ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ HAZIRLAYAN FEHMİ GÜR

Transkript

1 ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ HAZIRLAYAN FEHMİ GÜR

2 Fosil yakıtlar Kömür oluşumu Kömürler ve çevre Petrol oluşumu rafinasyonu, bileşenleri Hidrokarbonlar Alkanlar Alkenler Alkinler Aromatik bileşenler Bu Ünite Neden Önemli? Bu Ünite; Yeryüzündeki başlıca enerji kaynaklarının fosil yakıtlar olduğunu, Fosil yakıtların bitebileceğini, Yenilenebiliri temiz enerji kaynakları da olduğunu, Kimyasal maddelerin büyük çoğunluğunun petrol ürünlerinden elde dildiğini anlamak bakımından önemlidir.

3 GİRİŞ Hayatın en göze çarpan boyutu harekettir. Canlıyı cansızdan ayıran başlıca nitelik hareket edebilme yetisidir. Aslında hareket sadece canlılara özgü bir özellik de sayılmaz. Gök cisimleri, moleküller, atomlar, nükleonlar ve elektronlar için hareket, tıpkı kütle gibi, var oluşsal bir özelliktir. Enerji diğer etkileri yanında hareketi sağlayan itici güçtür. Çok çeşitli formlarda karşımıza çıkar. Başlıca enerji formları; Kinetik enerji (Hareket enerjisi) Isı enerjisi Elektrik enerjisi Potansiyel enerji (Durum enerjisi) Nükleer enerji (Çekirdek enerjisi) Işıma enerjisi (Radyasyon enerjisi)

4 Bu enerji formları, sürekli olarak birbirine dönüşür. Örneğin; güneşten gelen ışıma enerjisi, yeşil bitkilerce, bir tür potansiyel enerji olan kimyasal enerjiye dönüştürülür. Besinlerimizde depolanmış enerji, bu enerjidir. Besinler, canlı bünyesinde solunum süreciyle yakılır; bu sırada kimyasal enerji ısı ve hareket enerjilerine dönüşür. Hareket enerjisi kolayca elektriğe, elektrik de kolayca ışığa, ısıya ve harekete dönüşebilir. Evrenin işleyişi, bir bakıma birbirini izleyen bu dönüşümlerin tekrarı anlamına gelir.

5 Canlıların kullandığı kimyasal enerji kaynaklarına besin denir. Endüstride kullanılan kimyasal enerji kaynaklarına da yakıt denir. Yakıtlarımız çok çeşitlidir ve bunların büyük çoğunluğu, jeolojik zamanlar boyunca, yüz milyonlarca yılda meydana gelmiştir. Başlıca yakıtlarımız; fosil yakıtlar ve nükleer yakıtları dır. Nükleer yakıtlar, parçalanarak enerji verme potansiyeli taşıyan uranyum, plütonyum ve toryum gibi radyoaktif maddelerdir. Fosil ve nükleer yakıtlar dünya enerji ihtiyacının büyük bir kısmını karşılar (Şekil :1).

6 Şekil 1 : 2011 yılında dünyada, 2012 yılında Türkiye de başlıca enerji kaynaklarının toplam tüketimi içindeki payı

7 Fosil yakıtlar, yer altındaki ölü organizmaların anaerobik şartlarda doğal süreçlerle bozunmalarından oluşan yakıtlardır. Bu yakıtlar jeolojik zamanlarda oluşmuştur ve yaşları 650 milyon yıla ulaşabilir. Fosil yakıtların başlıcaları; Yüksek oranda karbon içeren antrasit ve taş kömürü, Daha düşük karbonlu linyitler, Kömürleşme sureci tamamlanmamış turbalar, Bir hidrokarbonlar karışımı olan ham petrol ve asfaltitler, Kaya gazı üretiminde kullanılabilen, kaya içine dağılmış ham petrol diye tanımlayabileceğimiz bitümlü şistler, Metan, etan, propan gibi uçucu hidrokarbonlar karışımı olan doğal gaz. Fosil yakıtlar, yenilenemeyen enerji kaynağı olarak kabul edilirler. Oluşmaları çok yavaşken, tüketimleri ise çok hızlıdır.

8 KÖMÜR Şekil 2: Bir kömür damarı Şekil 3: Antrasit kömürleşme sureci en uzun süren kömürdür. Kömür, tortul yer katmanları arasında bulunan, siyah veya kahverengi-siyah renkli, yanabilir özellikte bir kayaçtır. Yer altında, kömür yatakları veya kömür damarları adı verilen katmanlar halinde bulunur (Şekil : 2). Antrasit gibi sert kömürler, jeolojik zamanlar boyunca yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldıklarından metamorfik kaya olarak kabul edilebilir (Şekil : 3). Kömür esas olarak karbon ve kül bileşenlerinden oluşur. Karbon bileşeni, saf karbon şeklinde olabileceği gibi H, N, S, O elementlerinden bir veya birkaçını içeren karmaşık C bileşikleri halinde de olabilir.

9 KÖMÜR Kömür acık havada yakılınca karbon ve karbonlu bileşikler (organik kısım) uçucu ürünlere dönüşür ve enerji açığa çıkar. Yanmadan geride kalan anorganik maddeler karışımına kül denir. Kömürün kül oranı ne kadar düşükse, karbon ve karbon bileşikleri ne kadar yüksekse kömür o kadar kalitelidir. Tarih boyunca kömür yararlı bir enerji kaynağı ve ham madde olmuştur. Enerji kaynağı olarak kullanımı, hava ile yanma tepkimesine dayanır. Kömürün yanan kısmının karbon olduğunu varsayarsak, yanma tepkimesi aşağıdaki gibi gösterilir: C(k) + O 2 (g) CO 2 (g) + enerji Kömür, yakıt olarak en çok elektrik üretimi için kullanılır. Yanma sonucunda oluşan CO 2 ve kül, çevre kirliliği acısından ciddi bir endişe kaynağıdır. Ayrıca kömürdeki azotlu ve kükürtlü bileşenler ile hava azotundan oluşan SO 2 ve NOx gazları, hava kirletici gazların başında gelir.

10 KÖMÜR Ham madde olarak kömür genel olarak havasız ortamda tepkimeye sokulur. Örneğin; taş kömürü (Şekil : 4), havasız Şekil 4:Taş kömürünün yüzeyi linyite göre daha parlaktır. ortamda dıştan ısıtılırsa, uçucu kömür bileşenlerinin hepsi buharlaşıp ayrılır. Geriye saf karbon ve külden oluşan gözenekli bir katı kalır. Bu katıya kok denir (Şekil : 5). Kok, metal oksitlerden metal üretimi gibi Şekil 5: Kok kömürü taş kömüründen elde edilir. endüstriyel amaçlar için ham madde olarak kullanılır.

11 KÖMÜR Kok üretilirken ele gecen uçucu kısım, kok gazı adı verilen yakıt yanında, benzen, toluen, ksilen, anilin, naftalin, fenol, amonyak gibi birçok yararlı endüstri ara maddeleri de içerir. Bu yüzden kömür, İkinci Dünya Savaşı öncesi donemde organik kimya endüstrisinin başlıca ham maddesi olmuştur. Kok gazının kok hane gazı) başlıca bileşenleri CO, H 2, CH 4, CO 2 ve N 2 gazlarıdır. Bu gazların ilk ucu yanıcı olduğu için kok gazı, yakıt olarak değerlendirilir.

12 KÖMÜR ÜRETİMİ Kömür, yer altında galeriler açılarak yer altı işletmeciliği ile veya yer üstünde acık işletmecilik ile elde edilir. Şekil 6: Yeraltı kömür işletmeciliği Ülkemizde, Zonguldak taki taş kömürü ve Amasya Çeltek'teki linyit üretimi yer altı işletmeciliği ile yapılmaktadır (Şekil : 6). Afşin- Elbistan, Seyit Ömer ve Soma yörelerimizde acık işletmecilik de Şekil 7: Açık kömür işletmeciliği uygulanmaktadır (Şekil : 7).

13 KÖMÜRLEŞME OLAYI Bir fosil yakıt olan kömür, çok uzun sürelerde gerçekleşen biyolojik, kimyasal ve jeolojik süreçler sonunda oluşur. Ölü bitkilerin kalıntıları, tortul katmanlar altında beklerken önce turba kömürü, sonra sırasıyla linyit, alt bitümlü kömür, bitümlü kömür (taş kömürü) ve son olarak da antrasit meydana gelir (Şekil :8). Jeolojik olarak kömürlerin yaşları yaklaşık 400 milyon yıl ile 15 milyon yıl arasında değişir. Şekil 8: Kömür oluşum süreci

14 Şekil 9: Linyit, taş kömürüne göre daha mat renklidir KÖMÜRLEŞME OLAYI Fosil yakıtların oluşumuna ilişkin ilk teoriler 16. yüzyılda önerilmiştir. Bu teorilerden bazılarına göre, antrasit ve taş kömürü gibi karbonca zengin türlerin oluştuğu jeolojik çağlar çok eskidir (360 milyon yıl öncesinden başlar). Linyitlerin (Şekil : 9) ve turbaların kömürleşme süreçleri daha yenidir (en eskisi 250 milyon yıl). Bu jeolojik devirlerde, çoğunlukla bitkisel maddeler uygun bataklık ortamlarında birikip çökelmiş ve jeolojik hareketlerle yer altına gömülmüşlerdir. Yerin altında, ortamın basınç ve sıcaklık şartlarından etkilenmeleri sonucu organik maddenin bünyesinde fiziksel ve kimyasal değişimler meydana gelmiştir.

15 KÖMÜRLEŞME OLAYI Turba olarak adlandırılan ve kömürleşmenin ilk evresi olan oluşumlar, sıcaklık ve basınç şartlarının etkisiyle, sonunda taş kömürüne dönüşür. Bu süreçte önce su ve su buharı ayrılır. Sonra sırasıyla karbon dioksit (CO 2 ) ve oksijen (O 2 ) çıkışı olur. Antrasit oluşuyorsa hidrojen (H 2 ) gazı da uzaklaşır. Özet olarak, her kömürün oluşumu bir turba evresinden geçer. Volkanik faaliyetler, fay hareketleri ve diğer etkilerle yerin sıcaklığı arttıkça turba, linyit, alt bitümlü kömür, bitümlü kömür (taş kömürü), antrasit ve en sonunda şartlar uygun olursa grafite dönüşür. Bu ilerleyen olgunlaşma surecine kömürleşme denir. Kömür içinde kil, silis, kum ve değişik oranlarda başka mineraller de bulunur. Kömürlerin içerisinde bulunan anorganik maddeler kömür yandığında kulu oluşturur.

16 KÖMÜRÜN KALİTESİ Kömürün kalitesi, kömürleşme derecesi, yani yaşı ile değişir. Yaşları hesaba katıldığında, linyitten antrasite doğru gidildikçe kalite yükselir. Bir kömürün kalitesi denince iki temel özellik akla gelir: Kömürün ısıl değeri, yani birim kütlede (1 kg) kömür yakılınca açığa çıkan ısı miktarı: Isıl değeri yükseldikçe kömürün kalitesi yükselir. Kömürdeki karbon, kül, kükürt ve azot oranları: Karbon oranı arttıkça kalite artar; kül, kükürt ve azot oranları arttıkça kalite düşer. Meraklısına Isıl Değer Isıl değer, bir yakıtın birim kütlesinin tam olarak yakılması sonucu açığa çıkan ısı miktarıdır. Yanma ısısı da denir. Katı yakıtların ısıl değeri yaygın olarak kcal/kg cinsinden verilir. Uluslararası birim sistemi (SI) kcal/kg yerine kj/kg birimini kabul etmiştir. Dönüşüm için, 1 kcal/kg = 4,18 kj/kg ilişkisi kullanılır.

17 KÖMÜRLERİN ELEMENT DEĞERLERİ VE YÜZDELERİ* Malzeme Karbon (Kütlece %) Kül (Kütlece %) Kükürt (Kütlece %) Azot (Kütlece %) Isıl Değeri (Kuru ve külsüz kcal/kg) Ağaç (selüloz) Turba < 6 > 2 0,1 0,2 < 3500 Linyit** > Alt bitümlü kömürler Bitümlü kömürler < 1 < Antrasit > 85 2 < 0,5 < 0, *Element yüzdeleri kurutulmuş kömüre göre; ısıl değerler, 1 kg külsüz kömür esas alınarak hesaplanmıştır. ** Turbaların %90 a yakın kısmı sudur. Burada verilen rakamlar ıslak turba üzerinden yaklaşık değerlerdir.

18 KÖMÜRLER VE ÇEVRE Kömür başlıca enerji üretimi için ve endüstriyel ham madde olarak kullanılır. Enerji üretimi, her tur kömürden sağlanabilir. Endüstride ham madde olarak kullanılan kömürler ise bitümlü kömür (taş kömürü) ve antrasit gibi yüksek karbonlu, düşük kul oranlı türlerdir. Taşkömürü ve antrasit, endüstriyel önemleri nedeniyle ısı üretiminde olabildiğince az kullanılmaktadır. Ülkemiz taş kömürü bakımından zengin sayılamayacağı için böyle bir secim daha da zorunlu hale gelir. Enerji üretiminde kül, azot ve kükürt oranları yüksek linyitlerin tercih edilmesi, bir yandan akılcı kaynak kullanımı anlamına gelirken diğer yandan da çeşitli çevre sorunlarını gündeme getirir.

