المركبات الهيدروكربونية

المركّبات الهيدروكربونيّة

تعد المركبات الهيدروكربونية مركبات كيميائية عضويّة تتكوّن من عناصر الكربون والهيدروجين فقط، حيث ترتبط ذرات الكربون معاً لتشكيل الهيكل للمركب، وترتبط ذرات الهيدروجين بها بأشكال مختلفة، وهي المكوّن الأساسي للنفط والغاز الطبيعي ، المستخدمان كوقود، وزيوت تشحيم، ومواد خام لإنتاج البلاستيك ، والألياف، والمطاط، والمذيبات، والمتفجرات، والمواد الكيميائية الصناعية؛ وتوجد الهيدروكربونات في الأشجار والنباتات أيضاً على شكل أصباغ يُطلق عليها اسم الكاروتينات (بالإنجليزية: carotenes) الموجودة في الجزر والأوراق الخضراء.

تعد الهيدروكربونات أبسط المركبات العضوية ، وعلى الرغم من تكوّن هذه المركبات من نوعين من الذرات فقط، إلا أن هناك مجموعات متنوعة منها؛ بسبب تكونها من أطوال مختلفة من السلاسل، والسلاسل المتفرعة، وحلقات ذرات الكربون، أو خليط من هذه التراكيب، وهي توجد في العديد من النباتات، والحيوانات ، والوقود الأحفوري الناتج عنها، كما يمكن تحضير بعضها في المختبر.

أنواع المركّبات الهيدروكربونيّة

قسّم الكيميائيون المركّبات الهيدروكربونيّة في القرن التاسع عشر إلى نوعين رئيسيين اعتماداً على مصدرها وخصائصها، وهذه الأنواع هي:

• المركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية (بالإنجليزية: aliphatic hydrocarbons): وهي المشتقة من الانحلال الكيميائي للدهون أو الزيوت، وتُقسم إلى ثلاث مجموعات رئيسية اعتماداً على نوع الروابط التي تحتويها وهذه المجموعات هي:
  • الألكانات (بالإنجليزية: alkanes).
  • الألكينات (بالإنجليزية: alkenes).
  • الألكاينات (بالإنجليزية: alkynes).
• المركّبات الأروماتيّة (العطريّة) (بالإنجليزية: aromatic hydrocarbons): وهي المشتقة من الانحلال الكيميائي لمستخلصات بعض أنواع النباتات ذات الرائحة العطرية، وهي تنقسم إلى نوعين هما:
  • الهيدروكربونات المهلجنة العطرية (بالإنجليزية: arenes aromatic hydrocarbons): وهي التي تضم حلقة بنزين كوحدة بناء أساسية فيها.
  • الهيدروكربونات غير المهلجنة العطرية (بالإنجليزية: nonbenzenoid aromatic hydrocarbons): وهي التي تفتقر إلى حلقة بنزين كوحدة بناء فيها.

استمر اسنخدام المصطلحات الدالّة على أنواع الهيدروكربونات حتى الوقت الحالي، إلا أن المركبات التي تصفها هذه الأسماء يتم تصنيفها حالياً بناء على تركيبها بدلاً من أصولها كما في التصنيف السابق، ومن الجدير بالذكر أنه يُطلق على الألكانات اسم الهيدروكربونات المشبعة (بالإنجليزية: saturated hydrocarbons)، بينما يُطلق على المركبات العطرية، والألكينات، والألكاينات اسم المركبات العضوية غير المشبعة (بالإنجليزية: unsaturated hydrocarbons).

من الأمور الشائعة في الهيدروكربونات كذلك أن الجزيء الواحد قد يدمج بين وحدات بنائية لعائلتين هيدروكربونيتين أو أكثر؛ فعلى سبيل المثال يُظهر الجزيء الذي يحتوي على رابطة ثلاثية بين ذرات الكربون، وحلقة بنزين بعض الخصائص المميزة للألكاينات، وغيرها من الخصائص المتعلقة بالهيدروكربونات العطريّة.

المركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية

تعد المركبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية عبارة عن مركبات عضوية تحتوي على الكربون والهيدروجين المرتبطين معاً على شكل سلاسل مستقيمة، أو متفرعة، أو حلقات غير عطرية، وعلى الرغم من أن ذرات الهيدروجين تعد الذرات الأكثر شيوعاً للارتباط بسلسلة الكربون، إلا أنّ الأكسجين، والنيتروجين ، والكبريت، والكلور تعد أيضاً من الذرات التي قد تتواجد في هذا التوع من المركبات.

