- מה הם פחמימנים?
- מאפיינים של פחמימנים
- סיווג פחמימנים
- חשיבותם של פחמימנים
- נגזרות ויישומים של פחמימנים
- השפעה סביבתית של פחמימנים
אנו מסבירים מהם פחמימנים, המאפיינים שלהם וכיצד הם מסווגים. בנוסף, נגזרותיו, יישומיו והשפעתו הסביבתית.
מה הם פחמימנים?
פחמימנים הם סוגים שונים של תרכובות אורגני. אולי יש להם מורכבות גדולה יותר או פחותה, אבל הם תמיד מורכבים משלד של אטומים פחמן (C) ומימן (H), כמו גם אחרים בסופו של דבר אלמנטים.
כל פחמימן מציג את הדפוסים המבניים שלו, שכן התצורה הספציפית שלו קובעת את התכונות הפיזיקליות והכימיות שלו, כמו גם את השם של חומר על מה זה. ה נֵפט, ה גז טבעי ופחם הם המקורות העיקריים של פחמימנים.
רוב הפחמימנים נמצאים בחלק הפנימי של כדור הארץ, קבור מתחת לשכבות ושכבות של סלע ו אני בדרך כלל. הם תוצר של פירוק אנאירובי, בתנאים מאוד ספציפיים, של כמויות גדולות של חומר אורגני, שבימי קדם היווה את הגוף של שונים יצורים חיים.
פחמימנים נמצאים גם בגוף של יצורים חיים שונים, בצורות ספציפיות כמו הגומי שעצי גומי מייצרים, או קבוצה של פיגמנטים הנקראים קרוטנים, שיש לצמחים מסוימים. בנוסף, ניתן לסנתז אותם במעבדה, בהסתמך על חומר גולמי נאות.
בהתחשב בפוטנציאל הכימי והאנרגטי העצום שלהם, פחמימנים הם חלק הכרחי ממגוון תעשיות, ביניהם, בהשגת כוח חשמלי.
מאפיינים של פחמימנים
כמה מאפיינים של פחמימנים הם:
- הם מורכבים בעיקר מפחמן ומימן, ובסופו של דבר מתוספים של יסודות אחרים או קבוצות רדיקליות אחרות. בעוד אטומי הפחמן שלהם מרכיבים את מבנה התרכובת, אלו של מימן משמשים במקרים מסוימים כגשר כדי להחזיק אותם יחד בתצורה (צורה, מִבְנֶה, אוריינטציה) נקבע.
- יכול להיות שיש להם מסגרת של מולקולות ליניארי או מסועף, פתוח או סגור. זה תלוי בסדר ובכמות הרכיבים שלו אם זה פחמימן כזה או אחר.
- הם דליקים ביותר ובעלי יכולת אנרגטית עצומה, מה שהופך אותם לחומר גלם אידיאלי עבור טרנספורמציה תעשייתית ולהשגת אנרגיה.
- הם בעיקר רעילים, ויכולים לנבוע אדים מסוכן עבור בְּרִיאוּת.
סיווג פחמימנים
מאז גילוים במאה ה-19, פחמימנים סווגו לפי שני קריטריונים אפשריים: סוג המבנה שלהם וסוגי הקשרים בין האטומים שלהם. על פי הסיווג הראשון, יש להבחין בין שתי קטגוריות:
- פחמימנים אציקליים או שרשרת פתוחה. הם אלה ששרשרת המולקולות שלהם לא נסגרת על עצמה. בתורו, הם יכולים להיות מחולקים ליניארי (בצורת קו) או מסועף (עם ענפים שונים). לדוגמה:
- פחמימנים מחזוריים או שרשרת סגורה. הם אלה ששרשרת המולקולות שלהם נסגרת על עצמה. בתורו, ניתן לחלק אותם למונוציקליים (מחזור בודד) ופוליציקליים (מחזורים מרובים). לדוגמה:
מציית לסיווג השני, במקום זאת, יש לנו:
- פחמימנים ארומטיים. יש להם טבעת ארומטית, כלומר, מבנה מחזורי שמציית למה שנקרא חוק Hückel, הקובע שמספר האלקטרונים המנותקים בתרכובת ארומטית תואם:
איפה:
לדוגמה, לבנזן (C6H6) יש במבנה שלו 6 אלקטרונים דה-לוקאליים (הנקראים פי (𝛑) אלקטרונים, מה שמרמז נ חייב להיות שווה ל-1.
