الهيدروكربونات الأليفاتية هي عبارة عن مركبات عضوية تحتوي على الكربون والهيدروجين المرتبطين معا على شكل سلاسل مستقيمة، أو متفرعة، أو حلقات غير عطرية، تستخدم معظم هذه المركبات كوقود، حيث تعد المكون الرئيسي للنفط والغاز الطبيعي.

مركبات الهيدروكربونات

هي أبسط المركبات العضوية، وهي تتكون من نوعين فقط من الذرات، ولكن هناك مجموعات مختلفة منها، وذلك بسبب وجود سلاسل مختلفة الأطوال، وتوجد الهيدروكربونات في الأشجار والنباتات على شكل أصباغ تسمى الكاروتينات، وتوجد في الجزر والأوراق الخضراء.

استخدامات مركبات الهيدروكربونات

تستخدم مركبات الهيدروكربونات كوقود، مواد تشحيم، مواد خام لإنتاج البلاستيك، المطاط، الألياف، المذيبات، المواد الكيميائية الصناعية.

توجد مركبات الهيدروكربونات في العديد من النباتات، والحيوانات، والوقود الأحفوري، ويمكن تحضير بعض هذه المركبات في المعمل.

أنواع المركبات الهيدروكربونية

قسم الكيميائيون في القرن التاسع عشر الهيدروكربونات إلى نوعين وهما:

تعتبر هذه المركبات مشتقة من الذوبان الكيميائي للدهون أو الزيوت، وقد قسم الكيميائيين الهيدروكربونات الأليفاتية إلى ثلاث مجموعات رئيسية، وقسمت هذه المجموعات حسب نوع الروابط التي تحتويها وهي:

1. الألكانات alkanes.
2. الألكينات alkenes.
3. الألكاينات alkynes.

وهي مركبات مشتقة من الذوبان الكيميائي لمستخلصات بعض أنواع النباتات ذات الرائحة العطرية، وتنقسم هذه المركبات إلى نوعين:

1. الهيدروكربونات العطرية Arenes: وتعتبر وحدة البناء الأساسية فيها هي حلقة بنزين.
2. الهيدروكربونات العطرية غير البنزنويدية: وتفتقر هذه المركبات إلى حلقة البنزين.

تعريف الهيدروكربونات الأليفاتية

المركب الأليفاتي هو مركب هيدروكربوني، حيث يحتوي على كربون وهيدروجين، متحدا معا في سلاسل مستقيمة، أو متفرعة، أو حلقات غير عطرية.

قد تكون المركبات الأليفاتية مشبعة مثل الهكسان والألكانات الأخرى، أو غير مشبعة مثل الهكسين والألكينات الأخرى.

تحتوي الألكانات على روابط أحادية فقط مع ذرة الكربون C، وهي أبسط الألكانات لها ذرات مستقيمة، وتسمى ألكانات طبيعية، وأصغر ألكان وفقا لعدد ذرات الكربون C هو الميثان.

حيث تتبع جميع الألكانات الصيغة العامة الجزيئية وهي   CnH2n + 2 ، ونستنتج من هذه الصيغة أن عدد ذرات الهيدروجين يساوي ضعف عدد ذرات الكربون بالإضافة إلى العدد 2.

في بعض الأحيان، نجد هيدروكربون أليفاتي مكون من حلقة من ذرات الكربون C؛ وتسمى هذه الهيدروكربونات سيكلو ألكانات (أو ألكيل حلقي أو سيكلو ألكينات). نظرًا لأن الألكانات لديها أكبر عدد ممكن من ذرات الهيدروجين H وفقًا لقواعد الروابط التساهمية، يتكون الألكانات الحلقية أيضًا من الهيدروكربونات المشبعة.

السلسلة المتجانسة للهيدروكربونات الأليفاتية

Homologous Series هي مجموعة من الهيدروكربونات الأليفاتية التي تشترك في الخواص الكيميائية مثل تفاعلات الإحتراق والهلجنة، وتتدرج في الخواص الفيزيائية مثل درجة الغليان والتجمد.

الميثان (CH4) والإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8) هي بداية سلسلة من المركبات، التي يختلف فيها أي المركب عن الذي يليه في السلسلة بزيادة ذرة كربون واحدة وذرتين هيدروجين أي وحدة ميثيلين CH2.

ابتكر الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) طريقة منهجية لتسمية الهيدروكربونات والمركبات العضوية الأخرى. تُعرف هذه القواعد، المستخدمة في جميع أنحاء العالم، باسم IUPAC System of Nomenclature.

يتم تسمية المركب على أساس أطول سلسلة مستمرة لذرات الكربون (LCC). ثم يتم تسمية الذرات أو المجموعات الفرعية المرتبطة بسلسلة الكربون هذه، والتي تسمى بدائل، مع تحديد مواقعها على سلسلة الكربون الأصلية بالأرقام.