يعد الميثان CH₄ أبسط أنواع المركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية، وهو يُطلق كغاز من الأجسام المتحللة، ومن أمعاء الكثير من الحيوانات،ومن الأمثلة عليها أيضاً: الأسيتيلين، والبروبان، والبروبين، والإيثيلين، والبوليثيلين، ومن أبرز خصائص هذه المركبات أن أغلبها قابل للاشتعال؛ لذلك فهي تستخدم غالباً كوقود.

الألكانات

تحتوي الألكانات على رابطة أحادية فقط، وجميع صيغ الجزيئات فيها تتبع الصيغة العامة الآتية: C_nH_{2n 2}، وتعني هذه الصيغة أن عدد ذرات الهيدروجين فيها يساوي ضعف عدد ذرات الكربون بالإضافة إلى العدد 2.

تستخدم الألكانات كوقود نظيف يحترق لينتج الماء، وثاني أكسيد الكربون، ويعد كل من الميثان ، والإيثان، والبروبان، والبيوتان الألكانات الأربعة الأولى في السلسلة، وهي عبارة عن غازات، بينما تعد الألكانات الاخرى التي تليها في الحالة السائلة.

تعد الألكانات الحلقية (بالإنجليزية: Cycloalkanes) نوعاً من الألكانات يضم حلقة كربون وليس حلقة بنزين، وهي تمتلك رابطة أحادية واحدة، لذلك فهي مشبعة، وتشبه في خصائصها الألكانات الحلقية الألكانات الخاصة بها؛ مثل البروبان الحلقي أو البيوتان الحلقي، لكنها قد تمتلك درجات غليان أو ذوبان مرتفعة مقارنة بهم.

الألكينات

تحتوي الألكينات على رابطة ثنائية واحدة فقط بين ذرات الكربون، وجميع صيغ الجزيئات فيها تتبع الصيغة العامة الآتية: C_nH_2n، وهي شديدة التفاعل الكيميائي ، ومن الأمثلة عليها الإيثين، والإيثيلين، والبروبين.

الألكاينات

تحتوي على رابطة ثلاثية واحدة بين ذرات الكربون، وجميع صيغ الجزيئات فيها تتبع الصيغة العامة الآتية: C_nH_{2n- 2}، وهي شديدة التفاعل الكيميائي، الذي يشمل إضافة الهيدروجين أو الهالوجينات، ومن الأمثلة عليها: البروباين.تتشابه الخواص الفيزيائية للألكينات والألكاينات عموماً مع خواص الألكانات، أو الألكانات الحلقية المساوية لها بأعداد ذرات الكربون، وتمتلك الألكاينات عادة درجات غليان أعلى من الألكانات أو الألكينات.

المركّبات الهيدروكربونيّة الأروماتيّة (العطريّة)

يمكن تعريف المركّبات الهيدروكربونيّة الأروماتيّة (العطريّة) بأنها مركبات حلقية مستقرة، وغير مشبعة، تتكوّن بشكل رئيسي من ذرات الكربون، والهيدروجين، ويعد البنزين (C₆H₆) أشهر هذه المركبات، وهي صعبة الفصل في التفاعلات الكيميائية خلافاً للمركبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية،وتضم عادة حلقة أو حلقيتن من البنزين .

الأهمية الاقتصادية للمركبات الهيدروكربونية

ينتج عن حرق الهيدروكربونات في وجود كمية كافية من الأكسجين، غاز ثاني أكسيد الكربون، والماء، والحرارة، ويعد هذا السبب الرئيسي لاستخدامها كوقود في العالم؛ حيث تعد الهيدروكربونات المصدر الرئيسي للطاقة حول العالم؛ فهي توفّر الوقود الذي يمكن تحويله إلى طاقة من خلال تكرير النفط، الذي يقدّم مجموعة واسعة من المواد المشتقة التي تلعب دوراً مهماً في الاقتصاد العالمي ؛ والتي تشمل أهميتها في صناعة البلاستيك، والمذيبات، ومواد التشحيم.