Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos de estructura más básica y con menor reactividad. Se les agrupa porque poseen sólo hidrógeno y carbono en su estructura molecular. Aun así, son de gran utilidad en la vida cotidiana y en la mayoría de los procesos de obtención de energía.
Los hidrocarburos están constituidos fundamentalmente por átomos de carbono e hidrógeno; son los compuestos orgánicos más básicos. La fuente principal de todos ellos es el petróleo.
El Petróleo
La hulla, el gas natural y el petróleo son las principales fuentes de energía, y se conocen con el nombre de combustibles fósiles. Todos estos se han formado a lo largo de millones de años por descomposición de animales y plantas. Se están utilizando con extraordinaria rapidez, mucho más allá de lo que el ecosistema vuelve a generar.
El gas natural consiste en una mezcla de hidrocarburos de bajo peso molecular, fundamentalmente metano (CH4),con pequeñas cantidades de otros gases como etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10).
La principal aplicación del gas butano es la de combustible en hogares.
El petróleo es un líquido oscuro y viscoso formado por cientos de productos que se encuentran en los intersticios de las rocas porosas, formando grandes bolsas entre capas de rocas impermeables. Al perforar, por acción de la gran presión a la cual está sometido este, sale violentamente al exterior.
La fuente principal de hidrocarburos es el petróleo.
Una vez que la presión interna del yacimiento haya disminuido es necesario recurrir a las bombas para extraerlo. El petróleo es una mezcla de hidrocarburos líquidos en los que están disueltos otros hidrocarburos sólidos y gaseosos. El petróleo crudo debe ser sometido a una separación de la mezcla que lo forman mediante un proceso de destilación, que se realiza en las refinerías, dando origen a una serie de fracciones (gasolina, queroseno, aceites y otros productos).
La hulla es sólida, contiene hidrocarburos de alta masa molar y también tiene compuestos que contienen azufre, oxígeno y nitrógeno. El azufre del petróleo y de la hulla son una fuente importante de la contaminación atmosférica.
Hulla
La hulla comprende el 90% de las reservas de combustibles fósiles; sin embargo, su uso como fuente de energía directa está siendo desestimada por los grandes índices de contaminación que produce y además, su extracción es costosa y hasta peligrosa.
Aunque es posible utilizar la hulla para sintetizar gas, a través de un proceso llamado gasificación de la hulla. El proceso requiere pulverizarla y tratarla con agua supercalentada. El mecanismo permite separar el metano, el hidrógeno (H2) y el monóxido de carbono (CO), los que tienen elevados valores energéticos de contaminantes como el azufre.
La obtención de estos gases permite que el combustible se transporte a través de tuberías; además, al eliminarse gran parte del azufre produce menos contaminación atmosférica.
La conversión de la hulla y del petróleo en combustibles más limpios es un tema de gran interés en la investigación de la química y la ingeniería.
| PRODUCTOS DE DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO | |||
|---|---|---|---|
| TEMPERATURA | PRODUCTOS | USOS OBTENIDOS | |
| Hasta 40 °C | C1 – C5 | Gases combustibles | Gas natural |
| 40 – 70 °C | Éter de petróleo | Lubricar máquinas frigoríficas, disolventes | |
| 70 – 150 °C | C5 – C12 | Gasolina | Motores a explosión, interna |
| 150 – 280 °C | C9 – C16 | Queroseno | Alumbrado, calefacción |
| 280 – 350 °C | C15 – C18 | Gas oil | Motores diesel, Calefacción industrial Aceites pesados |
| C18 – C35 | Fuel oil | Parafina, vaselina, aceites lubricantes, alquitrán de petróleo cera, coque | |
El petróleo es la principal fuente energética que satisface casi el 40% de los requerimientos en el mundo. Las zonas donde se produce la mayor cantidad de petróleo son:
| ZONA | PRODUCCION MUNDIAL |
| Medio Oriente | 57% |
| Canadá y Estados Unidos | 12% |
| Europa Oriental | 9% |
| África | 8% |
| México, América Central y Sur | 5% |
| Asia y Oceanía | 5% |
| Europa Occidental | 4% |
De acuerdo al conocimiento que se tiene de las reservas mundiales y a los índices de consumo que llegan a los 63 millones de barriles diario, se estima que el petróleo se puede mantener como la principal fuente de energía a nivel mundial hasta 40 años más.
Desde hace tiempo que se está en la búsqueda de combustibles alternativos que puedan reemplazar el petróleo cuando su suministro sea escaso. La tendencia consiste en utilizar el hidrógenol y la biomasa como posibles sustitutos del petróleo.
