CAZA TESOROS HIDROCARBUROS

1.¿Cuál es la incidencia ecologica de la contaminación por petroleo?

Los derrames de hidocarburos pueden tener un grave impacto en las actividades costeras y en aquellas actividades que suponen el uso y disfrute de los recursos marinos. En la mayoria de los casos, tales daños resultan temporales y son principalmente las propiedades fisicas de los hidocarburos las que causan molestias y crean condiciones potencialmente peligrosas. sin embargo en determinadas, situaciones puede que sean necesarios muchos años para que se produzca una rcuperacion y, en raras ocasiones el daño puede resultar irreparable. El efecto sobre la vida marina es una combinacio de toxicidad y maculacion producida por la composicion quimica de los hidrocarburos asi como por la diversidad y variabilidad de los sistemas biologicos y de su sensibilidad a la contaminacion por hidrocarburos. No obstante, se pueden reducir los daños causads al medio ambiente si se emprenden de inmedito las medidas correctoras apropiadas.

2.¿Cómo es el comportamiento de las propiedades físicas de los alcanos, alquenos y alquinos con respecto al aumento de carbonos?

Propiedades físicas de los alcanos:

Las propiedades físicas de los alcanos como en otras clases de compuestos orgánicos depende de la longitud de la cadena.

Punto de ebullición:

En la figura 1 se muestra el gráfico de comportamiento del punto de ebullicion de los alcanos normales en correspondencia con el número de átomos de carbono de la molécula.Observe que este punto va aumentando de manera contínua con el aumento de la longitud de la cadena carbonada.Note que de C=1 hasta C=4 son gases hasta la temperatura ambiente (25°C), mientras que con mas de 16 átomos de carbono hierven a temperaturas mayores de 300°C.Mientras es un fenómeno general que el punto de ebullición crezca con el tamaño de la cadena, como se desprende de la figura 1, este efecto está influenciado por su estructura.De tal modo, los tres isómeros del pentano, tienen un decrecimiento del punto de ebullición a medida que la estructura es mas ramificada, como se indica en la tabla 3, de forma que, incluso, el dimetilpropano es gaseoso a temperatura ambiente.El patrón de decrecimiento del punto de ebullición con el incremento de la ramificación de la estructura molecular es generalizado, así tenemos que; mientras mas ramificada es la molécula, menor será su punto de ebullición

Solubilidad:

Los alcanos son casi insolubles en agua, y esta solubilidad disminuye a medida que aumenta el peso molecular, así tenemos que el mas soluble de todos es el metano, con una solubilidad equivalente a la del nitrógeno, 0.00002 g/ml a 25 °C. Ya la parafina doméstica (C=26 hasta C=30) no es ni humedecida por el agua.La solubilidad en solventes orgánicos es alta, en especial otros hidrocarburos muchos de los cuales son miscibles entre si en cualquier proporción.

Densidad:

La densidades de todos los hidrocarburos líquidos, incluyendo algunos sólidos como la parafina, son menores que 1g/cm3 por lo que flotan en el agua.

Propiedades físicas de los alquenos:

Los alquenos no abundan en las fuentes naturales como los alcanos, aunque hay alquenos en los petróleos naturales, son de hecho componenets minoritarios. La principal fuente para la industria son los procesos de "craking" del petróleo natural. El punto de fusion y de ebullición individual de los alquenos tiene la tendencia, al igual que el resto de los hidrocarburos, de incrementarse con el aumento del peso molecular. Para un mismo compuesto hay una distinguible diferencia entre los isómeros geométricos cis y trans.

Propiedades físicas de los alquinos:

Las propiedades físicas de los alquinos tienen, a groso modo, un comportamiento parecido a la de los alcanos y alquenos, como puede verse en la tabla 2. Note sin embargo, que los puntos de fusión y ebullición de los alquinos son ligeramente superiores a los de los alcanos y alquenos correspondientes.

3.¿Cuáles son los principales métodos de obtención de alcanos, alquenos y alquinos?

