Hidrocarburos

Te explicamos qué son los hidrocarburos y cómo se clasifican. Además, cuáles son sus características y propiedades químicas y físicas.

¿Qué son los hidrocarburos?

Los hidrocarburos son un conjunto de compuestos orgánicos. Sus moléculas están compuestas por átomos de carbono e hidrógeno, organizados en diversas estructuras dependiendo del tipo de hidrocarburo.

En su mayor parte, los hidrocarburos provienen del petróleo. Esto se debe a que el petróleo es el resultado de la descomposición de materia orgánica y, por lo tanto, ofrece gran cantidad y concentración de carbono e hidrógeno.

Los derivados del petróleo, es decir, de los hidrocarburos, intervienen en múltiples industrias, desde la aeronáutica a la industria del juguete. Casi todos los combustibles que se utilizan en el transporte son derivados de hidrocarburos, uso por el que crean desechos contaminantes (dióxido de carbono (CO₂) y monóxido de carbono (CO)). Por ello, actualmente se intenta reemplazarlos con otros tipos de combustibles y fuentes de energía.

Los hidrocarburos son un recurso no renovable, ya que no pueden ser fabricados por el ser humano.

Ver además: Polímeros

Estructura molecular orgánica de los hidrocarburos

Se consideran orgánicas todas las sustancias cuyas moléculas contengan en su estructura principal átomos de carbono que forman enlaces con otros átomos de carbono (enlace carbono – carbono) y con átomos de hidrógeno (enlace carbono – hidrógeno). Sin embargo, también pueden formar parte de su estructura el oxígeno, el azufre, el fósforo y el nitrógeno. Los hidrocarburos son parte de las moléculas orgánicas, que solo están formadas por carbono e hidrógeno.

Aunque cada hidrocarburo tiene una molécula distintiva, todos ellos comparten en su estructura molecular una cadena de átomos de carbono, cada uno de los cuales puede estar enlazado además a uno o más átomos de hidrógeno.

Tipos de hidrocarburos

Hidrocarburos aromáticos

Los hidrocarburos aromáticos tienen moléculas cíclicas, es decir, los átomos de carbono forman un círculo. Entre los átomos de carbono existen enlaces dobles alternados con enlaces simples. Uno de los hidrocarburos aromáticos es el benceno, así como todos sus derivados.

Hidrocarburos alifáticos

Los hidrocarburos alifáticos son aquellos que no forman anillos con enlaces dobles alternados con enlaces simples, es decir, que no son aromáticos. Las cadenas de los alifáticos pueden ser abiertas o cerradas.

• Hidrocarburos alifáticos de cadena abierta.
  • Alcanos. Los enlaces entre todos los átomos de carbono son simples. La fórmula general es C_nH_2n+2 (n es el número de carbonos).
  • Alquenos. Al menos uno de los enlaces entre los átomos de carbono es doble. La fórmula general es C_nH_2n.
  • Alquinos. Al menos uno de los enlaces entre los átomos de carbono es triple. La fórmula general es C_nH_2n-2.
• Hidrocarburos alifáticos de cadena cerrada. Se denominan cíclicos y las cadenas de los átomos de carbono forman anillos, como en el caso de los aromáticos. Sin embargo, los alifáticos no tienen enlaces dobles alternados con simples. Muchos se denominan cicloalcanos.

Saturación de los hidrocarburos

Se dice que una sustancia es saturada cuando en su molécula todos los átomos de carbono se unen a otros átomos por enlaces simples. Se dice que la molécula está saturada porque los enlaces simples no pueden romperse y, por lo tanto, no pueden agregarse más átomos de hidrógeno.

Los hidrocarburos saturados son los alcanos y los cicloalcanos. Los hidrocarburos insaturados son los aromáticos, los alquenos y los alquinos.

Propiedades físicas de los hidrocarburos

• Su punto de ebullición aumenta a medida que aumenta el tamaño del hidrocarburo (la cantidad de átomos de carbono), aunque también influye la geometría molecular de estas moléculas. Esto se debe a que las fuerzas intermoleculares son mayores cuando la molécula es más grande. Por ejemplo, el punto de ebullición del butano (C₄H₁₀) es 0 °C mientras que el punto de ebullición del nonano (C₉H₂₀) es 150,8 °C.
• Su densidad también aumenta cuando la molécula es de mayor tamaño.
• Son insolubles en agua. Esto se debe a que son sustancias apolares, es decir, que las densidades de cargas eléctricas en las distintas regiones de cada molécula se anulan. Por otra parte, el agua es una molécula polar, y en química se suele usar la frase: semejante disuelve lo semejante.

