Hidrocarburos

Los hidrocarburos son diversos tipos de compuestos orgánicos. Pueden tener una mayor o menor complejidad, pero siempre están conformados por un esqueleto de átomos de carbono (C) y de hidrógeno (H), así como de otros eventuales elementos.

Cada hidrocarburo presenta sus patrones estructurales, ya que su configuración específica determina sus propiedades físicas y químicas, así como el nombre de la sustancia de la que se trata. El petróleo, el gas natural y el carbón son las principales fuentes de hidrocarburos.

La mayoría de los hidrocarburos están en el interior de la Tierra, sepultados debajo de capas y capas de roca y de suelo. Son producto de la descomposición anaeróbica, bajo condiciones muy puntuales, de grandes cantidades de materia orgánica, que en épocas antiguas constituyó el cuerpo de distintos seres vivientes.

Dado su enorme potencial químico y energético, los hidrocarburos forman parte indispensable de diversas industrias, entre ellas, en la obtención de energía eléctrica.

Clasificación de los hidrocarburos

Hidrocarburos aromáticos

Son compuestos orgánicos cíclicos caracterizados por tener un núcleo común, conocido como benceno (C6H6). El benceno es una molécula con seis átomos de carbono conectados entre sí mediante tres enlaces simples y tres enlaces dobles.

Los hidrocarburos aromáticos pueden ser de dos clases:

Monocíclicos, que son aquellos que solo contienen un núcleo o anillo bencénico. Algunas de estas sustancias sustituyen uno de los hidrógenos del benceno por ramificaciones y cadenas laterales, es decir, residuos hidrocarbonados. Algunos ejemplos son el tolueno (C6H5 - CH3), el fenol (C6H5 - OH) o el nitrobenceno (C6H5 - NO2).

Policíclicos, que son los que contienen dos o más núcleos de benceno interconectados, como el naftaleno, el fluoreno, el antraceno o el pireno.

Hidrocarburos alifáticos

Están constituidos esencialmente por hidrógeno y carbono, y no tienen carácter aromático, por lo que no contienen benceno. Sus cadenas suelen ser abiertas, en cuyo caso pueden ser tanto lineales como ramificadas. Sin embargo, los hay con cadenas cerradas que no cumplen con la propiedad de los hidrocarburos aromáticos.

Los hidrocarburos alifáticos se subdividen en:

Hidrocarburos saturados o alcanos, que son aquellos cuyos enlaces de carbono-carbono son simples. La fórmula general de los alcanos es CnH2n+2, en el que n es el número de carbonos. Algunos ejemplos claves son el metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10).
Hidrocarburos no saturados, que son aquellos que contienen enlaces dobles o triples de carbono-carbono. Este grupo se subdivide como:
- Alquenos u olefinas, que corresponde a los no saturados con enlaces dobles de carbono-carbono (CH2=CH2). Por ejemplo, el limoneno, proveniente de los aceites cítricos.
- Alquinos o acetilenos, los cuales poseen enlaces triples de carbono-carbono. Por ejemplo, el etino (HC≡CH).

¿De donde provienen los hidrocarburos?

Los hidrocarburos suelen encontrarse en yacimientos, depósitos o reservorios al nivel del subsuelo, ya sea en la plataforma terrestre o en la plataforma marina.

El proceso que resulta en la obtención de hidrocarburos consta de cuatro etapas. Conozcámoslas.

1. Sedimentación a gran profundidad

Los hidrocarburos se forman a partir de la descomposición y transformación térmica de sedimentos de materia orgánica (algas, restos de plantas, animales) depositados a gran profundidad. Estos sedimentos están contenidos en la llamada roca madre, es decir, en la base rocosa del suelo. Cuando la roca generadora alcanza los 60 °C comienza a expulsar petróleo, siendo los 90 °C el momento de máxima generación.

2. Calentamiento y presión

La transformación de esta materia orgánica depende de la presencia de la roca madre y de las condiciones en las que se encuentra. Al aumentar la temperatura y la presión ejercida en la materia orgánica durante siglos y milenio, los sedimentos se transforman en líquido (petróleo) o gas.

3. Migración de los hidrocarburos desde la roca madre hasta la roca almacén

Una vez transformados, los hidrocarburos migran hacia los poros de las llamadas rocas almacén, esto es, arenas y rocas fragmentadas que pueden absorber y expulsar los fluidos. Las rocas almacén tienen dos características: porosidad y permeabilidad. No se trata, pues, de un depósito compacto e impermeable.

4. Retención por trampa petrolífera o rocas impermeables

Se llama trampa petrolífera a la sección de una roca almacén donde queda atrapado el fluido. La trampa está cubierta por una roca sello que impide que el hidrocarburo en cuestión sea expulsado hacia la superficie. Es por ello que a menudo precisamos de maquinaria para extraer los hidrocarburos.

Nomenclatura

Para nombrar a los hidrocarburos se utilizan una serie de prefijos (al comienzo del nombre) y sufijos (al final del nombre) que señalan la cantidad de enlaces y átomos.

Ejemplos de prefijos según el número de átomos de carbono:

Met (un átomo de carbono).
Et (dos).
Prop (tres).
But (cuatro).
Pent (cinco).
Hex (seis).
Hept (siete).
Oct (ocho).
Non (nueve).
Dec (diez).

Sufijos según el tipo de hidrocarburos

Alcanos: -ano. Por ejemplo: butano (alcano con cuatro átomos de carbono).
Alquenos: -eno. Por ejemplo: penteno (alqueno con cinco átomos de carbono).
Alquinos: ino. Por ejemplo: etino (alquino con dos átomos de carbono).

Si son cíclicos se pone el prefijo ciclo- seguido del nombre del hidrocarburo. Por ejemplo: ciclobutano o ciclopentano.

En el caso de los hidrocarburos que tienen enlaces dobles o triples se debe poner un número que corresponde a la posición del primer carbono que participa en tales enlaces múltiples como prefijo al sufijo -eno (si es alqueno) y al sufijo -ino (si es alquino).

Ejemplos de Hidrocarburos

Metano. CH4 (alcano)
Etano. CH3 – CH3 (alcano)
Propano. CH3 – CH2 – CH3 (alcano)
Butano. CH3 – CH2 – CH2 – CH3 (alcano)
But-1-ino o 1-butino. CH ≡ C – CH2 – CH3 (alquino)
Hep-3-ino o 3-heptino. CH3 – CH2 – C ≡ C – CH2 – CH3 (alquino)

Impacto ambiental

El uso de los hidrocarburos tiene su costo, y el primer impacto se lo lleva el medio ambiente. En general, se trata de sustancias tóxicas, capaces de producir grandes daños ecológicos en el caso en que sean vertidos en la naturaleza, como ocurre con los derrames petroleros o las fugas de crudo. Reparar estos daños ambientales suele ser costoso y lento.

Además, dependiendo del hidrocarburo, su liberación o su combustión emiten gases de efecto invernadero a la atmósfera, o sea, gases ricos en carbono como el metano (CH4) o el dióxido de carbono (CO2).

Esos gases pueden destruir la capa de ozono del planeta, y además bloquear el escape de la energía a través de la atmósfera, contribuyendo dramáticamente al calentamiento global y al cambio climático. La quema de combustibles fósiles es, de hecho, uno de los principales factores en esta problemática mundial.