Angliavandeniliai yra organiniai cheminiai junginiai, susidedantys tik iš anglies ir vandenilio, nuo paprastų molekulių, tokių kaip metanas, iki polimerų, tokių kaip polistirenas, kurį sudaro tūkstančiai atomų. Anglies atomų gebėjimas stipriai jungtis tarpusavyje leidžia jiems sudaryti beveik neribotą įvairovę grandinių, žiedų ir kitų struktūrų, kurios sudaro organinių molekulių stuburą. Kadangi kiekvienas atomas gali sudaryti keturias jungtis, šie pagrindai apima kitus elementus, tokius kaip vandenilis. Junginiai yra degūs, nes du juose esantys elementai lengvai susijungs su deguonimi ore, išskirdami energiją. Iškastinis kuras, pvz., nafta ir gamtinės dujos, yra natūraliai susidarantys angliavandenilių mišiniai; anglies taip pat yra šiek tiek, nors tai dažniausiai tik anglis.
Struktūra ir pavadinimų konvencijos
Angliavandenilių pavadinimai suteikiami laikantis tam tikrų susitarimų, nors daugeliu atvejų junginiai gali būti geriau žinomi senesniais pavadinimais. Šiuolaikinėje sistemoje pirmoji pavadinimo dalis nurodo anglies atomų skaičių molekulėje: didėjančia seka pirmieji aštuoni yra priešdėlis met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept- ir spalio mėn. Junginiai, kuriuose visi anglies atomai yra sujungti pavieniais ryšiais, yra bendrai žinomi kaip alkanai ir jų pavadinimai baigiasi –anu. Todėl pirmieji aštuoni alkanai yra metanas, etanas, propanas, butanas, pentanas, heksanas, heptanas ir oktanas.
Anglies atomai taip pat gali sudaryti dvigubus arba trigubus ryšius vienas su kitu. Molekulės, turinčios dvigubus ryšius, yra žinomos kaip alkenai, kurių pavadinimai baigiasi –ene, o tos, kurios turi trigubus ryšius, vadinamos alkinais, o jų pavadinimai baigiasi -yne. Molekulėse, turinčiose tik pavienius ryšius, yra didžiausias įmanomas vandenilio atomų skaičius, todėl jos apibūdinamos kaip prisotintos. Ten, kur yra dvigubos ar trigubos jungtys, vandeniliui yra mažiau vietų, todėl šie junginiai apibūdinami kaip nesotieji.
Pateikiant paprastą pavyzdį, etanas turi du anglies atomus, sujungtus viena jungtimi, todėl kiekvienas gali prisijungti prie trijų vandenilio atomų, todėl jo cheminė formulė yra C2H6, o jis yra alkanas. Etene yra dviguba anglies-anglies jungtis, todėl jame gali būti tik keturi vandeniliai, todėl jis yra alkenas, kurio formulė C2H4. Etinas turi trigubą jungtį, suteikdamas jam formulę C2H2 ir paversdamas jį alkinu. Šis junginys geriau žinomas kaip acetilenas.
Anglies atomai taip pat gali sudaryti žiedus. Alkanai su žiedais turi pavadinimus, prasidedančius ciklo-. Todėl cikloheksanas yra alkanas su šešiais anglies atomais, sujungtais viengubais ryšiais taip, kad sudarytų žiedą. Taip pat galimas žiedas su kintamomis viengubomis ir dvigubomis jungtimis, žinomas kaip benzeno žiedas. Angliavandeniliai, turintys benzeno žiedą, yra žinomi kaip aromatiniai, nes daugelis jų yra malonaus kvapo.
Kai kurios angliavandenilių molekulės turi grandines, kurios išsišakoja. Butanas, kuris paprastai susideda iš vienos grandinės, gali egzistuoti tokia forma, kai vienas anglies atomas yra prijungtas prie dviejų kitų, sudarydamas šaką. Šios alternatyvios molekulės formos yra žinomos kaip izomerai. Šakotasis butano izomeras yra žinomas kaip izobutanas.
gamyba
Didžioji dalis angliavandenilių pagaminama iš iškastinio kuro: anglies, naftos ir gamtinių dujų, kurių per dieną iš žemės išgaunama milijonai tonų. Žalia nafta dažniausiai yra įvairių alkanų ir cikloalkanų mišinys su kai kuriais aromatiniais junginiais. Juos galima atskirti vienas nuo kito naftos perdirbimo gamyklose distiliuojant, nes skiriasi jų virimo temperatūra. Kitas naudojamas procesas yra žinomas kaip „krekingas“: katalizatoriai naudojami kai kurioms didesnėms molekulėms suskaidyti į mažesnes, kurios yra naudingesnės kaip kuras.
