مقدمة
الألكانات هي مجموعة من الهيدروكربونات الأليفاتية المشبعة، والتي تتكون من ذرات كربون وهيدروجين مرتبطة ببعضها البعض بروابط مفردة. تعتبر الألكانات أبسط الهيدروكربونات وهي اللبنات الأساسية للنفط والغاز الطبيعي والمنتجات البترولية الأخرى.
الخواص الفيزيائية للألكانات
حالة المادة: تكون الألكانات في الحالة الغازية عند درجة حرارة الغرفة، باستثناء الميثان والإيثان والبروبان والبوتان، فهي غازات في درجة حرارة الغرفة، أما الألكانات المتبقية فهي سوائل أو مواد صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اللون والرائحة: تكون الألكانات عديمة اللون والرائحة.
الكثافة: تكون كثافة الألكانات أقل من كثافة الماء، لذلك فهي تطفو على سطح الماء.
نقطة الغليان ونقطة الانصهار: تزداد نقطة غليان ونقطة انصهار الألكانات مع زيادة عدد ذرات الكربون في الجزيء.
التفاعلات الكيميائية للألكانات
الاحتراق: تتفاعل الألكانات مع الأكسجين في الهواء لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء.
الأكسدة: يمكن للألكانات أن تتأكسد بواسطة مؤكسد قوي مثل برمنجنات البوتاسيوم أو حمض النيتريك لإنتاج الكحولات والألدهيدات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية.
الهلجنة: يمكن للألكانات أن تتفاعل مع الهالوجينات (الفلور والكلور والبروم واليود) لإنتاج الهاليدات الألكيلية.
الاستبدال: يمكن للألكانات أن تتفاعل مع المواد الكيميائية الأخرى لإنتاج مركبات جديدة. على سبيل المثال، يمكن للألكانات أن تتفاعل مع الأحماض الكربوكسيلية لإنتاج الإسترات.
استخدامات الألكانات
الوقود: تستخدم الألكانات بشكل رئيسي كوقود في محركات الاحتراق الداخلي.
التدفئة: تستخدم الألكانات أيضًا لتدفئة المنازل والمباني.
البتروكيماويات: تستخدم الألكانات لإنتاج مجموعة واسعة من المنتجات البتروكيماوية، بما في ذلك البلاستيك والألياف الصناعية والمطاط.
الذوايب: تستخدم الألكانات أيضًا كذوايب في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة الدهانات والأحبار والمنظفات.
مصادر الألكانات
النفط الخام: المصدر الرئيسي للألكانات هو النفط الخام، والذي يتكون من مزيج من الهيدروكربونات، بما في ذلك الألكانات.
الغاز الطبيعي: يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على الألكانات، ولكنه يتكون في الغالب من الميثان.
الفحم: يمكن أيضًا إنتاج الألكانات من الفحم عن طريق عملية تسمى التحويل الحراري.
إنتاج الألكانات
التقطير: يتم فصل الألكانات عن النفط الخام والغاز الطبيعي والفحم عن طريق عملية تسمى التقطير.
التكسير: يمكن أيضًا إنتاج الألكانات عن طريق عملية تسمى التكسير، والتي يتم فيها تكسير جزيئات الهيدروكربونات الكبيرة إلى جزيئات ألكان أصغر.
تفاعل فيشر-تروبش: يمكن أيضًا إنتاج الألكانات من الغاز الطبيعي والفحم عن طريق تفاعل فيشر-تروبش، والذي ينتج مزيجًا من الألكانات والزيت والغاز.
الآثار البيئية للألكانات
تلوث الهواء: يمكن أن يتسبب حرق الألكانات في إطلاق ملوثات الهواء، مثل أكاسيد النيتروجين والكبريت والهيدروكربونات غير المحترقة والجسيمات الدقيقة.
تغير المناخ: يمكن أن يتسبب حرق الألكانات أيضًا في إطلاق غازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان، والتي تساهم في تغير المناخ.
التسرب النفطي: يمكن أن يتسبب تسرب النفط في إطلاق الألكانات والهيدروكربونات الأخرى إلى البيئة، مما قد يؤدي إلى تلويث المياه والتربة والحياة البرية.
الخاتمة
الألكانات هي أبسط الهيدروكربونات وهي اللبنات الأساسية للنفط والغاز الطبيعي والمنتجات البترولية الأخرى. وتستخدم الألكانات بشكل رئيسي كوقود في محركات الاحتراق الداخلي، كما تستخدم أيضًا في التدفئة وإنتاج البتروكيماويات والذوايب. وتحتوي الألكانات على العديد من التفاعلات الكيميائية المختلفة، بما في ذلك الاحتراق والأكسدة والهالجة والاستبدال.