المُركّبات الهيدروكربونيّة
تُعد المُركّبات الهيدروكربونيّة مواد كيميائية عضوية تتكون من عنصري الكربون والهيدروجين فقط. حيث ترتبط ذرات الكربون معًا لتشكل هيكل المركب، وتتشابك ذرات الهيدروجين بها بطرق مختلفة. تُعتبر هذه المركبات العنصر الأساسي للنفط والغاز الطبيعي، المستخدمين كوقود، ومواد لتشحيم الآلات، وخامات لصناعة البلاستيك والألياف والمطاط والمذيبات والمتفجرات والمواد الكيميائية الصناعية. كما تتواجد الهيدروكربونات في الأشجار والنباتات على شكل أصباغ تعرف بالكاروتينات (بالإنجليزية: carotenes) التي توجد في الجزر والأوراق الخضراء.
تُعتبر الهيدروكربونات أبسط أنواع المركبات العضوية. وعلى الرغم من أن هذه المركبات تتكون فقط من نوعين من الذرات، إلا أن هناك تنوعًا كبيرًا بينها. يعتمد هذا التنوع على طول السلاسل، والتفرعات، والحلقات الكربونية، أو مجموعة متنوعة من هذه البنى. يمكن العثور على الهيدروكربونات في العديد من الكائنات الحية، وكذلك في الوقود الأحفوري. ويمكن أيضًا تحضير بعضها في المختبرات.
أنواع المُركّبات الهيدروكربونيّة
قام الكيميائيون في القرن التاسع عشر بتصنيف المُركّبات الهيدروكربونيّة إلى نوعين رئيسيين بناءً على مصدرها وخصائصها، وهما:
- المُركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية (بالإنجليزية: aliphatic hydrocarbons): وهي مستمدّة من التحلل الكيميائي للدهون أو الزيوت، وتُقسم إلى ثلاث مجموعات رئيسية حسب نوع الروابط الموجودة فيها:
- الألكانات (بالإنجليزية: alkanes).
- الألكينات (بالإنجليزية: alkenes).
- الألكاينات (بالإنجليزية: alkynes).
- المُركّبات الأروماتيّة (العطريّة) (بالإنجليزية: aromatic hydrocarbons): وهي تتكون من التحلل الكيميائي لمستخلصات نباتات ذات رائحة عطرية، وتنقسم إلى نوعين:
- الهيدروكربونات المهلجنة العطرية (بالإنجليزية: arenes aromatic hydrocarbons): التي تحتوي على حلقة بنزين كوحدة بناء أساسية.
- الهيدروكربونات غير المهلجنة العطرية (بالإنجليزية: nonbenzenoid aromatic hydrocarbons): التي تفتقر إلى حلقة بنزين كوحدة بناء.
رغم استمرار استخدام هذه المصطلحات، إلا أن المركبات الحالية تُصنف بناءً على التركيب بدلاً من الأصل، كما كان الحال في السابق. يُشار إلى الألكانات بأنها الهيدروكربونات المشبعة (بالإنجليزية: saturated hydrocarbons)، بينما تُعرف المركبات العطرية والألكينات والألكاينات بالمركبات العضوية غير المشبعة (بالإنجليزية: unsaturated hydrocarbons).
تتمتع الهيدروكربونات بميزة إضافية تتمثل في أن جزيئًا واحدًا يمكن أن يجمع بين وحدات بنائية من عائلتين هيدروكربونيتين أو أكثر. على سبيل المثال، قد يظهر جزيء يحتوي على رابطة ثلاثية بين ذرات الكربون، وحلقة بنزين بعض الخصائص المميزة للألكاينات، بالإضافة إلى خصائص أخرى مرتبطة بالهيدروكربونات العطرية.
المُركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية
المُركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية هي مركبات عضوية تتكون من الكربون والهيدروجين المرتبطين على شكل سلاسل مستقيمة أو متفرعة أو حلقات غير عطرية. رغم أن ذرات الهيدروجين هي الأكثر شيوعًا في الارتباط بسلسلة الكربون، إلا أن الأكسجين والنيتروجين والكبريت والكلور يمكن أن تتواجد أيضًا في هذه المركبات.
