هیدروکربن‌ها، خانواده‌ی بزرگِ نفت

گازی که در اجاق‌گاز می‌سوزد، مایعی که در باکِ خودرو ریخته می‌شود، روغنی که در موتور می‌چرخد و قیرِ سیاهی که روی جاده پهن می‌کنند، ظاهرشان هیچ شباهتی به هم ندارد. اما همه از نفت می‌آیند و همه از دو عنصر ساخته شده‌اند. کدام دو عنصر؟

ترکیب‌هایی از کربن و هیدروژن

نفتِ خام مخلوطی از صدها ترکیبِ مختلف است. بیشترِ این ترکیب‌ها هیدروکربن‌اند؛ یعنی مولکول‌هایشان فقط از دو عنصر ساخته شده‌اند: کربن و هیدروژن. همراهِ نفت همیشه کمی آب، نمک و گوگرد هم هست که در پالایشگاه جدا می‌شوند.

در درس‌های پیش دیدیم که کربن چهار پیوندِ اشتراکی می‌دهد و هیدروژن یکی. ساده‌ترین هیدروکربن متان است، CH₄: یک کربن و چهار هیدروژن. اما کربن یک ویژگیِ کم‌نظیر دارد: اتم‌های کربن می‌توانند با پیوندِ اشتراکی به هم وصل شوند و زنجیر بسازند. زنجیرهای دو، سه، هشت، بیست کربنی و بیشتر. هیدروژن‌ها جاهای خالیِ دورِ این زنجیر را پر می‌کنند.

هرچه بزرگ‌تر، دیرجوش‌تر

ویژگی‌های هیدروکربن‌ها به اندازه‌ی مولکولشان بستگی دارد. این جدول چند هیدروکربن و دمای جوششان را نشان می‌دهد:

الگو روشن است: هرچه زنجیرِ کربن بلندتر باشد، دمای جوش بالاتر است. چرا؟ مولکول‌ها همدیگر را کمی جذب می‌کنند. مولکول‌های بلندتر سطحِ تماسِ بیشتری با هم دارند و جاذبه‌ی میانشان بیشتر است. برای جدا کردنِ آن‌ها از هم و تبدیلشان به بخار، گرمای بیشتری لازم است.

همین جاذبه یک ویژگیِ دیگر را هم توضیح می‌دهد: هیدروکربن‌های کوچک رقیق و روان‌اند و آسان جاری می‌شوند، اما هیدروکربن‌های بزرگ غلیظ و چسبناک‌اند. بنزین مثلِ آب می‌ریزد، روغنِ موتور آرام‌تر و قیر تقریباً جاری نمی‌شود.

از گاز تا قیر

• ۱ تا ۴ کربن: گازها؛ متان در گازِ طبیعیِ خانه‌ها و پروپان و بوتان در کپسول‌های گازِ مایع.
• ۵ تا ۱۲ کربن: مایع‌های روان و فرار؛ بنزین.
• ۱۲ تا ۲۰ کربن: نفت‌سفید، سوختِ هواپیما و گازوئیل.
• بیش از ۲۰ کربن: روغن‌های روان‌کننده، واکس و پارافینِ شمع، و قیر.

هشدار

بنزین و نفت‌سفید بخارهای آتش‌گیر دارند. هرگز آن‌ها را نزدیکِ شعله نبرید، بو نکشید و در بطریِ نوشیدنی نریزید.

در خانه امتحان کنید

1. یک قاشق آب، یک قاشق روغنِ آشپزی و یک قاشق عسل را هم‌زمان روی یک سینیِ کج بریزید. کدام زودتر پایین می‌رسد؟ (عسل و روغنِ آشپزی هیدروکربن نیستند، اما همین قانون برای آن‌ها هم برقرار است: ذره‌هایی که بیشتر همدیگر را می‌کشند، کُندتر جاری می‌شوند.)
2. روی کپسولِ گازِ پیک‌نیک یا فندک بخوانید درونش چه گازی است.

واژه‌های این درس

• هیدروکربن - ترکیبی که فقط از کربن و هیدروژن ساخته شده است.
• زنجیرِ کربنی - اتم‌های کربنی که پشتِ سرِ هم با پیوندِ اشتراکی به هم وصل‌اند.
• دمای جوش - دمایی که مایع در آن به‌سرعت به بخار تبدیل می‌شود.

ایده‌ی اصلی

نفتِ خام مخلوطی از صدها هیدروکربن است، ترکیب‌هایی از کربن و هیدروژن که زنجیرهای کوتاه و بلند دارند. هرچه زنجیر بلندتر باشد، جاذبه‌ی میانِ مولکول‌ها بیشتر است؛ پس دمای جوش بالاتر می‌رود و ماده غلیظ‌تر می‌شود.