13.3.- Hidrocarburos saturados: Alcanos
13.3.2.- Propiedades
físicas y químicas

Los alcanos con menos átomos de carbono son gases. El pentano ya es líquido a temperatura ambiente. A medida que el peso molecular aumenta, su punto de fusión aumenta y también su punto de ebullición y su densidad (en el caso de líquidos).

Una ramificación hace descender el punto de ebullición en unos 8‑10 ºC, (los isómeros tienen puntos de ebullición diferentes).

Los ciclo alcanos (CnH2n) tienen propiedades similares a los hidrocarburos del mismo número de átomos de carbono, aunque su punto de ebullición es algo superior.

Los hidrocarburos saturados son especialmente inertes en la mayoría de las reacciones químicas. No obstante reaccionan con halógenos a elevadas temperaturas y con ayuda de catalizadores dando lugar a derivados halogenados. La reacción no conduce a un único derivado halogenado sino a varios:

CH4 + Cl2        CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4

En condiciones severas de presión y temperatura, los hidrocarburos de alto peso molecular se rompen en fragmentos más pequeños. Este proceso se llama "cracking" y es de mucho interés para la obtención de la gasolina (octano) a partir de hidrocarburos de mayor número de átomos de carbono.

Pero la reacción por excelencia de los hidrocarburos es la combustión; se combinan con oxígeno (arden) para dar dióxido de carbono y agua liberando gran cantidad de energía:

CnH2n+2  +  (3n+1)/2 O2            n CO2   +  (n+1) H2O

Esta reacción constituye la base de todas las aplicaciones de los hidrocarburos como combustibles y sobre ella se basa nuestra economía, salud y bienestar. El calor liberado va aumentando de forma regular al aumentar el número de carbonos del hidrocarburo (unos 660,44 KJ/mol por cada grupo -CH2-. El metano tiene una entalpía de combustión de –886,16 KJ/mol; el etano de –1.569,14 KJ/mol: el propano – 2.219,58 y así sucesivamente, el decano –6.771,60 KJ/mol.

La fuente principal de los hidrocarburos es el petróleo que se encuentra a profundidades variables tanto en sedimentos terrestres como submarinos, sometido a grandes presiones. El petróleo se puede definir como materia orgánica formada fundamentalmente por hidrocarburos líquidos, con otros gaseosos y sólidos en disolución, acompañada muchas veces de agua salada. Se trata de hidrocarburos, desde el metano hasta especies complejas con más de 40 átomos de carbono que no pueden destilarse sin una descomposición previa.

La complejidad y número enorme de especies presentes en el petróleo obliga a considerarlo como un conjunto de fracciones, entendiendo por tales las partes en que prácticamente puede dividirse el petróleo por razón de la distinta volatilidad de los diferentes hidrocarburos que lo componen. Además de hidrocarburos se hallan también presentes compuestos que contienen Oxígeno, Nitrógeno y Azufre.

Pozo petrolíferoEl producto que mana de los pozos es un líquido más o menos denso, viscoso y negruzco al que acompañan cantidades importantes de gas desorbido al disminuir la presión del yacimiento. En el propio campo petrolífero se priva al "crudo" del agua y los sólidos interpuestos, pero todavía es necesario, frecuentemente, eliminar los gases disueltos, pues hacen peligroso y difícil su transporte. Esta operación se llama estabilización, y se aprovecha para separar los gases de mayor volatilidad.

El crudo estabilizado se trata en las refinerías de acuerdo con el destino que se fije para los productos obtenidos. La cantidad de cada uno de ellos que se obtenga dependerá, en gran medida, de la constitución molecular , o sea, de la "base" del crudo.

El trabajo en la refinería tiene un cuádruple objetivo:

  1. Separar el crudo en varias fracciones acomodadas a las necesidades del mercado (gasolinas, gasóleo, queroseno, parafinas, etc.) a lo que se llama fraccionamiento.
     

  2. Refinería de petróleoModificar (generalmente aumentar) las proporciones de las fracciones volátiles, como la gasolina, mediante la operación llamada craqueo, a expensas de las fracciones más pesadas.
     

