3. Os hidrocarbonetos naturais são compostos químicos constituídos por
átomos de carbono ( C ) e de hidrogénio ( H ), aos quais se podem juntar
átomos de oxigénio ( O ), azoto ( N ) e enxofre ( S ).
São conhecidos alguns milhares de hidrocarbonetos. As diferentes
características físicas são uma consequência das diferentes composições
moleculares. Contudo, todos os hidrocarbonetos apresentam uma
propriedade comum: "ardem", isto é, oxidam-se facilmente libertando calor,
são combustíveis
4. Os hidrocarbonetos, em termos da química do carbono, são compostos
cujas moléculas são constituídas exclusivamente por átomos de carbono e
hidrogénio. Os milhares de hidrocarbonetos conhecidos diferenciam-se uns
dos outros, pelas propriedades físicas e químicas que apresentam. Com o
objectivo de facilitar o seu estudo, os hidrocarbonetos podem-se classificar
da seguinte forma: I) Cadeia aberta (cadeia linear, caso do metano e
pentano cujos modelos de moléculas estão representados na figura abaixo):
1) Alcanos - são hidrocarbonetos saturados só com ligações simples
(exemplos: metano (CH4) e pentano (CH3-CH2-CH2-CH2-CH3), 2) Alcenos -
são hidrocarbonetos não saturados que apresentam uma dupla ligação
carbono-carbono (>C=C<) (exemplo: eteno CH2 = CH2), 3) Alcinos - são
hidrocarbonetos não saturados que apresentam na sua molécula uma ligação
tripla carbono-carbono (-CºC-); II) Cadeia fechada ou cíclicos (as
ligações dos átomos de carbono formam anéis, caso do ciclopentano cujo
modelo de moléculas está representado na figura abaixo): 1) Cicloalcanos -
hidrocarbonetos com cadeia cíclica saturada, de fórmula geral CnH2n, com
n>2, 2) Cicloalcenos - hidrocarbonetos com cadeia cíclica com uma ligação
dupla, de fórmula geral CnH2n-2, com n>2, 3) Cicloalcinos - hidrocarbonetos
com cadeia cíclica com uma ligação tripla, de fórmula geral CnH2n-4, com
n>2. III) Aromáticos - estes hidrocarbonetos são compostos químicos
baseados na molécula de benzeno C6H6, e apresentam cheiros
característicos. A química dos compostos aromáticos é antes do mais a
química do benzeno e seus derivados.
5. Os hidrocarbonetos com moléculas simples e leves ( metano, etano,
propano, butano ), são gasosos às temperaturas e pressões normais; o
metano, o mais simples de todos os hidrocarbonetos, só passa ao estado
líquido à temperatura de -1600o C; o propano e o butano passam ao
estado líquido ( liquefazem-se ) a temperaturas normais e a baixas pressões,
deste modo, podem ser colocados dentro de botijas metálicas dando origem
ao chamado "gás líquido" ( G.P.L. ).
6. Os hidrocarbonetos naturais estão encerrados
nas rochas que constituem a parte superior
da crusta terrestre, também chamado
subsolo. Resultam de transformações de
ordem física e química que se produzem ao
longo da História da Terra (Milhões de
Anos) e que levam, em simultâneo, à
formação das rochas sedimentares.
A chuva, o vento, o gelo, os rios, os mares e
os seres vivos desagregam e alteram
continuamente as rochas superficiais
( erosão ) cujos detritos, transportados
pelas águas, gelo e vento, até ao mar,
depositam-se sobre o fundo formando
camadas sobrepostas de areia e de lamas
argilosas.
Ao mesmo tempo que se depositam sobre o
fundo do mar os detritos resultantes da
erosão, depositam-se, igualmente, os sais
minerais que precipitam, tais como o sal-
gema, o gesso, a calcite... De igual modo,
depois de mortos, depositam-se sobre o
fundo do mar os organismos animais e
vegetais que viveram nas águas marinhas e
aqueles que viveram nos continentes e foram
transportados para os mares.