ALCANOS

En la industria se obtienen a partir del petróleo por destilación fraccionaria. En el laboratorio existen tres métodos:Berthelot: A Partir del alcohol correspondiente, sirve para pares y nones.a) R - OH + HX (alcohol) è R – X + HOH (derivado halogenado) b) R – X + HX (derivado halogenado) è R – H (alcano) + X2 (halógeno) Ejemplo: Obtención de Metano por BerthelotCH3 - OH + HI (metanol) è CH3 - I + H2O (yoduro de metilo)CH3 - I + HI è CH3 - H + I2Grignard: Consiste en fabricar un compuesto organometálico llamado reactivo de Grignard, una vez formado se hace una hidrólisis formado el hidrocarburo correspondiente y un compuesto complejo de hidróxido y halógeno. a) R – X + Mg è R – Mgx (compuesto organometálico haluro de alquil Magnesio) b) R – Mgx + H/OH è R – H (alcano) + Mg (OH)x (hidróxido metálico halogenado) Ejemplo: Obtención de Etano por GrignardC2H5 - Cl (cloruro de etilo) + Mg è C2H5 - MgCl (cloruro de etil magnesio)C2H5 - MgCl + H/OH è C2H5 - H + Mg (OH) Cl (hidróxido metálico halogenado) Würtz: A Partir del derivado halogenado más Sodio metálico, sirve para pares.a) 2CH 3 - Cl + 2 NaCl (cloruro de metilo) è CH 3 - CH 3 (etano) + 2NaCl (cloruro de sodio) Ejemplo: Obtención de Etano por Würtz2CH 3 - Cl + 2 Na è 2NaCl + CH 3 - CH 3 (etano)

ALQUENOS

Los alquenos se pueden obtener en el laboratorio de varias maneras:

1). Por reducción de alquinos:

Generalmente la reducción se produce en presencia de un catalizador como Pt, Pd o Ni.Aquí guarda gran importancia tanto el tipo de alquinos del cual se parte (terminal o no ter-minal) y el catalizador utilizado.Los alquinos terminales dan alquenos libres de isomería geométrica, pero los no terminales pueden dar tanto un isómero cis como trans. Esto dependerá del agente reductor usado y del tipo de catalizador. Para el caso específico de la hidrogenación, utilizando una mezcla especial de catalizadores de paladio, se puede obtener el isómero cis del alqueno con una pureza de casi el 100 %. Probablemente el mecanismo de la reacción transcurra en varias etapas, siendo estas las siguientes:

1º Etapa: Consta en la adsorción de las moléculas de hidrógeno (H2) sobre la superficie metálica del catalizador.

2º Etapa: Viene dado por la ruptura de del enlace covalente de la molécula de hidrógeno (H—H) y se forma un nuevo enlace, esta vez entre el átomo de hidrógeno (H) generado el átomo de Pd del catalizador.

3º Etapa: El alqueno se adsorbe sobre la superficie del catalizador, por intermedio de los electrones pi que interactúan con alguno de los orbitales vacíos del metal.

4º Etapa: Esta molécula se va moviendo sin romper su enlace con la superficie metálica, hasta chocar con alguno de los hidrógenos que se encontraban también adsorbidos sobre ella. Es aquí donde se produce la verdadera reacción química entre ambos reactivos. Además esto explica por qué la adición del hidrógeno casi siempre se produce sobre un mismo lado del enlace pi, generándose entonces el isómero cis.

5º Etapa: El producto así originado, es decir, el cis-alqueno, se des adsorbe de la superficie metálica.Obsérvese que el catalizador no solo cumple la función de suministrar una superficie donde la reacción puede llevarse a cabo sino también la de debilitar los correspondientes enlaces, tanto de la molécula de hidrógeno, como del alquino, lo cual se traduce en un descenso de la energía de activación de la reacción, que es lo que, finalmente hace posible que transcurra más rápidamente.

2). Reducción Por La Acción De Metales:

Si en vez de hidrógeno se utiliza Na o Li en presencia de amoníaco líquido, un alquino no terminal se convierte en un isómero trans del alqueno.

3). Deshidrohalogenación De Halogenuros De Alquilo:

Los halogenuros de alquilo (R—X), pueden generar alquenos mediante la eliminación del halógeno junto con un átomo de hidrógeno de uno de los carbonos adyacentes al mismo. Esto se realiza por medio de una base fuerte, como el NaOH o bien KOH.En el caso de un halogenuro de alquilo en el cual el halógeno está en un carbono terminal, existe un solo carbono adyacente de donde sacar el hidrógeno, pero en cuando está en un carbono secundario, entonces tenemos dos posibilidades, pudiendo generarse dos posibles productos. Sin embargo, estos productos no se obtienen en igual proporción. En 1875, el químico ruso Alexander Saytseff, después de observar muchas de estas reacciones enunció una regla al respecto, que puede traducirse como: “ En una reacción de deshidrohalogenación, se forma en mayor proporción el alqueno más substituido”.Entendemos como grupo substituyente en un alqueno, a aquellos grupos alquilo que se encuentran unidos a ambos átomos de los carbonos que forman el doble enlace. Es decir, bajo este concepto, cualquier alqueno se puede tomar como formado por substitución de uno o más hidrógenos del eteno por otros tantos grupos alquilo.También podríamos haber enunciado esta regla como: “ En una reacción de deshidrohalogenación, el átomo de hidrógeno se elimina del carbono adyacente a los que comparten el doble enlace, que tiene menos hidrógenos”.

4). Deshidratación De Alcoholes:

Los alcoholes son substancias que se caracterizan por tener un grupo hidróxido (-OH) en su estructura. Una de sus propiedades químicas más importantes es que pueden deshidratarse, eliminando una molécula de agua en determinadas condiciones. En nuestro caso, la reacción se lleva a cabo en presencia de alúmina (Al2O3) a una temperatura entre 300-400 C.Para eliminar una molécula de agua, el alcohol debe perder dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El grupo hidróxido contiene uno de cada uno de ellos, por lo cual sigue faltando otro de H.Este átomo de H puede salir, en teoría, de cualquiera de los dos átomos de C adyacentes al -OH. Por lo tanto, podrían formarse, en igual medida, dos productos diferentes. Pero, como ya hemos visto más arriba, Saytseff descubrió, que en todas las reacciones de eliminación siempre predomina la formación de uno de los productos por sobre los otros.En este caso también podemos decir que se forma en mayor medida el alqueno con el mayor número de grupos alquilo unidos a los átomos de carbono del doble enlace. Es decir, la regla de Saytseff también es aplicable a este caso.

ALQUINOS:

Se puede obtener a partir de petróleo, mediante el proceso de fraccionamiento o craking. En el ámbito industrial lo obtenemos por:Deshidrohalogenación de dihalogenuros en posición vecinal. En esta reacción sacamos dos moléculas de halogenuro de la siguiente forma:

En la anterior reacción utilizamos una base fuerte (KOH) en solución alcohólica.

Hidratación de carburo de calcio:

Al agregar agua al carburo de calcio obtenemos etino (gas), tradicionalmente es conocido como acetileno. En la reacción anterior el etino toma comportamiento gaseoso, mientras el hidróxido de calcio se precipita con una coloración lechosa. Existen tres procedimientos para la obtención de alquinos:

Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo vecinales:

Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo geminales(gem-dihalogenuros):

Alquilación de alquinos:

Se produce debido a la acidez del H en los alquinos terminales.Mediante esta reacción se sintetizan alquinos internos a partir de alquinos terminales.

4.¿Cuáles son las principales reacciones de los alcanos, alquenos y alquinos?

ALCANOS

Combustión:

Todo alcano que se combina con O2 produce CO2, H2O y Energía.CnH2n+2 + O2 è nCO2 + (n+1) H2O + Energía.

Pirolisis o Cracking:

Los alcanos de masa molecular elevada se pasan por tubos calentados entre 500 y 700 °C usando catalizadores, produciendo alcanos menores, alquenos e hidrógeno. Este tratamiento se usa para obtener gasolinas de alto octanaje.

Halogenación:

Se usan catalizadores en forma de peróxidos y temperaturas entre 250 y 400 °C. Produciendo halogenuros de alquilo y el ácido halogenado correspondiente, las mezclas son difíciles de separar.Nitración: Se lleva acabo con un oxidante como el ácido nítrico HNO3 a 420 °C.

ALQUENOS

Adición de halogenuros de Hidrógeno:

La Adición de halogenuros de Hidrógeno, HX, a un etileno con substituyentes simétricos, da lugar al derivado monohalogenado en el que X puede ser F, Cl, Br, ó I.

RCH=CHR + HX RCH2CHXR

La adición de Hidrógeno a cualquiera de los dos átomos de Carbono etilénicos en este alqueno simétrico, seguida de la adición del ión halogenuro al otro átomo de Carbono, da origen al mismo haloalcano.

ALQUINOS

Muchas de las reacciones de los alquinos son reacciones de adición que siguen el siguiente esquema: