1. Hidrocarburos. Clasificación.2. ALCANOS. Estructura y descripción orbitálica.3. Propiedades físicas de los alcanos. 4. Estado natural y fuentes industriales de los alcanos.4.1. Destilación del petróleo4.2. Pirólisis (“craking”)4.3. Combustión

Lección 3: HIDROCARBUROS

HIDROCARBUROS. Clasificación

Orbitales híbridos sp3

ALCANOS. Estructura

Metano

Etano

Longitud C-C 1.53 Å

Longitud C-H 1.09 Å

CnH2nCnH2n+2CnH2n+2Fórmula general

CíclicaRamificadaLinealTipo de cadena

Ejemplo

En la fórmula molecular de los alcanos cíclicos se quitan dos hidrógenos por cada ciclo, respecto del alcano no cíclico del mismo número de átomos de carbono. Los compuestos de estructura diferente que tienen la misma fórmula molecular se denominan isómeros. El número de posibles isómeros aumenta con el número de carbonos de forma espectacular:

ALCANOS. Generalidades

>400.0002035

43924

19813

10712

5611

Isómerosn (CnH2n+2)Isómerosn (CnH2n+2)

Puntos de ebullición de algunos alcanos Punto de ebullición

El punto de ebullición aumenta con el tamaño del alcano porque las fuerzas intramoleculares atractivas (fuerzas de van der Waals y de London) son más efectivas cuanto mayor es la superficie de la molécula. Nota que el heptano (¡23 átomos!) tiene un punto de ebullición próximo al del agua (¡3 átomos!). Conclusión: las fuerzas de van der Waals (heptano) son mucho más débiles que los enlaces de hidrógeno (agua).

Estos alcanos tienen el mismo número de carbonos y sus puntos de ebullición son muy distintos. La superficie efectiva de contacto entre dos moléculas disminuye cuanto más ramificadas sean éstas. Las fuerzas intermoleculares son menores en los alcanos ramificados y tienen puntos de ebullición más bajos.

ALCANOS. Propiedades físicas 1111

ALCANOS. Propiedades físicas 2222Punto de fusión

El punto de fusión también aumenta con el tamaño del alcano por la misma razón. Los alcanos con número de carbonos impar se empaquetan peor en la estructura cristalina y poseen puntos de ebullición un poco menores de lo esperado.

Densidad en estado líquido

Cuanto mayor es el número de carbonos las fuerzas intermoleculares son mayores y la cohesión intermolecular aumenta, resultando en un aumento de la proximidad molecular y, por tanto, de la densidad. Nótese que en todos los casos es inferior a uno.

Fuentes naturales de los Alcanos. El PetróleoEl PetróleoEl PetróleoEl Petróleo

Las dos fuentes naturales más importantes de alcanos son el petróleo y el gas natural Visita:http://www.energy.ca.gov/links/oil.htmlhttp://www.api.org/edu/factsoil.htmhttp://www.petrochemistry.net

En las refinerías el petróleo se destila en altas torres para obtener gasolinas y un enorme número de productos esenciales para el desarrollo de la sociedad actual. Visita: http://www.chevroncars.com/know/refinery/

1111

Aceite residual, parafinas,

brea

>25 >400 8-69

Gas-oil, Fuel-oil, aceites

lubricantes, ceras, asfaltos

15-25 300-400 10-40

Queroseno12-15 200-300 5-20

Eter de petróleo (C5,6), ligroína(C7), nafta, gasolina cruda

4-12 30-200 15-30

Gas natural, metano, propano,

butano, gas licuado

1-4 <30 1-2

ProductosÁtomos de carbono

Punto de ebullición (°C)

Cantidad (%Volumen)

Destilación del petroleo crudo

2222El refinado del petróleo crudo comprende una serie de procesos, los más importantes son: Destilación, Craking y Reformado.

El craqueo (“craking”) es el proceso por el que se rompen químicamente las moléculas de hidrocarburo más grandes

y complejas en otras más pequeñas y simples, para incrementar el rendimiento de obtención de gasolina a partir del petróleo. El craqueo se realiza mediante la aplicación de calor y presión y, más modernamente,

mediante el uso de catalizadores spropiados (zeolitas, etc.)

El hidrocarburo de mayor índice de octano es el isooctano. El de menor el hepatno. El índice de octano marca la capacidad de autoignición de la gasolina bajo presión. Cuanto mayor índice más díficil es la autoignición. Para los motores de explosión de los coches de gasolina es importante que el nivel de autoignición sea bajo. Por ello la gasolina se vende con índices de octano altos (95 mínimo).

La gasolina tendría un precio altísimo si estuviera constituída casi únicamente de isooctano para conseguir un índice de octano apropiado. Puede subirse el octanaje de una mezcla de alcanos mediante el uso de aditivos que impidan su autoignición prematura en el ciclo de explosión de un motor. El aditivo más común hasta hace pocos años era el tetraetilplomo. Pero su relativamente elevada toxicidad ha provocado una frenética investigación para reemplazarlo. El que se usa actualmente es el di-t-butil éter.

En la gasolina:

1

2

3333

ReformadoEl reformado se suele utilizar para mejorar el índice de octanos. Comprende deshidrogenaciones, ciclaciones e isomerizaciones de alcanos.

Pirólisis = rotura por la acción del calor

Pirólisis de alcanos

+ calor

Oxidación de alcanos: Combustión

http://www.todomotores.cl/mecanica/el_motor.htmhttp://www.asifunciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af_motor_gasolina_7.htm

La mayoría de los motores de combustión interna, utilizan el principio del émbolo reciprocante, según el cual, un émbolo se desliza dentro de un cilindro hacia atrás y hacia delante y transmite fuerza a la flecha motriz, por lo general, mediante un simple mecanismo de biela y

manivela.

carrera de

admisión

carrera de

compresión

chispa y

carrera de

expansión

carrera de

escape

Motor de combustión interna

Al final de la carrera de compresión, ocurre la chispa y el incendio consecuente de la mezcla homogénea, liberando energía que aumenta la temperatura y la presión de los gases; enseguida desciende el émbolo en la carrera de expansión o de potencia.

La energía liberada cuando 1 mol de un compuesto se oxida a CO2 y H2O es su Calor de Combustión (∆H°comb)

∆H°comb