7.
8. Qualquer que seja a sua origem, os sedimentos
( depósitos naturais de materiais sólidos
fragmentados ou não, inorgânicos ou orgânicos,
bem como de precipitados químicos ) que se
acumulam sobre o fundo do mar ficam
impregnados de água do mar. Por efeito da
compressão causada pelo peso das camadas
superiores e pela cimentação resultante da
cristalização dos sais, uma parte da água do mar
será expulsa e a que restar vai preencher, em
parte, os vazios minúsculos ( poros e
microfracturas ) existentes nos sedimentos, mesmo
quando aqueles já estão transformadas em rochas
compactas (cimentadas).
A matéria orgânica, após a morte dos diferentes
organismos vivos ( plâncton marinho e lacustre,
algas, diatomáceas, peixes, moluscos, plantas
superiores, etc. ), encontra-se disseminada no
sedimento do fundo marinho e/ou lacustre em
ligação com partículas argilosas. Para que se não
degrade rapidamente é preciso que se deposite,
por exemplo, num meio marinho anaeróbico
( desprovido de oxigénio ), isto é, águas
perfeitamente calmas, confinadas e muito
estratificadas.
9. Classificação e ocorrência
Os hidrocarbonetos se classificam de acordo com a proporção dos átomos de
carbono e hidrogênio presentes em sua composição química. Assim,
denominam-se hidrocarbonetos saturados os compostos ricos em hidrogênio,
enquanto os hidrocarbonetos
ditos insaturados apresentam uma razão hidrogênio/carbono inferior e são
encontrados principalmente no petróleo e em resinas vegetais.
Os grupos de hidrocarbonetos constituem as chamadas séries homólogas,
em que cada termo (composto orgânico) difere do anterior em um átomo de
carbono e dois de hidrogênio. Os termos superiores da série homóloga
saturada, de peso molecular mais alto, encontram-se em alguns tipos de
petróleo e como elementos constituintes do pinho, da casca de algumas
frutas e dos pigmentos das folhas e hortaliças.
Os hidrocarbonetos etilênicos, primeiro subgrupo dos insaturados, estão
presentes em muitas modalidades de petróleo em estado natural, enquanto
os acetilênicos, que compõem o segundo subgrupo dos hidrocarbonetos
insaturados, obtêm-se artificialmente pelo processo de craqueamento
(ruptura) catalítico do petróleo. Os hidrocarbonetos aromáticos foram assim
chamados por terem sido obtidos inicialmente a partir de produtos naturais
como resinas ou bálsamos, e apresentarem odor característico. Com o
tempo, outras fontes desses compostos foram descobertas. Até a segunda
guerra mundial, por exemplo, sua fonte mais importante era o carvão. Com
o crescimento da demanda, durante e após a guerra, outras fontes foram
pesquisadas. Atualmente, grande parte dos compostos aromáticos, base de
inúmeros processos industriais, se obtém a partir do petróleo.
10. Estrutura e nomenclatura
A estrutura das moléculas dos hidrocarbonetos baseia-se na tetravalência do
carbono, isto é, em sua capacidade de ligar-se, quimicamente, a quatro
outros átomos, inclusive
de carbono, simultaneamente. Assim, as sucessões de átomos de carbono
podem formar cadeias lineares, ramificadas em ziguezague, que lembram
anéis e estruturas de três dimensões.
11. Hidrocarbonetos saturados
A fórmula empírica molecular dos hidrocarbonetos saturados, também chamados
alcanos ou parafinas, é CnH2n+2, segundo a qual n átomos de carbono combinam-se
com 2n + 2 átomos de hidrogênio para formarem uma molécula. Valores inteiros
sucessivos de n dão origem aos termos distintos da série: metano (CH4), etano
(C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10) etc.
