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Hidrocarburos

Hidrocarburos

Los hidrocarburos están por todas partes. Echa un breve vistazo a tu alrededor: no tendrás que buscar mucho para encontrar uno. Por ejemplo, ¿La carretera que hay fuera de tu casa? Su superficie está hecha de hidrocarburos de cadena larga. ¿El combustible que pones en tu coche? Tanto la gasolina como el gasóleo también están hechos de hidrocarburos. Incluso el plástico de tu cepillo de dientes comenzó su vida como un hidrocarburo no muy lejos en el pasado. Versátiles, útiles y sorprendentemente simples desde el punto de vista químico: bienvenido al mundo de los hidrocarburos.

  • En primer lugar, definiremos los hidrocarburos.
  • A continuación, estudiaremos el petróleo crudo y su relación con los hidrocarburos.
  • Después, exploraremos qué son los hidrocarburos saturados o alcanos y los cuatro primeros alcanos.
  • Estudiaremos las propiedades de los hidrocarburos.
  • También, entenderemos qué son los hidrocarburos insaturados como los alquenos y veremos la prueba utilizada para identificarlos.
  • Finalmente, revisaremos algunos otros ejemplos de hidrocarburos.

¿Qué son los hidrocarburos?

Introduzcamos este artículo con una definición de los hidrocarburos:

Los hidrocarburos son moléculas formadas únicamente por átomos de hidrógeno (H) y carbono (C).

¿De dónde vienen los hidrocarburos?

Los hidrocarburos tienen un pasado impresionante. La mayoría de ellos son antiguos: sus orígenes se remontan a cientos de millones de años. Esto se debe a que la mayoría de los alcanos los obtenemos de una sustancia llamada petróleo crudo.

Petróleo crudo

¿Qué es el petróleo crudo? Veamos:

El petróleo crudo es una mezcla natural de diferentes hidrocarburos y otras impurezas orgánicas. Se forma a lo largo de millones de años a partir de los restos muertos de materia vegetal y animal.

El petróleo crudo es un líquido oscuro y maloliente. Está hecho de criaturas muertas, como algas y plantas oceánicas, que fueron comprimidas bajo pesadas capas de limo durante muchos milenios. Las capas crearon un entorno de alta presión y alta temperatura que convirtió gradualmente los restos muertos en el petróleo que utilizamos hoy.

El petróleo es extremadamente importante para la economía y para nuestra sociedad; se encuentra en las rocas y es un recurso finito, lo que significa que se acabará y no es renovable. El petróleo crudo se compone básicamente de restos de biomasa antigua, es decir, organismos vivos que, en su mayoría, consisten en plancton que quedó enterrado en el lodo y que murió hace millones de años.

Destilación fraccionada

Por sí mismo, el petróleo crudo no es tan útil. Esto se debe a que es una mezcla de varios compuestos, hidrocarburos e impurezas, todos ellos con tamaños y propiedades diferentes.

Es como si una empresa de construcción pidiera un camión cargado de ladrillos, tejas y cristales, pero en lugar de llegar a la obra en contenedores separados, todos los materiales diferentes llegaran mezclados en un gran montón desordenado. No se pueden utilizar cristales para embaldosar un tejado, ni ladrillos para rellenar una ventana: no funcionan de la misma manera. Para aprovechar al máximo los distintos materiales, hay que separarlos por tipos. El petróleo crudo se separa por la misma razón en un proceso llamado destilación fraccionada.

La destilación fraccionada es una técnica de separación que consiste en dividir una mezcla en muestras más pequeñas en función de sus puntos de ebullición. Estas muestras se conocen como fracciones.

Al destilar el petróleo crudo, podemos obtener diferentes fracciones de hidrocarburos que tienen todos puntos de ebullición similares. Esto significa también que tienen muchas otras propiedades similares. Estas fracciones nos resultan mucho más útiles que la mezcla cruda sin refinar.

La formación de petróleo crudo lleva millones de años. Sin embargo, algunos alcanos se producen mucho más rápidamente.

Por ejemplo, ciertas bacterias metanogénicas producen el alcano metano como parte de sus reacciones cotidianas. Muchas bacterias metanogénicas viven como felices campistas dentro del sistema digestivo de las vacas y son las responsables de las grandes cantidades de metano en los pedos de vaca. Pero esto es un gran problema. El metano es en realidad un gas de efecto invernadero, y se considera que la ganadería contribuye significativamente al calentamiento global actual.

Craqueo

El petróleo crudo contiene una gran proporción de hidrocarburos de cadena larga. Aunque tienen algunos usos, como se verá en la siguiente sección, su oferta supera fácilmente su demanda. Sin embargo, no queremos desperdiciar todos estos hidrocarburos; al fin y al cabo, hemos invertido mucho tiempo y esfuerzo en separarlos del crudo. Por lo tanto, transformamos los hidrocarburos de cadena larga menos útiles y no deseados en hidrocarburos de cadena corta más útiles y económicamente viables mediante un proceso llamado craqueo.