يعتبر الميثان CH4 أبسط أنواع المُركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية، حيث يُطلق كغاز من تحلل المواد العضوية وأمعاء العديد من الحيوانات. ومن الأمثلة عليها أيضًا: الأسيتيلين والبروبان والبروبين والإيثيلين والبوليثيلين. ومن سمات هذه المركبات أنها قابلة للاشتعال، مما يجعلها تستخدم بشكل متكرر كوقود.
الألكانات
تحتوي الألكانات على رابطة أحادية فقط، وتتبع جميع صيغ الجزيئات فيها الصيغة العامة التالية: CnH2n + 2، مما يعني أن عدد ذرات الهيدروجين يساوي ضعف عدد ذرات الكربون بالإضافة إلى العدد 2.
تُستخدم الألكانات كوقود نظيف، حيث تحترق لتنتج الماء وثاني أكسيد الكربون. يُعتبر كل من الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان أول أربعة ألكانات في السلسلة، حيث أنها غازات، بينما تكون الألكانات الأخرى التي تليها في الحالة السائلة.
تُعتبر الألكانات الحلقية (بالإنجليزية: Cycloalkanes) نوعًا من الألكانات التي تضم حلقة كربون ولكن ليس حلقة بنزين. وتمتلك رابطة أحادية واحدة، ما يجعلها مشبعة. تشبه الألكانات الحلقية نظيرتها الألكانات الخاصة، مثل البروبان الحلقي أو البيوتان الحلقي، إلا أنها قد تمتلك درجات غليان أو ذوبان مرتفعة مقارنة بها.
الألكينات
تحتوي الألكينات على رابطة ثنائية واحدة فقط بين ذرات الكربون، وجميع صيغ الجزيئات فيها تتبع الصيغة العامة: CnH2n. وتكون هذه المركبات شديدة التفاعل الكيميائي، ومن الأمثلة عليها الإيثين والإيثيلين والبروبين.
الألكاينات
تحتوي الألكاينات على رابطة ثلاثية واحدة بين ذرات الكربون، وتتبع جميع صيغ الجزيئات فيها الصيغة العامة: CnH2n – 2، وهي شديدة التفاعل الكيميائي، بما في ذلك تفاعلات إضافة الهيدروجين أو الهالوجينات. من الأمثلة على الألكاينات: البروباين. عمومًا، تشبه الخصائص الفيزيائية للألكينات والألكاينات تلك الخاصة بالألكانات أو الألكانات الحلقية التي تساويها في أعداد ذرات الكربون، وتمتلك الألكاينات عادةً درجات غليان أعلى من الألكانات أو الألكينات.
المُركّبات الهيدروكربونيّة الأروماتيّة (العطريّة)
يمكن تعريف المُركّبات الهيدروكربونيّة الأروماتيّة (العطرية) بأنها مركبات حلقية مستقرة وغير مشبعة تتألف بشكل رئيسي من ذرات الكربون والهيدروجين. يُعتبر البنزين (C6H6) أشهر هذه المركبات، وهي صعبة الانفصال خلال التفاعلات الكيميائية مقارنةً بالمُركّبات الهيدروكربونيّة الأليفاتية، وعادةً ما تحتوي على حلقة أو حلقتين من البنزين.
الأهمية الاقتصادية للمركبات الهيدروكربونية
ينتج عن احتراق الهيدروكربونات في وجود كمية كافية من الأكسجين غاز ثاني أكسيد الكربون والماء وكذلك الحرارة. هذا ما يجعلها المصدر الرئيسي للطاقة في العالم، حيث تمثل الهيدروكربونات المورد الأساسي للوقود، الذي يمكن تحويله إلى طاقة من خلال عمليات تكرير النفط. تُنتج هذه العمليات مجموعة واسعة من المواد المشتقة التي تلعب دورًا مركزيًا في الاقتصاد العالمي، مثل صناعة البلاستيك والمذيبات ومواد التشحيم.