OBTENCIÓN DE LOS ALCANOS
El petróleo es la fuente más importante de los alcanos, principalmente de los inferiores (C1 al C5), los cuales se pueden obtener por destilación fraccionada de éste.
Los alcanos superiores, desde el hexano en adelante, es preferible obtenerlos sintéticamente (reducción de los halogenuros de alquilo en presencia de H2, hidrogenación de alquenos, hidrólisis de los reactivos de Grignard y a partir de la hulla), debido a que estos hidrocarburos ya presentan numerosos isómeros y además sus puntos de ebullición están muy cercanos; por este motivo se dificulta separarlos mediante la destilación del petróleo.
Otra fuente de los alcanos es el gas natural que siempre cubre la superficie del petróleo, cuando se encuentra en los grandes pozos.
PETRÓLEO
El petróleo se conoce como aceite mineral y es el producto de la descomposición de materia orgánica (vegetales y animales) que por muchos milenios se viene originando y almacenándose, ya sea en cavidades terrestres o en el mar; y siempre lo acompaña el gas natural que también es rico en hidrocarburos, especialmente en los inferiores, hasta el octano, en proporciones aproximadas de un 78 a 88% en metano, de 13 a 15% de etano, 3% de propano, 1% de butano y solamente un 0,5 de pentano, hexano, heptano y octano. También este gas contiene 2,5% de nitrógeno. El propano y el butano se aíslan del gas por licuefacción y son estos los principales gases utilizados como combustible; una vez separados, se conducen por gasoductos hasta los centros industriales donde son utilizados como combustible.
Refinación del petróleo
El petróleo que se extrae de los pozos, llamado crudo, industrialmente carece de interés comercial, y por esta razón se somete a la destilación fraccionada, con el objeto de separar los productos que son útiles industrialmente, operación que se conoce como la refinación del petróleo.
A través de la destilación se separan los hidrocarburos en forma ascendente de acuerdo con su peso molecular, aprovechando la ventaja de que sus puntos de ebullición no están muy cercanos entre sí. En estas condiciones se obtienen seis fracciones a saber:
Primera fracción: esta fracción es rica en hidrocarburos inferiores desde el metano hasta el butano, los que se obtienen en forma gaseosa y destilan a temperatura ambiente; su uso más frecuente es como combustible.
Segunda fracción: se obtiene una mezcla de pentano y hexano, conocida comercialmente como éter de petróleo; esta mezcla es muy utilizada como disolvente y su punto de ebullición se alcanza entre los 20 y 70°C aproximadamente.
Tercera fracción: constituye la gasolina, que el combustible por excelencia para automotores. Contiene los hidrocarburos desde el hexano (C6) hasta el dodecano (C12).
Cuarta fracción: el queroseno, forma la cuarta fracción de destilación, es utilizado como combustible para aviones y en los motores de maquinaria pesada, como tractores. Esta fracción la componen los hidrocarburos que van desde el C12 hasta el C18.
Quinta fracción: la forman los aceites livianos: gas de petróleo (combustible de los motores diésel), aceite combustible y aceites lubricantes. Esta fracción es rica en hidrocarburos del C18 al C40.
Sexta fracción: está formada por los hidrocarburos superiores; por solidificación constituyen la parafina y la vaselina.
El residuo que se obtiene después de la destilación del petróleo es el asfalto, muy utilizado en pavimentación y como impermeabilizante en la industria de la construcción.
Cracking o craqueo
Se conoce como tal la descomposición térmica o Pirólisis de hidrocarburos de alto peso molecular (no adecuados como combustible) en moléculas mas pequeñas. El proceso se realiza a temperaturas del orden de 500 a600 ºC, usualmente en presencia de catalizadores .
La fracción que corrientemente se somete a craqueo es el gasóleo o gas oil y en le proceso se obtienen no solo hidrocarburos componentes de la gasolina, sino también muchos otros que se emplean como materia prima en la manufactura de plásticos, drogas, detergentes, etc.
Alquilación
Aunque no tan importante como el craqueo, la alquilación es también un proceso muy utilizado para obtener gasolina. Consiste esencialmente en la reacción de alquenos menores con isobutano, para lograr hidrocarburos líquidos que estén en el intervalo de los componentes de la gasolina.
Indice de octano
Como sabemos la combustión es una reacción de oxidación en la que participa el oxígeno y se desprenden dióxido de carbono, agua y cantidades considerables de energía en forma de calor.
Ahora bien, en las condiciones de operación corrientes de un motor de combustión interna (como el de un automóvil), la combustión no es completa o total como lo muestran las ecuaciones anteriores, sino que se produce también algo de monóxido de carbono, lo que indica que parte de las moléculas de los hidrocarburos solo sufrieron oxidación parcial.
Para que se produzca la combustión en los cilindros de un motor, la gasolina se mezcla previamente con aire y luego se somete a comprensión. Una vez comprimida, la mezcla se enciende por medio de una chispa eléctrica proveniente de las bujías, y es entonces cuando se produce la reacción de combustión. Como consecuencia de ella, los gases se expanden accionando el pistón.
Algunos hidrocarburos, una vez mezclados con el oxígeno, se encienden con la sola comprensión, es decir, producen explosiones prematuras. Este fenómeno, que se conoce como pistoneo, es, por tanto, una causa de funcionamiento incorrecto de los motores, y los hidrocarburos que así se comportan son inadecuados como combustible para aquéllos.
Para determinar la eficiencia de un combustible, se utiliza el denominado índice de octano, que se basa en el comportamiento de dos hidrocarburos seleccionados como patrones:
El n-heptano, compuesto sumamente detonante (no requiere chispa), al cual se le asignó un índice de octano cero (0).
El 2,2,4-trimetilpentano (impropiamente llamado isoctano), que es un hidrocarburo muy poco detonante y que solo entra en combustión mediante chispa eléctrica de la bujía. A este compuesto se le asigno un índice de octano de cien (100).
El índice de octano u octanaje de un combustible corresponde al porcentaje por volumen de 2,2,4- trimetilpentano, en una mezcla con n-heptano que iguale las características detonantes del combustible en cuestión. Así, si una gasolina tiene un índice de octano de 90, es porque se comporta de manera similar a una mezcla de 90 % de 2,2,4- trimetilpentano y 10% de n-heptano por volumen.
El octanaje de una gasolina corriente para automóviles oscila alrededor de 85, siendo cerca de 90 para la extra. La gasolina para aviones debe tener índices de octano cercanos a 130.
PREGUNTA: ¿Cómo se llama el proceso por el cual, ocurre la descomposición térmica de los hidrocarburos de alto peso molecular en moléculas más pequeñas?