El craqueo es el proceso de descomposición de moléculas grandes en otras más pequeñas y útiles.

Hidrocarburos saturados

Los hidrocarburos saturados son compuestos que están formados por hidrógeno (H) y carbono (C) unidos solo por enlaces simples. Estos átomos se mantienen unidos por fuertes enlaces covalentes.

El término saturado se refiere al tipo de enlaces covalentes de la molécula, es decir, si se trata de enlaces simples o dobles. En los hidrocarburos saturados (como los alcanos), todos los enlaces carbono-carbono son enlaces simples C-C. Esto significa que los alcanos contienen el máximo número posible de átomos de hidrógeno.

Alcanos

En primer lugar, veamos la definición básica de un alcano:

Un alcano es un hidrocarburo saturado.

Fíjate en el siguiente ejemplo de dos alcanos:

Alkanes structure examples drawing StudySmarter

Figura 2: Ejemplo de dos alcanos: el metano y el etano, respectivamente. Puedes observar que los alcanos están compuestos por carbono (C) e hidrógeno (H).

Fórmula general

Antes de ver cuál es la fórmula general de los alcanos, veamos lo que es una serie homóloga:

Una serie homóloga es una familia de moléculas relacionadas con propiedades químicas similares. Todas ellas comparten la misma fórmula general.

Poder representar una familia de moléculas, como los alcanos, con una fórmula general es útil para los químicos. Nos ayuda a calcular la fórmula química única de cualquier miembro de la familia, aunque no sepamos exactamente cuántos átomos de carbono e hidrógeno contienen. Es casi como un manual de instrucciones para escribir la fórmula de una molécula.

La fórmula general de los hidrocarburos saturados es:

CnH2n+2C_{n}H_{2n+2}

Si el número de carbonos aumenta en la cadena, los alcanos pueden presentar cambios en sus propiedades físicas. Los cuatro primeros alcanos de la serie homóloga de los alcanos son el metano, el etano, el propano y el butano y su fórmula molecular es la siguiente:

  • Metano: CH4.
  • Etano: C2H6.
  • Propano: C3H8.
  • Butano: C4H10.

Este manual de instrucciones nos dice que si un alcano tiene n átomos de carbono, siempre tiene 2n+2 átomos de hidrógeno. Intenta encontrar las fórmulas de algunos alcanos utilizando los ejemplos resueltos que aparecen a continuación:

Escribe las fórmulas de:

  1. Un alcano con dos átomos de carbono.

Bien, sabemos que los alcanos están representados por la fórmula general CnH2n+2. La pregunta nos dice que el alcano de la parte a tiene dos átomos de carbono, por lo que aquí, n=2n=2 Por tanto, nuestro alcano tiene 2·(2)+2=62·(2)+2=6 átomos de hidrógeno, por lo que tiene la fórmula C2H6.

2. Un alcano con ocho átomos de hidrógeno.

Esta parte requiere un poco más de trabajo. El alcano tiene ocho átomos de hidrógeno, por lo que 2n+2=8. Si resolvemos la ecuación, n=3:

2n+2=82n+2=8 2n=62n=6n=3n=3

Por lo tanto, la fórmula será C3H8.

Propiedades de los alcanos

Antes hemos mencionado que los alcanos forman una serie homóloga. Se trata de una gran familia de moléculas relacionadas. Piensa en tu familia: podéis compartir ciertas características. Por ejemplo, puede que todos tengáis el pelo rizado y los ojos marrones, o que os gusten las películas de terror y los dibujos animados malos. Los alcanos también comparten ciertas propiedades. Estas propiedades muestran tendencias claras a medida que aumenta el número de átomos de carbono en la cadena del alcano, pasando de alcanos más cortos a alcanos más largos. He aquí algunos ejemplos:

Los alcanos de cadena larga tienen puntos de ebullición más altos que los de cadena corta. También son más viscosos. Esto significa que son más espesos, más “pegajosos”, y fluyen con menos facilidad.

Sin embargo, los alcanos de cadena larga son menos inflamables que los de cadena corta. Esto significa que son más difíciles de inflamar. Además, son menos volátiles. Esto significa que se convierten en gas con menos facilidad.

Fíjate en la siguiente tabla para entender las propiedades de los alcanos:

Hidrocarburos insaturados

Si los hidrocarburos saturados son hidrocarburos que solo contienen enlaces C-C simples, ¿Puedes adivinar qué son los hidrocarburos insaturados?

Pues bien, son hidrocarburos que contienen al menos un doble enlace C=C o triple C≡C. Esto significa que es posible añadir átomos de hidrógeno adicionales a su estructura.