19 KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK ÜSTÜNLÜKLERİ Kömür, petrol ve doğal gaza oranla miktarı çok daha fazla olan enerji kaynaklarından biridir. Petrol bugünkü hızıyla tüketilirse, bilinen kaynakların 60 yılda tükeneceği öngörülmektedir. Kömürün ise daha 500 yıl kadar yeteceği hesaplanmıştır. Kömür, diğer fosil yakıtlara göre daha ucuzdur. Kömür güvenli bir şekilde saklanabilir ve gerektiğinde enerji üretmek için kullanılabilir.

20 KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK SAKINCALARI Kömürün havada ana yanma tepkimesi, C + O 2 CO 2 + Enerji şeklindedir. Açığa çıkan enerji, 1 mol (12 g) karbon başına 393,5 kj dur (94,1 kcal). Bu enerji, elektrik üretimi, ısınma gibi çeşitli maksatlarla kullanılır. Yanma sırasında oluşan CO 2 atmosfere salınır. Kömür tüketimi, havadaki CO 2 oranının artması demektir. Atmosferdeki CO 2 oranının artması küresel ısınmanın başlıca sebeplerinden biridir. Kömür havada yanarken bünyesinde bulunan kükürt SO 2, azot ise NO x haline dönüşür. S + O SO 2 N 2 + xo 2 NO X Oluşan bu oksitler havaya karışarak atmosferi; ayrıca yağmurlarla yeryüzüne inerek toprağı ve suyu kirletir.

21 KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK SAKINCALARI Kömür yanarken kül ve diğer kirletici maddeler (is, katran vb) oluşarak çevreye ciddi zarar verir. Doğal gaz yanarken oluşan CO 2, aynı miktar ısı üretmek için kömürden oluşan CO 2 miktarının yarısı kadardır. Üstelik doğal gaz yakılırken SO 2 oluşmaz. Bu yüzden doğal gaz çevre dostu yakıt olarak kömürden üstündür. Kömür, kükürt ve diğer zararlı bileşenlerinden temizlenebilir veya petrol benzeri sıvı yakıtlara dönüştürülebilir. Ancak ilgili teknolojiler henüz yeteri kadar geliştirilebilmiş ve maliyetler makul düzeylere çekilebilmiş değildir. Kömür madenciliği ve kömür işletme teknolojileri yeryüzünün doğal görünüşünü bozabilir ve çevre kirliliğine yol açabilir.

22 PETROL Ham petrol, Mezopotamya da, İran da, Azerbaycan da ve Romanya da çok eskiden beri kullanılan, sıvı yağ kıvamında, rengi sarı yeşilden siyaha kadar değişebilen yanıcı bir sıvıdır. Eski Babil şehrinin duvarlarında nem tutucu olarak petrol ziftinin kullanıldığı bilinmektedir. Bizanslılar da ham petrolü, Bizans Ateşi (grejuva ateşi) adı verilen ve mancınık ile atılan yanar gülleleri yapmak için kullanmıştır.

23 PETROLÜN OLUŞUMU Bir fosil yakıt olarak ham petrol, yer altındaki jeolojik katmanlarda oluşur. Jeolojik devirlerde denizlerde yaşayan zooplankton ve alg grubundan ölü organizmalar deniz dibinde çökeltiler altında kalmış; zamanla uğradıkları yüksek basınç ve yüksek sıcaklık şartlarında bozunup ham petrole dönüşmüşlerdir (Şekil :10) Şekil 10: Petrolün oluşum süreci

24 PETROLÜN OLUŞUMU Milyonlarca yıl boyunca devam eden bozunma süreçleriyle organik maddeler değişime uğrar. Önce mum benzeri maddeler sonra daha yüksek sıcaklık ile sıvı ve gaz hidrokarbonlar oluşur. Petrol oluşumu, yüksek sıcaklık ve / veya basınçta büyük moleküllü hidrokarbonların küçük moleküllere dönüşmesiyle gerçekleşir. Şekil 11: Petrolün yer altından çıkarılması