A partir do quarto termo da série, o butano, os quatro carbonos podem formar uma
cadeia linear ou uma estrutura ramificada. No primeiro caso, o composto se denomina
n-butano. Na estrutura ramificada, um átomo de carbono se liga ao carbono central da
cadeia linear formada pelos outros três, formando o iso-butano, ou pode dar origem a
uma estrutura cíclica, própria do composto chamado ciclobutano, em que os átomos de
carbono das extremidades estão ligados entre si. A existência de compostos com
mesma fórmula molecular, mas com estruturas diferentes, é fenômeno comum nos
hidrocarbonetos, designado como isomeria estrutural. As substâncias isômeras
possuem propriedades físicas e químicas semelhantes, mas não idênticas, e formam,
em certos casos, moléculas completamente diferentes.
Os termos da série saturada são nomeados a partir do butano com o prefixo grego
correspondente ao número de átomos de carbono constituintes da molécula: penta,
hexa, hepta etc., acrescidos da terminação "ano". Nos cicloalcanos, hidrocarbonetos de
cadeia saturada com estrutura em anel, a nomenclatura faz-se com a anteposição da
palavra "ciclo" ao nome correspondente ao hidrocarboneto análogo na cadeia linear.
Finalmente, os possíveis isômeros presentes na série saturada cíclica se distinguem por
meio de números, associados à posição da ramificação no ciclo.
12. Hidrocarbonetos insaturados
O primeiro grupo de hidrocarbonetos insaturados, constituído pelos compostos
etilênicos, também chamados alcenos, alquenos ou olefinas, tem como
característica estrutural a presença de uma dupla ligação entre dois átomos de
carbono. Sua fórmula molecular é CnH2n e os primeiros termos da série
homóloga correspondente recebem o nome de etileno ou eteno (C2H4), propileno
ou propeno (C3H6), butileno ou buteno (C4H8) etc. Os termos seguintes têm
uma nomenclatura análoga à dos hidrocarbonetos saturados, acrescidos da
terminação "eno".
A posição da dupla ligação na molécula dos alcenos pode dar origem a diferentes
isômeros. Para distingui-los, o número do primeiro carbono a conter essa ligação
precede o nome do hidrocarboneto na nomenclatura desses compostos. Existem,
ainda, hidrocarbonetos etilênicos com mais de uma dupla ligação -- denominados
dienos, quando possuem duas ligações, e polienos, com três ou mais. O grupo
mais importante dessa classe de hidrocarbonetos constitui-se de compostos com
duplas ligações em posições alternadas, os dienos conjugados. A nomenclatura
dos alcenos de estrutura anelar, ditos cicloalquenos, é formalmente análoga à
dos cicloalcanos.
Os alcinos ou alquinos (de fórmula molecular CnH2n-2), também conhecidos
como hidrocarbonetos acetilênicos e componentes do segundo grupo dos
compostos insaturados, apresentam ligação tripla em sua estrutura e sua
nomenclatura é similar à dos alcenos, com a terminação "ino" que lhes é própria.
Os cicloalquinos inferiores (de baixo peso molecular) são instáveis, sendo o ciclo-
octino, com oito átomos de carbono, o menor alcino cíclico estável conhecido.
13. Hidrocarbonetos aromáticos
A estrutura do benzeno, base dos hidrocarbonetos aromáticos, foi descrita
pela primeira vez por Friedrich August Kekulé, em 1865. Segundo ele, a
molécula do benzeno tem o formato de um hexágono regular com os vértices
ocupados por átomos de carbono ligados a um átomo de hidrogênio. Para
satisfazer a tetravalência do carbono, o anel benzênico apresenta três duplas
ligações alternadas e conjugadas entre si, o que lhe confere sua estabilidade
característica.
Os hidrocarbonetos da série homóloga benzênica subdividem-se em três
grupos distintos. O primeiro constitui-se de compostos formados pela
substituição de um ou mais átomos de hidrogênio do anel pelos radicais de
hidrocarbonetos. Esses compostos têm seus nomes derivados do radical
substituinte, terminado em "il", e seguidos da palavra "benzeno". Alguns, no
entanto, apresentam denominações alternativas (ou vulgares), mais
comumente empregadas. Assim, o metil-benzeno é conhecido como tolueno,
o dimetil-benzeno como xileno etc.