Los hidrocarburos insaturados son aquellos que no tienen todos sus carbonos unidos a otros compuestos por enlaces simples, sino que tienen algún enlace doble o triple.

Hay dos tipos de hidrocarburos insaturados según el tipo de enlaces que tengan: los alquenos (enlaces dobles) y los alquinos (enlaces triples).

Alquenos

Los alquenos tienen enlaces dobles entre sus átomos de carbono (=). Su fórmula general es:

CnH2nC_{n}H_{2n}

Los alquenos son hidrocarburos con uno o más enlaces dobles.

Además, los alquenos tienen 2 átomos de hidrógeno menos que los alcanos, con el mismo número de átomos de carbono. Se dice que los alquenos son más reactivos que los alcanos y que el doble enlace del alqueno le permite reaccionar de forma diferente a los alcanos que solo contienen enlaces simples.

Existe una prueba que se puede realizar para identificar un alqueno y que se llama prueba del agua de bromo. El agua de bromo es una solución de color naranja y cuando se le añade un alqueno se produce un cambio de color de naranja a incoloro. Esto ocurre debido al doble enlace del alqueno (C=C) que reacciona con los átomos de bromo. Por otro lado, el alcano no cambia de color cuando se le añade agua con bromo y permanece naranja debido a que no tiene dobles enlaces.

Los alquenos también tienen algunos usos, como la fabricación de polímeros y su utilización como material de partida para producir muchos productos químicos.

Alquinos

Los alquinos tienen enlaces triples entre sus átomos de carbono (). Su fórmula general es:

CnH2n-2C_{n}H_{2n-2}

Los alquinos son hidrocarburos con uno o más enlaces triples.

Además, los alquenos tienen 3 átomos de hidrógeno menos que los alcanos, con el mismo número de átomos de carbono.

Ejemplos de hidrocarburos

Veamos una tabla con los 10 primeros hidrocarburos (desde los hidrocarburos formados por un carbono hasta los formados por 10 carbonos):

Número de carbonosAlcanoAlquenoAlquino
1metano--
2etanoetenoetino
3propanopropenopropino
4butanobutenobutino
5pentanopentenopentino
6hexanohexenohexino
7heptanohepptenoheptino
8octanooctenooctino
9nonanononenononino
10decanodequenodequino

Usos de los hidrocarburos

Veamos a continuación cuáles son las propiedades y usos de los hidrocarburos:

  • Muchos hidrocarburos se utilizan como combustible. Esto se debe a que liberan mucha energía cuando se queman. Por ejemplo, los alcanos de cadena corta se encuentran en las estufas de camping, mientras que los alcanos de cadena media constituyen la gasolina y el gasóleo de nuestros coches. Los alcanos de cadena más larga, en cambio, hacen funcionar los barcos. ¿Y el metano, el alcano más pequeño? Resulta ser un gran combustible para cohetes.
  • Los hidrocarburos de cadena más larga también se emplean como materiales de construcción, por ejemplo, en las carreteras o en los tejados.
  • Muchos hidrocarburos son útiles como disolventes y lubricantes. Esto se debe a que no son tan reactivos y, por tanto, no interactúan mucho con otras sustancias. Por ejemplo, el alcano C7H16 se emplea para disolver y analizar las huellas dactilares en las escenas del crimen.
  • Por último, los hidrocarburos son una buena materia prima química. Esto significa simplemente que podemos hacerlos reaccionar industrialmente para producir otros tipos de moléculas y compuestos. Por ejemplo, es probable que una molécula basada en el etano mantenga fría su nevera. Los polímeros, como los plásticos, también pueden derivarse de los alcanos.

No mentíamos en la introducción: ¡Los hidrocarburos están realmente en todas partes! Esperamos que ahora los conozcas mucho mejor y aprecies el enorme papel que desempeñan en nuestra vida cotidiana.

Hidrocarburos - Puntos clave

  • Los hidrocarburos son moléculas formadas únicamente por átomos de hidrógeno (H) y carbono (C).
  • Un alcano es un hidrocarburo saturado.
  • Los alquenos son hidrocarburos con uno o más enlaces dobles.
  • Los alquinos son hidrocarburos con uno o más enlaces triples.

Preguntas frecuentes sobre Hidrocarburos

Los hidrocarburos son moléculas formadas únicamente por átomos de hidrógeno (H) y carbono (C).

Los hidrocarburos tienen muchos usos, como por ejemplo, combustibles, materiales de construcción, disolventes, lubricantes o materia prima química.

Los hidrocarburos están compuestos por hidrógeno (H) y carbono (C).

Los hidrocarburos se pueden dividir en dos tipos: hidrocarburos saturados (alcanos) e hidrocarburos insaturados y, a su vez, estos últimos pueden ser alquenos (con dobles enlaces) o alquinos (triples enlaces).