Propiedades químicas de los hidrocarburos

• Combustión. Los hidrocarburos pueden llegar a la combustión (oxidación) completa o incompleta. Comienzan a oxidarse ante la presencia de oxígeno o ante una fuente de calor. Una de las sustancias resultantes de la combustión completa es el dióxido de carbono (CO₂) y de la incompleta el monóxido de carbono (CO). Por eso los hidrocarburos son sustancias contaminantes al ser utilizados como combustible.
  
• Pirólisis. Es la descomposición de los compuestos orgánicos cuando son calentados a altas temperaturas sin la presencia de oxígeno. Por ejemplo, al exponer a los alcanos a una temperatura de 800 °C, pueden descomponerse formando alquenos, alcanos más pequeños e hidrógeno libre.
  
• Halogenación. Bajo la presencia de luz, especialmente rayos ultravioletas, los alcanos reaccionan junto a los halógenos, y producen derivados halogenados.
  

Usos de los hidrocarburos

Los hidrocarburos se utilizan principalmente como combustible para el transporte y la industria, pero también en generadores eléctricos. Además, son la materia prima de lubricantes y grasas para vehículos, así como asfaltos.

Los hidrocarburos son procesados para fabricar todo tipo de plásticos, acrílicos, nylon, guantes, pinturas, fibras sintéticas, envases, adhesivos, insecticidas, detergentes, refrigerantes y fertilizantes.

Degradación de los hidrocarburos

Los hidrocarburos son contaminantes no solo por los residuos producidos al entrar en combustión sino también cuando el petróleo (mezcla de hidrocarburos) se derrama en la tierra o en el agua. A pesar de ser sustancias orgánicas, los hidrocarburos no son habitualmente biodegradables.

Sin embargo, se han desarrollado investigaciones para solucionar este problema. Para ello se utiliza una combinación de bacterias que degradan las moléculas de hidrocarburos en cadena, es decir, una bacteria logra romper la molécula para hacerla “comestible” para otra bacteria.

Nomenclatura de los hidrocarburos

Para nombrar a los hidrocarburos se utilizan una serie de prefijos (al comienzo del nombre) y sufijos (al final del nombre) que señalan la cantidad de enlaces y átomos.

Ejemplos de prefijos según el número de átomos de carbono: Met (un átomo de carbono), Et (dos), Prop (tres), But (cuatro), Pent (cinco), Hex (seis), Hept (siete), Oct (ocho), Non (nueve).

Sufijos según el tipo de hidrocarburos

• Alcanos: -ano. Por ejemplo: butano (alcano con cuatro átomos de carbono).
• Alquenos: -eno. Por ejemplo: penteno (alqueno con cinco átomos de carbono).
• Alquinos: ino. Por ejemplo: etino (alquino con dos átomos de carbono).

Si son cíclicos se pone el prefijo ciclo- seguido del nombre del hidrocarburo. Por ejemplo: ciclobutano o ciclopentano.

En el caso de los hidrocarburos que tienen enlaces dobles o triples se debe poner un número que corresponde a la posición del primer carbono que participa en tales enlaces múltiples como prefijo al sufijo -eno (si es alqueno) y al sufijo -ino (si es alquino).

Ejemplos de Hidrocarburos

• Metano. CH₄ (alcano)
• Etano. CH₃ – CH₃ (alcano)
• Propano. CH₃ – CH₂ – CH₃ (alcano)
• Butano. CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ (alcano)
• But-1-ino o 1-butino. CH ≡ C – CH₂ – CH₃ (alquino)
• Hep-3-ino o 3-heptino. CH₃ – CH₂ – C ≡ C – CH₂ – CH₃ (alquino)

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Referencias

• Introducción a la Química Orgánica. Juan Carlos Autino, Gustavo Romanelli y Diego Manuel Ruiz. Editorial de la Universidad de la Plata. 2013.
• Química del Carbono. Dr. Pedro Ambielle. 1937.
• Química Orgánica. Flora Acuña Arias. Editorial Universidad Estatal a Distancia (EUNED). ISBN: 9968-31-496-X.
• "Hidrocarburo" en Wikipedia.