No segundo grupo, encontram-se os compostos formados pela união de
anéis benzênicos por ligação simples entre os átomos de carbono, como a
bifenila, ou com um ou mais átomos de carbono entre os anéis. Por último, o
terceiro grupo de hidrocarbonetos aromáticos constitui-se de compostos
formados por condensação de anéis benzênicos, de modo que dois ou m
ais átomos de carbono sejam comuns a mais de um anel, tais como o
naftaleno, com dois anéis, e o antraceno, com três.
14. Propriedades e aplicações
Os hidrocarbonetos em geral são insolúveis em água, mas se solubilizam
prontamente em substâncias orgânicas como o éter e a acetona. Os primeiros
termos das séries homólogas são gasosos, enquanto os compostos de maior peso
molecular são líquidos ou sólidos. Graças a sua capacidade de decompor-se em
dióxido de carbono e vapor d'água, em presença de oxigênio, com
desprendimento de grande quantidade de energia, torna-se possível a utilização
de vários hidrocarbonetos como combustíveis.
Os hidrocarbonetos saturados, ou parafinas, caracterizam-se sobretudo por ser
quimicamente inertes. Industrialmente, são empregados no processo de
craqueamento (cracking) ou ruptura, a elevadas temperaturas, e produzem
misturas de compostos de estruturas mais simples, saturados ou não. A
hidrogenação catalítica dos alcenos é utilizada, em escala industrial, para a
produção controlada de moléculas saturadas. Esses compostos são usados ainda
como moderadores nucleares e como combustíveis (gás de cozinha, em
automóveis etc.).
Os hidrocarbonetos insaturados com duplas ligações têm a capacidade de realizar
reações de adição com compostos halogenados e formam importantes derivados
orgânicos. Além disso, com a adição de moléculas de alcenos, é possível efetuar
a síntese dos polímeros, empregados industrialmente no fabrico de plásticos
(polietileno, teflon, poliestireno etc) e de fibras sintéticas para tecidos (orlon,
acrilan etc.). Além disso, faz parte da gasolina uma importante mistura de
alquenos. Metade da produção de acetileno é utilizada, como oxiacetileno, na
soldagem e corte de metais. Os hidrocarbonetos aromáticos, além de bons
solventes, são empregados na produção de resinas, corantes, inseticidas,
plastificantes e medicamentos.
15. • Propriedades físicas
• Alcanos são praticamente insolúveis em água.
• Alcanos são menos densos que a água.
• Pontos de fusão e ebulição dos alcanos geralmente
aumentam com o peso molecular e com o
comprimento da cadeia carbônica principal.
• Em condições normais, do CH4 até C4H10, alcanos
são gasosos; do C5H12 até C17H36, eles são líquidos;
e depois de C18H38, eles são sólidos.
• As moléculas de alcanos podem ligar-se entre si por
força de Van der Waals. Estas forças tornam-se mais
interessantes à medida que o tamanho das moléculas
aumentam.
16. • Alcinos: Apresentam pontos de fusão e ebulição
crescentes com o aumento da cadeia carbônica
(massa molecular) como os alcanos e alcenos.
Essa classe de compostos, não possui cor
(incolor), nem cheiro (inodoro), apresentam
insolubilidade em água, mas são solúveis em
solventes orgânicos como o álcool, o éter e
outros. O acetileno, ao contrário dos outros
alcinos, tem cheiro agradável e é parcialmente
solúvel em água, e é partir dele que se obtêm
solúveis não inflamáveis. Os alcinos são
preparados em laboratório porque não se
encontram livres na natureza.
• O etino (acetileno), o propino (C3H4) e o butino
(C4H6) são gases nas CNTP, os membros
seguintes da série até o C14H26 apresentam-se
como líquidos, e os superiores são sólidos.