  3. Variar la naturaleza  de los hidrocarburos componentes de las fracciones volátiles (gasolinas) para elevar su calidad de carburante (su octanaje), mediante el craqueo catalítico (reforming).
    El índice de octano u octanaje es una escala que se utiliza  para comparar el poder antidetonante de las gasolinas. Los niveles de referencia son el heptano (nivel 0) y el isooctano (nivel 100). Según esto, una gasolina de 95 octanos tiene el mismo poder antidetonante que una mezcla del 95 % de isooctano y el 5% de heptano. Hay gasolinas que superan el nivel 100, es decir son más antidetonantes que el isooctano puro.
    Las gasolinas de cadena lineal son más detonantes que las que tienen compuestos ramificados o cíclicos. La adición de algunos compuestos químicos mejora el poder antidetonante de las gasolinas. El más utilizado es el tetraetil plomo. Sin embargo, últimamente se ha determinado que se dejen de utilizar ya que la contaminación consiguiente por plomo es muy peligrosa.
     

  4. Eliminar de las fracciones los componentes indeseables, proceso al que se llama genéricamente refino y especialmente desulfuración, desparafinado, desalfaltado, etc.

 

 

Existen otras dos fuentes de hidrocarburos que, aunque menos importantes que el petróleo, son dignas de mención:

  1. Gas natural: Es una mezcla de hidrocarburos de entre 1 y 8 átomos de carbono. El metano, con un porcentaje de al menos el 80% constituye casi toda la mezcla, y los demás hidrocarburos registran porcentajes decrecientes. El gas natural, conducido por gaseoductos a las ciudades, es el principal componente del gas ciudad. Con frecuencia se separan previamente por licuefacción el propano y el butano que se comercializan en bombonas a presión.
     

  2. Carbón: El carbón también es un combustible fósil procedente de los restos vegetales de otras épocas geológicas. Si se calienta un trozo de carbón en condiciones adecuadas (proceso que se conoce como destilación seca del carbón), se descompone originando tres productos principales:
     

    1. Gas de alumbrado (o gas de coquerías): Mezcla constituida por aproximadamente un 50% de Hidrógeno (H2), un 30 % de metano (CH4), un 8% de monóxido de carbono (CO) y cantidades inferiores de otros hidrocarburos, Nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2) entre otros. Se utiliza como combustible. Hace muchos años era muy empleado en el gas ciudad pero en la actualidad existe la tendencia de sustituirlo por gas natural ya que es mucho más limpio.
       

    2. Coque: es el residuo sólido que deja el carbón. Contiene toda la materia mineral del carbón pero principalmente carbono libre. Esto hace que sea un combustible limpio (sin humos) y por lo tanto muy apreciado.
       

    3. Alquitrán: líquido negro y viscoso de olor desagradable formado por una mezcla de muchos hidrocarburos aromáticos. Constituye la fuente principal de este tipo de compuestos aromáticos, (ya que en el petróleo y el gas natural predominan los hidrocarburos saturados). Sometido a destilación fraccionada, se pueden separar benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenol, antraceno, etc., también aceites pesados destinados a combustibles en motores diésel y en calefacción, y como residuo una pez negruzca que se utiliza para impermeabilizar edificios y pavimentar carreteras.
       

El carbón más utilizado es la hulla (producto natural que contiene de entre un 74 y un 90 % de Carbono). La hulla tiene la ventaja de que produce un coque de gran calidad, pero sobre todo porque su alquitrán es una fuente rica en los hidrocarburos aromáticos muy utilizados en la industria química. En la siguiente tabla aparecen los datos de los productos obtenidos en la destilación seca de la hulla (por cada 1000 Kg):

Destilación de la hulla (por cada 1000 Kg)

Producto

Cantidad

Carbón de coque

Alquitrán

Benceno, tolueno, xilenos

Amoniaco

Gas de alumbrado

750 Kg

30 – 35 Kg

7 – 12 Kg

1 – 3 Kg

300 – 500 m3

 

 

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