Cuestionario final de Hidrocarburos

Pregunta

¿Qué es un alqueno?

Mostrar respuesta

Answer

Un hidrocarburo insaturado que contiene, al menos, un enlace doble.

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Pregunta

¿Qué son los hidrocarburos?

Mostrar respuesta

Answer

Los hidrocarburos son moléculas formadas únicamente por átomos de hidrógeno (H) y carbono (C).

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Pregunta

¿Qué es el petróleo crudo?

Mostrar respuesta

Answer

Es una mezcla natural de diferentes hidrocarburos y otras impurezas orgánicas. Se forma a lo largo de millones de años a partir de los restos muertos de la materia vegetal y animal.

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Pregunta

¿Para qué sirve la destilación fraccionada?

Mostrar respuesta

Answer

Sirve para dividir una mezcla en muestras más pequeñas en función de sus puntos de ebullición.

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Pregunta

¿Qué tipo de enlace tienen los alquenos?

Mostrar respuesta

Answer

Enlace simple.

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de enlace tienen los alcanos?

Mostrar respuesta

Answer

Enlace simple.

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Pregunta

¿Qué tipo de enlace tienen los alquinos?

Mostrar respuesta

Answer

Enlace triple.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: El craqueo sirve para descomponer cadenas largas de hidrocarburos en cadenas cortas.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

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Pregunta

¿Qué son los hidrocarburos saturados?

Mostrar respuesta

Answer

Son compuestos que están formados por hidrógeno (H) y carbono (C) unidos sólo por enlaces simples. 

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Los hidrocarburos insaturados son  los alcanos y los alquenos.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

¿Qué son los hidrocarburos insaturados?

Mostrar respuesta

Answer

Son aquellos que no tienen todos sus carbonos unidos a otros compuestos por enlaces simples, sino que tienen algún enlace doble o triple.

Show question

Pregunta

¿De dónde obtenemos la mayoría de los hidrocarburos?

Mostrar respuesta

Answer

A partir del petróleo crudo, llevando a cabo posteriormente una destilación fraccionada y un craqueo.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la fórmula general de los alcanos?

Mostrar respuesta

Answer

CnH2n+2.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la fórmula general de los alquenos?

Mostrar respuesta

Answer

CnH2n.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la fórmula general de los alquinos?

Mostrar respuesta

Answer

CnH2n-2.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama el hidrocarburo formado por un átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno?

Mostrar respuesta

Answer

Metano.

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Pregunta

¿Qué son los compuestos halogenados?

Mostrar respuesta

Answer

Son aquellos que tienen, como mínimo, un átomo de un elemento de los que denominados "Halógenos", es decir, F, Cl, Br, I o At.

Show question

Pregunta

¿Cuáles de los siguientes compuestos son halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

F.

Show question

Pregunta

¿Cuáles de los siguientes compuestos son halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

Br.

Show question

Pregunta

¿Qué son los halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

Son los elementos químicos que se encuentran en el grupo VII de la tabla periódica.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las principales características de los halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

Sus principales características son que son elementos muy reactivos, muy electronegativos y que, generalmente, forman sales cuando se unen con otros elementos.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la principal reacción que llevan a cabo los halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

La halogenación.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Hay 8 elementos considerados como halógenos.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Hay 5 elementos considerados como halógenos.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el halógeno de tamaño más pequeño?

Mostrar respuesta

Answer

Flúor.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el halógeno de tamaño más grande?

Mostrar respuesta

Answer

Astato.

Show question

Pregunta

¿Qué es la halogenación?

Mostrar respuesta

Answer

Es un tipo de reacción química en la que, a una molécula, se le añaden uno o varios átomos de halógeno, es decir, de flúor, cloro, bromo, yodo o astato.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las principales características de los halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

  • Son elementos diatómicos, ya que sólo les falta un electrón para llenar su capa de valencia (regla del octeto) por lo que cada átomo se junta con otro de su misma especie para ser más estables.
  • Son muy reactivos.
  • Son muy electronegativos.
  • Son elementos químicos bastante peligrosos para el ser humano
  • Se pueden encontrar en estado gaseoso (cloro y flúor), líquido (bromo) o sólido (yodo y astato).

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Pregunta

¿Cuáles son las características del flúor?

Mostrar respuesta

Answer

  • Su fórmula molecular es F2.
  • Su número atómico es 9.
  • Es el elemento más electronegativo de todos los elementos existentes.
  •  Es el más pequeño de todos los halógenos.
  • A temperatura ambiente se encuentra en forma gaseosa. 

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Pregunta

¿Verdadero o falso?: Los halógenos en fórmula molecular, son diatómicos.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cuántos enlaces pueden formar los halógenos?

Mostrar respuesta

Answer

Pueden formar hasta 5 enlaces.

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