Os compostos de carbono elementar que ocorrem na natureza são tão numerosos que o ramo da química que trata de sua caracterização, síntese e estudo de suas propriedades é chamado de química orgânica. O maior grupo de compostos são os hidrocarbonetos. Como o nome sugere, estes são compostos de carbono e hidrogênio. Devido à variedade dessas substâncias, elas desempenham um papel importante em muitos ramos da economia.
Hidrocarbonetos – introdução
Os compostos de carbono e hidrogênio são chamados de hidrocarbonetos . Seus nomes específicos vêm diretamente dos nomes gregos para o número de átomos de carbono em suas cadeias. O mais simples dos hidrocarbonetos é o metano. Em sua molécula, possui um átomo de carbono, que está ligado a quatro átomos de hidrogênio. Essa estrutura resulta das propriedades dos compostos orgânicos. Em uma molécula de composto orgânico, o carbono é sempre tetravalente. Também significa que existe uma estreita relação entre o número de átomos de carbono em uma molécula de hidrocarboneto e a quantidade de hidrogênio. Se houver apenas ligações simples entre os átomos de carbono – então estamos lidando com hidrocarbonetos saturados, caso contrário (uma ou mais ligações duplas ou triplas) eles são hidrocarbonetos insaturados. A formação de séries homólogas, ou seja, conjuntos de compostos com estrutura e propriedades semelhantes, é característica dos hidrocarbonetos. Eles são formados como resultado da ligação sucessiva de grupos -CH 2 – à cadeia da molécula. Além disso, para todos os homólogos de uma determinada série, existem relações entre seus pontos de ebulição e fusão, densidade e outras propriedades físico-químicas. Além dos hidrocarbonetos, por exemplo, álcoois ou ácidos carboxílicos também formam séries homólogas. Entre os hidrocarbonetos, a maioria dos compostos tem a mesma fórmula empírica, mas diferentes estruturas, ou seja, diferentes fórmulas estruturais. Eles são chamados de isômeros e, dependendo do isomerismo ocorrido, distinguem-se:
- Isômeros de cadeia referem-se à cadeia de carbono. Este isomerismo está relacionado com a mudança no seu comprimento e no número de substituintes.
- Isomerismo de posição de ligação múltipla refere-se à possibilidade de ligações insaturadas entre diferentes átomos de carbono na cadeia.
- O isomerismo cis-trans é característico de moléculas nas quais não há possibilidade de rotação em torno da ligação. É freqüentemente encontrado em alcenos e hidrocarbonetos cíclicos.
Estrutura e propriedades dos hidrocarbonetos em cadeia
Nos hidrocarbonetos alifáticos, os átomos de carbono ligados formam uma cadeia característica que consiste em grupos -CH 2 – consecutivos. Portanto, eles são chamados de hidrocarbonetos de cadeia. Dependendo da estrutura, cadeias retas e ramificadas podem ser distinguidas. Por outro lado, tendo em conta a ocorrência de ligações múltiplas, podemos distinguir alcanos, alcenos e alcinos. Alcanos Os hidrocarbonetos de cadeia saturada são chamados de alcanos . Eles formam uma série homóloga, onde a fórmula geral da molécula é C n H 2n+2 (onde n é o número de átomos de carbono na molécula). Todas as ligações entre os átomos nas moléculas de alcano são simples, atômicas. Os três primeiros alcanos (metano, etano, propano) têm moléculas de cadeia linear. O próximo – butano – também tem uma forma ramificada (isobutano). Apesar da fórmula empírica idêntica, essas formas diferem significativamente em suas propriedades, por exemplo, ponto de ebulição. A maioria dos alcanos tem propriedades físicas e químicas semelhantes. Eles mostram passividade química significativa, reagem apenas com poucas substâncias, por exemplo, com cloro. À medida que o número de átomos de carbono em uma molécula aumenta, seu ponto de ebulição aumenta. Assim, os quatro primeiros alcanos da série homóloga são gases. Os hidrocarbonetos superiores (até pentadecano) são líquidos e os seguintes são sólidos. Todos os alcanos são inflamáveis. Alcenos Os alcenos contêm uma ligação dupla em suas moléculas. Assim, eles têm dois átomos de hidrogênio a menos em comparação com as moléculas de alcano. A fórmula dos alcenos da série homóloga é C n H 2n . O primeiro da série é o eteno. O eteno, e o próximo: penteno, não possuem isômeros. No entanto, do buteno há isomeria relacionada à posição da dupla ligação na molécula. Existem também compostos que possuem duas ligações duplas. Eles são chamados de alcadienos. A presença de uma ligação dupla tem a maior influência nas propriedades dos alcenos. Faz que sofram reacções de adição prontamente com outras moléculas. Eles também são suscetíveis à polimerização. Como resultado da polimerização do eteno, obtém-se o polietileno . É um plástico popular. Alcenos, como alcanos, mudam seu estado de matéria dependendo do comprimento da cadeia. São incolores e inodoros. Eles não se dissolvem na água. Alcinos Os hidrocarbonetos de cadeia tripla são alcinos . Na série homóloga dos alcinos, as moléculas seguintes são caracterizadas pela fórmula C n H 2n-2 . O primeiro dos alcinos é o etino, também chamado de acetileno. Começando com o butino, há isomerismo nos alcinos devido à localização da ligação tripla. Os alcinos têm um maior grau de insaturação do que os alcenos e, portanto, são quimicamente mais ativos. Eles também mostram uma tendência à polimerização. As moléculas menores são gases. Sua volatilidade diminui à medida que o tamanho da molécula aumenta. Além disso, são incolores, inodoros e não se dissolvem na água. 
Estrutura e propriedades dos hidrocarbonetos cíclicos e aromáticos
Os hidrocarbonetos cíclicos são compostos de carbono e hidrogênio que formam sistemas fechados, denominados anéis. O cicloalcano mais simples é um anel de três carbonos – ciclopropano. O cicloalcano mais importante é o ciclohexano , que, ao contrário do ciclopropano ou do ciclobutano, não possui uma tensão de anel e sua molécula pode formar as chamadas conformações. Além dos cicloalcanos, também existem cicloalcenos e cicloalcinos. Os hidrocarbonetos aromáticos são um grupo de compostos orgânicos insaturados. O composto mais simples deste grupo é o benzeno com a fórmula empírica C 6 H 6 . Não há ligações duplas típicas na molécula deste composto, em vez disso, estamos falando de elétrons π deslocalizados. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos têm propriedades ligeiramente diferentes. Eles têm mais de um anel na molécula. O hidrocarboneto mais importante deste grupo é o naftaleno .
Obtenção de hidrocarbonetos
As fontes naturais de hidrocarbonetos são petróleo bruto e gás natural . Alcanos como metano e etano fazem parte do gás natural, embora também possam conter pequenas quantidades de outros alcanos. O petróleo bruto contém uma variedade de hidrocarbonetos com diferentes comprimentos de cadeia e ramificações. É separado em frações individuais no processo de destilação. Eles são uma importante fonte de compostos orgânicos. Aqueles com cadeias de carbono muito longas são posteriormente processados em um processo de craqueamento . Os hidrocarbonetos aromáticos são obtidos em grande parte como resultado da destilação de carvão seco (aquecimento sem acesso ao ar). O benzeno também é obtido do petróleo bruto no processo de processamento catalítico de alcanos e cicloalcanos.