واحدة من الجوانب المثيرة للاهتمام للكيمياء العضوية هي أنها ثلاثية الأبعاد. يمكن أن يكون للجزيء شكل في الفضاء قد يساهم في خصائصه. يمكن أن تختلف الجزيئات في طريقة ترتيب الذرات ويمكن تجميع نفس مجموعة الذرات بأكثر من طريقة.

تُعرف مركبات الكيمياء العضوية بوجود خاصية الايزومرات Isomerism . وهي جزيئات لها نفس الصيغ الجزيئية، ولكنها تختلف في ترتيب الذرات مما يؤدي إلى اختلاف الخواص الكيمائية والتسمية.

تحتوي الألكينات على رابطة ثنائية واحدة على الأقل بين ذرات الكربون، والصيغة العامة هي CnH2n وهي مركبات شديدة التفاعل الكيميائي، مثل الإيثين، والإيثيلين، والبروبين.

تحتوي الألكاينات على رابطة ثلاثية واحدة على الأقل بين ذرات الكربون، وهي مركبات شديدة التفاعل الكيميائي، حيث تشمل إضافة الهيدروجين أو الهالوجينات مثل: البروباين.

خصائص الهيدروكربونات الأليفاتية

تتميز الهيدروكربونات الأليفاتية ببعض الخصائص هي:

1. الهيدروكربونات الأليفاتية معظمها قابلة للاشتعال، ولذلك تستخدم هذه المركبات كوقود.
2. يمكن أن تكون الهيدروكربونات الأليفاتية حلقية بمعنى أنها يمكن أن تحتوي على سلاسل، أو حلقات مكونه من ذرات الكربون.
3. هناك فرق صغير في الكهروسالبية بين الكربون والهيدروجين، ويعني هذا الفرق البسيط أن الروابط بينهما ضعيفة للغاية، حيث يؤدي تفرع السلسلة إلى إنخفاض في درجة حرارة الغليان والانصهار.
4. نظرا لأن الهيدروكربونات الأليفاتية غير قطبية، فإنها تميل إلى أن تكون غير قابلة للذوبان في الماء، أو في المذيبات القطبية الأخرى، ولكنها تفضل الذوبان في المذيبات غير القطبية مثل: البنزين، وإيثر ثنائي إيثيل.
5. الهيدروكربونات الأليفاتية أقل كثافة من الماء، ولذلك فهي تطفو على سطح الماء.

خصائص الألكانات

تعتبر الغازات هي الأعضاء الأصغر في عائلة الألكان، بينما المركبات السائلة والصلبة هي المركبات الأكبر، وتوجد هذه المركبات في مصادر الوقود مثل الغاز الطبيعي والبترول، وعادة ما تكون المركبات الصلبة ذات ملمس شمعي.

1. تستخدم الألكانات في العديد من التطبيقات الصناعية غير الوقود مثل، مستحضرات التجميل، البلاستيك.

2. الألكانات أقل في النشاط الكميائي من الألكينات والألكاينات، وذلك لأنها تفتقر إلى الروابط المزدوجة والثلاثية التي تتميز بنشاط كيمائي كبير.

3. تشارك الألكانات في عملية الاحتراق والهالجينة والتي تعني التفاعل مع الهالوجينات مثل الكلور Cl2أو Br البروم.

أمثلة الهيدروكربونات الأليفاتية

بعض أمثلة الهيدروكربونات الأليفاتية وعدد ذرات الكربون بها:

1. الميثان، يحتوي على ذرة كربون واحدة السلسلة الأساسية للمركب.
2. إيثان (الكان)، إيثين (الكين)، إيثاين (الكاين) يحتوي كلاً منهما على ذرتين كربون في السلسلة الأساسية للمركب.
3. بروبان(الكان)، بروبين(الكين)، بوباين (الكاين)، يحتوي كلاً من هما على ثلاث ذرات كربون في السلسلة الأساسية للمركب.

4. بيوتان(الكان)، بيوتين (الكين) بيوتاين (الكاين) يحتوي كلاً من هما على ثلاث ذرات كربون في السلسلة الأساسية للمركب.

استخدامات الهيدروكربونات الأليفاتية

من أهم مزايا المركبات الأليفاتية أن معظمها قابل للاشتعال، مما يجعل استخدام الهيدروكربونات الأليفاتية كوقود مثل الميثان في موقد بنزن، مثل الغاز الطبيعي المسال، والإيثيلين في اللحام.

تأثيرات الهيدروكربونات الأليفاتية

تعتبر مركبات الهيدروكربونات الأليفاتية مكونات رئيسية للنفط، والغاز الطبيعي، والمبيدات الحشرية، التي تتسبب في:

1. ظاهرة الاحتباس الحراري وتغير المناخ.
2. اتساع ثقب الأوزون.
3. تقليل عملية التمثيل الضوئي للنبات.
4. زيادة خطر الإصابة بمرض السرطان لدى الإنسان.
5. اضطرابات الجهاز التنفسي.

تعتبر الهيدروكربونات الأليفاتية أبسط فروع الكيمياء العضوية، ولكن تظل من أهمها، نظرًا لاهتمامها بالوقود والطاقة، وهو ما تحتاجه الدول الصناعية في العصر الحديث.