaciones fisicoquímicas, sometidos a altas presiones y temperaturas durante millones de años. Su composición química está formada por moléculas compuestas por átomos de carbono unidos entre sí y a átomos de hidrógeno. Pueden aparecer en la superficie de la tierra o en el subsuelo y en diferentes estados. El petróleo es una mezcla homogénea. También se utilizan en la elaboración de materiales.
La Era de los Combustibles Fósiles
La era de los combustibles fósiles se consolidó en la segunda fase de la **Revolución Industrial**, en la que los CF, especialmente el carbón, aportaron energía primaria a casi todos los procesos industriales. Esta tendencia disminuyó en la Segunda Guerra Mundial y comenzó a usarse más el petróleo.
Alternativas Energéticas
Existen otras fuentes de energía menos contaminantes que pueden regenerarse en menos tiempo (año y medio), como el **sol**, el **viento**, el movimiento del agua, la **energía geotérmica** y el **hidrógeno**. Sin embargo, los combustibles fósiles son los más utilizados en la actualidad.
El Petróleo y sus Derivados
Características del Petróleo Crudo
El **petróleo** es una mezcla de muchos hidrocarburos y se lo encuentra junto al gas natural. Su densidad puede ser de 0,75 a 1,1 g/ml. El petróleo extraído del yacimiento se llama **crudo**.
La Nafta (Gasolina)
La **nafta** es el derivado más importante del petróleo debido a su gran utilización en los medios de transporte. Consiste en una mezcla de hidrocarburos líquidos con entre 5 y 12 átomos de carbono por molécula. Se obtiene de un método llamado **craqueo**.
El Octanaje y la Detonación
En un motor de combustión, el movimiento se produce debido a una serie de explosiones secuenciadas dentro de los pistones. Los pistones se encuentran en compartimentos que se llenan de aire y nafta. La nafta reacciona con el oxígeno del aire, pero para que eso suceda necesita cierta energía que se genera con una chispa eléctrica que se produce al girar la llave que enciende el motor (**detonación**). Además, el aire y la nafta deben comprimirse. Cuando se genera la explosión por la combustión de la nafta, el pistón se expande y empuja una serie de componentes del motor que se mueven y hacen que giren las ruedas (si la explosión se produce antes de tiempo, el motor funciona mal).
La velocidad de detonación de la nafta depende de la estructura de los hidrocarburos que la componen. Los hidrocarburos de cadenas lineales detonan muy rápido, y los de cadenas ramificadas lo hacen de forma lenta (mayor **poder antidetonante**). Cuanto mayor es el **octanaje**, más se puede comprimir la nafta sin que explote antes de tiempo, con lo que el motor funciona mejor. El **isooctano** es un hidrocarburo ramificado y, por lo tanto, otorga mayor octanaje a una mezcla de nafta.
El Gas Natural
El **gas** se encuentra en los yacimientos acompañando al petróleo. Puede estar solo, en depósitos gasíferos. Se utiliza como **combustible**, para cocción y calefacción, y también como materia prima. Algunas de sus fracciones se usan como gas, pero otras para la fabricación de plásticos.
Hidrocarburos Cíclicos y Aromáticos
Cicloalcanos y Cicloalquenos
Los hidrocarburos cíclicos son cadenas cerradas en forma de ciclo. Los **cicloalcanos** contienen enlaces simples y los **cicloalquenos** contienen enlaces dobles.
El Benceno
El **benceno** (fórmula C6H6) es uno de los compuestos más usados debido a que es la materia prima de la industria de los plásticos, tinturas, detergentes, etc. Presenta una estructura de seis átomos de carbono, unidos entre sí por enlaces covalentes que no son ni simples ni dobles, sino que varían alrededor del anillo. Se lo representa como un hexágono con un círculo que representa que los enlaces dobles no tienen una posición determinada.
Hidrocarburos Aromáticos
Los **hidrocarburos aromáticos** son un grupo de compuestos que derivan del benceno y tienen una estructura y propiedades químicas y físicas similares a este. Están formados por uno o más anillos aromáticos. A pesar de tener dobles enlaces, son compuestos muy estables. Esta estabilidad se debe a la **deslocalización de los electrones** que forman los enlaces dobles. El benceno es un subproducto de la petroquímica. Los más utilizados son el **tolueno**, el **naftaleno**, el DDT y la **anilina**.
Degradación y Biorremediación
Los hidrocarburos aromáticos tardan mucho en ser degradados debido a su alta estabilidad. La gran mayoría son degradados por microorganismos o enzimas. Este proceso se conoce como **biorremediación**. En el caso específico de los hidrocarburos, a veces es necesario utilizar sustancias no naturales para acelerar el proceso.