Skelbimų
Paprastai tariant, kuo sudėtingesnis angliavandenilis, tuo aukštesnė jo lydymosi ir virimo temperatūra. Pavyzdžiui, paprastesni tipai, tokie kaip metanas, etanas ir propanas, turintys atitinkamai vieną, du ir tris anglies atomus, yra dujos. Daugelis formų yra skysčiai: pavyzdžiui, heksanas ir oktanas. Kietoms formoms priskiriamas parafinas – molekulių, turinčių nuo 20 iki keturiasdešimties anglies atomų, mišinys – ir įvairūs polimerai, susidedantys iš tūkstančių atomų grandinių, pavyzdžiui, polietilenas.
Ryškiausios angliavandenilių cheminės savybės yra jų degumas ir gebėjimas sudaryti polimerus. Tie, kurie yra dujos ar skysčiai, reaguos su deguonimi ore, gamins anglies dioksidą (CO2) ir vandenį bei išskirs energiją šviesos ir šilumos pavidalu. Reakcijai pradėti reikia tiekti šiek tiek energijos, tačiau prasidėjus ji savaime išsilaiko: šie junginiai sudegs, kaip parodyta degtuku ar kibirkštimi uždegus dujinę kaitlentę. Kietos formos taip pat sudegs, bet ne taip lengvai. Kai kuriais atvejais ne visa anglis sudarys CO2; Kai kurios rūšys, degdamos ore, gali susidaryti suodžių ir dūmų, o esant nepakankamam deguonies tiekimui, bet koks angliavandenilis gali išskirti toksiškas, bekvapes dujas – anglies monoksidą (CO).
Naudoja
Dėl angliavandenilių degumo jie yra labai naudingi kaip kuras ir yra pagrindinis šių dienų civilizacijos energijos šaltinis. Visame pasaulyje didžioji dalis elektros energijos pagaminama degant šiems junginiams ir jie naudojami praktiškai visoms mobilioms mašinoms: lengviesiems automobiliams, sunkvežimiams, traukiniams, lėktuvams ir laivams varyti. Jie taip pat naudojami daugelio kitų cheminių medžiagų ir medžiagų gamyboje. Pavyzdžiui, dauguma plastikų yra angliavandenilių polimerai. Kiti naudojimo būdai apima tirpiklius, tepalus ir aerozolių balionėlius.
Problemos su iškastiniu kuru
Per pastaruosius du šimtus metų angliavandeniliai buvo labai sėkmingas kuro šaltinis, tačiau vis dažniau raginama sumažinti jų naudojimą. Jų degimo metu susidaro dūmai ir suodžiai, todėl kai kuriose vietose kyla rimtų taršos problemų. Taip pat išskiria daug CO2. Mokslininkai plačiai sutaria, kad didėjantis šių dujų kiekis atmosferoje padeda sulaikyti šilumą, didina pasaulinę temperatūrą ir keičia Žemės klimatą.
Be to, iškastinis kuras nebus amžinas. Deginant kurą dabartiniu tempu, nafta gali baigtis greičiau nei per šimtmetį, o anglis – per kelis šimtmečius. Visa tai paskatino raginimus plėtoti atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės ir vėjo energija, ir statyti daugiau atominių elektrinių, kurios neišmeta CO2. 2007 m. Nobelio taikos premija buvo įteikta buvusiam JAV viceprezidentui Alui Gore’ui ir JT Tarpvyriausybinei klimato kaitos komisijai už jų darbą patvirtinant ir skleidžiant žinią, kad angliavandenilių deginimas daugiausia yra atsakingas už visuotinį atšilimą.