Entre los innumerables subproductos del petróleo se encuentran:
Gasóleo
Fracción destilada del petróleo crudo a la que se ha eliminado el azufre. Se usa normalmente en los motores diésel y como combustibles en algunos hogares.
Gas propano
Gas licuado derivado del petróleo, compuesto principalmente por propano (87%), etano (1%), isobutano (6%) y n-butano (6%).
Gas butano
Gas licuado del petróleo, compuesto por n- butano (60%), propano (9%), isobutano (30%) y etano (1%).
Petróleo diésel
Mezcla de hidrocarburos que fluctúa entre los 15 y 18 átomos de carbono en sus moléculas. La calidad del combustible se mide con el índice de cetano. El índice de cetano es una medida de la facilidad de ignición del diésel. Los motores que utilizan este tipo de combustibles requieren índices de cetano entre los 40 y 55.
El índice de cetano comprende una mezcla de dos hidrocarburos: el n-hexadecano, al que se le asigna un índice 100, y el heptametilnonano, al que se le asigna un índice de cetano 15. La proporción en que se encuentren estos dos compuestos nos indicará el índice final de cetano.
Bencinas
Para obtener las bencinas se utilizan dos procedimientos:
- Cracking: Consiste en el calentamiento entre los 400 °C y los 900 °C de aceites pesados, con el fin de producir hidrocarburos de cadena más corta. El procedimiento se realiza en presencia de AI2O3, un catalizador, sustancia que acelera la reacción química. De este modo se obtiene un tercio de la gasolina que se utiliza a nivel mundial. Este cracking permite además, la adquisición de una serie de compuestos que sirven de materia prima para la elaboración de muchos productos en la petroquímica.
- Isomerización: El procedimiento reorganiza cadenas de carbono lineales en ramificadas a través de la temperatura y el empleo de catalizadores.
Octanaje de las Bencinas
Todos hemos oído y visto en las bencineras letreros que indican bencinas de 93, 95 y 98 octanos. ¿Pero qué significan estos números?
Los hidrocarburos se queman muy rápido y originan detonaciones, que pueden ser dañinas para el motor de combustión interna. En cambio la combustión de los hidrocarburos ramificados tiene una combustión adecuada para los motores.
Cuando la ignición de los combustibles ocurre antes de tiempo el motor muestran golpeteos y, en condiciones severas, detonaciones.
El índice de octano de una bencina es una medida de su capacidad para arder uniformemente.
El octanaje indica las cualidades antidetonantes de las bencinas, y se utiliza una mezcla de dos hidrocarburos.
El 2,2,4 trimetil pentano (isooctano) que se le asigna un valor de 100 y el heptano al que se le asigna un valor 0.
Así una bencina de 93 octanos tiene 93 partes de isooctanos y 7 partes de heptano. Por lo tanto toda mezcla de hidrocarburos que posea características similares será de 93 octanos.
[FIGURA ISOOCTANO y HEPTANO]
Clasificacion de los hidrocarburos
Los Hidrocarburos se subdividen en :
Hidrocarburos Aliciclicos
Los hidrocarburos alicíclicos son todos aquellos de cadena abierta, que pueden presentar enlaces simples, dobles o triples entre los átomos de carbono.
Alcanos
Son aquellos compuestos que solo presentan enlaces simples entre carbono y carbono. Este tipo de compuestos también se denominan hidrocarburos saturados.
El alcano más simple es el formado por un solo átomo de carbono y rodeado por cuatro átomos de hidrógeno, ya que debemos recordar que el carbono es tetravalente.
Poseen enlace simple.
Se les denomina parafinas.
Fórmula estructural CnH2n+2 (alcanos alifáticos).
Fórmula estructural CnH2n (cicloalcanos).
Uso principal como combustibles.
Son moléculas muy poco solubles en agua.
Disuelven sustancias apolares y anfipáticas (grasas, aceites).
Fuente de origen primaria: el petróleo.
Alcano más básico: el metano (CH4)
Fórmula general CnH2n+2
Son aquellos compuestos que solo presentan enlaces simples entre carbono y carbono. Este tipo de compuestos también se denominan hidrocarburos saturados.
El alcano más simple es el formado por un solo átomo de carbono y rodeado por cuatro átomos de hidrógeno, ya que debemos recordar que el carbono es tetravalente.
Hidrocarburos Ciclicos
Hidrocarburos Aromaticos