כמעט כל הפחמימנים הארומטיים מופקים בדרך כלל מבנזן (אם כי לא תמיד) ולכן המבנה המשושה של בנזן הוא חלק מרבות מהתרכובות הארומטיות הללו. השם "ארומטי" נובע מהעובדה שתרכובות אלו התקבלו בתחילה על ידי השפלה חומרים כימיים ריח נעים. כמה דוגמאות לתרכובות ארומטיות הן:
- פחמימנים אליפטיים. חסרה להם טבעת ארומטית. שמו בא מיוונית עליפר, כלומר "שומן", שכן הם התקבלו מפירוק שמנים ו שומנים. הם מסווגים כרוויים (נייחנים בקשרים אטומיים בודדים) ובלתי רוויים (בעלי קשר כפול, כפול או משולש לפחות אחד). כמה דוגמאות לפחמימנים אליפטיים הם:
חשיבותם של פחמימנים
פחמימנים הם חומרים מגוונים ביותר מכיוון שהם משמשים חומר גולמי להשיג מוצרים מגוונים מאוד. בנוסף, יש להם פוטנציאל אנרגטי גדול, כלומר שלהם שְׂרֵפָה קל ואינטנסיבי, כך שהם מקיימים אנרגטית מערך מגוון של תעשיות, החל מחומרים, ממסים, ה דלקים מאובנים, לייצור אנרגיה חשמלית.
נוסף על כך העובדה שהיווצרותם ארכה מיליוני שנים של תהליכים כימיים איטיים מתחת לאדמה, כך שהם מהווים משאב חשוב אך בלתי מתחדש, שיום אחד יהיה מותש לנצח (או לפחות לפרק זמן טוב). השימוש בו צריך להתבצע בתנאים של אחריות קיצונית.
נגזרות ויישומים של פחמימנים
לפחמימנים יש סט עצום של שימושים עבור בן אדם, ביניהם בולטים:
- ייצור חשמל. בזכות היכולת העצומה שלו ל שְׂרֵפָה, פחמימנים משמשים כ מקור כוח לייצר חַשְׁמַל. זה מתבצע בסוגים מסוימים של תחנות כוח, ומספק אנרגיה הן לבתים ולתעשיות אחרות ומאפשר תמיכה באורח החיים שלנו.
- ייצור הדלקים. יכולת האנרגיה שלהם מאפשרת להם לייצר סוגים שונים של דלקים (בנזין, סולר, גז טבעי נוזלי), להנעת סוגים שונים של כלי רכב, או להנעת מכשירי חשמל ביתיים שונים כגון מחממי חלל, תנורים ותנורי חימום הפועלים באמצעות גזים כגון בוטאן או פרופאן.
- השגת פלסטיק. סוגים שונים של פלסטיק וחומרים מגוונים ניתן להשיג במעבדות מטיפול בפחמימנים. החומרים הללו כל כך זולים, יעילים ופשוטים לייצור שיש סביבם תעשייה ענקית.
- ייצור ממיסים ואחרים מוצרים. פחמימנים רבים הם מרכיבים חיוניים של ממסים וממיסים, מוצרי ניקוי, דשנים או ביטומן.
השפעה סביבתית של פחמימנים
לשימוש בפחמימנים יש מחיר, והראשון פְּגִיעָה הוא לוקח את זה סביבה. באופן כללי, זה בערך חומרים רעילים, המסוגלים לייצר נזק אקולוגי גדול במקרה שהם יושלכו ב טֶבַע, כמו עם דליפות שמן או נזילות שמן. תיקון הנזקים הסביבתיים הללו הוא לעתים קרובות יקר וגוזל זמן רב.
בנוסף, בהתאם לפחמימן, שחרורו או הבעירה שלו פולטים גזים של אפקט החממה ל אַטמוֹספֵרָה, כלומר, גזים עשירים בפחמן כגון מתאן (CH4) או פחמן דו חמצני (CO2).
גזים אלה יכולים להרוס את שכבת האוזון כוכב הלכת, וגם לחסום את בריחת האנרגיה דרך האטמוספרה, מה שתורם באופן דרמטי ל התחממות גלובלית ול שינוי אקלים. שריפת דלקים מאובנים היא, למעשה, אחד הגורמים העיקריים לבעיה עולמית זו.