25 PETROLÜN RAFİNASYONU Şekil 11: Ham petrolün ayrımsal damıtma işlemi için kullanılan kule Petrol rafinasyonu için ayrımsal damıtma kuleleri kullanılır. Bir ön ısıtma işleminden sonra kuleye alttan beslenen ham petrol, kule içinde yükselirken, kaynama noktalarına göre bileşenler birbirinden ayrılır (Şekil : 11) Yer altından çıkarılan petrolün kimyasal bileşimi karmaşıktır. Yapısında tek karbonlu basit metan (CH 4 ) gazından 40 karbonlu moleküllere kadar binlerce ayrı madde bulunur. Bu maddelerin kaynama noktaları, moleküldeki C sayısı arttıkça artma eğilimi gösterir. Bu yüzden, ham petroldeki bileşenler, kaynama noktası aralıklarına denk gelecek şekilde, ayrımsal damıtma ile ayrılır. Ham petroldeki yüksek karbonlu (ağır) bileşenler çok işe yaramadığı için, ayırma işlemi sırasında, büyük molekülleri küçük moleküllere dönüştürme (kraking) işlemi de uygulanır. Bu kimyasal dönüşüm ve damıtma işlemlerine topluca ham petrolün rafinasyonu adı verilir.

26 PETROL ÜRÜNLERİ Ham petrolden rafinasyonla elde edilen çeşitli ürünlerin farklı amaçlarla kullanılır. Orneğin; LPG, otomobillerde ve mutfaklarda Benzin, içten yanmalı motorlarda; Mazot, dizel motorlarda yakıt olarak kullanılır. Fuel-oil, elektrik ve ısı enerjisi üretmede ve bazı gemilerin yakıtı fuel-oildir. Her petrol ürününün enerji kaynağı olarak yakıldığı düşünülmemelidir. Örneğin; Petrol eteri ve nafta, çözücü ve petrokimya ham maddesi olarak kullanılır. Mineral yağ, yağlama amacıyla kullanılır. Motor yağları ve dişli yağları (gres) mineral yağ örnekleridir. Parafin, kandillerde kullanılan mumlar ve eczacılıkta kullanılan vazelinler parafinlere örnek olarak verilebilir.

27 PETROL ÜRÜNLERİ KAYNAMA NOKTALARININ ARTIŞINA GÖRE RAFİNERİLERDE ÜRETİLEN YAKITLAR Bileşen Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) (-42) - 1 Benzin (-1) Jet yakıtı Gaz yağı Dizel (Mazot) Fuel- Oil (Fuel-oil adı altında kaynama sıcaklık aralıkları farklı olan 6 ayrı ürün mevcuttur.) Kaynama Sıcaklık Aralığı, 0 C Zift, mum, yağlama yağları ve diğer ağır (az uçucu) yağlar ayrımsal damıtma kulesinin tabanından alınır. Bunların dışında rafinerilerde, kimyasal süreçlerle plastikler ve diğer malzemelerin elde edildiği ara ürünler de üretilir. Ham petrolde %6 ya varan oranlarda kükürt içeren bileşikler bulunduğundan, petrolden elementel kükürt ve kükürtten sülfürik asit elde edilir. Ayrıca petrolden sentez için hidrojen gazı ve katı yakıt olarak petrol koku da üretilmektedir.

28 PETROLÜN YANMASI Petrol veya petrol ürünleri hava oksijeni ile ekzotermik olarak yanar ve enerji elde edilir. Yanma tepkimelerinde enerji, ısı olarak açığa çıkar. Denklemlerde ısı, Q ile gösterilir. Oksijen yeterli ise (tam yanma olur) yanma ürünleri karbon dioksit ve su buharıdır. Örneğin; benzinde yaygın olarak bulunan oktanın (C 8 H 18 ) oksijenle ekzotermik tepkimesi şöyledir: 2C 8 H 18 (s) + 25O 2 (g) 16CO 2 (g) + 18H 2 O (g) + Q (Q = 5116 kj /mol (1223 kcal /mol) Petroldeki bütün hidrokarbonlar, oktan gibi, acık havada yanma reaksiyonları verir. Petrolün yakıt olarak önemi, bu yanma reaksiyonlarında açığa çıkan ısı ile ilgilidir.

29 PETROLÜN YANMASI Petrol yanarken oksijen yetersiz ise (kısmi yanma) CO 2 ve H 2 O buharı yanında CO gibi zehirli yan ürünler de açığa çıkar. Ayrıca yanma ortamında basınç ve sıcaklık yüksekse hava azotu oksitlenerek zehirli NO x gazları meydana gelir. 2C 8 H 18 (s) + 25O 2 (g) + 2N 2 (g) 12CO 2 (g) + 4CO(g) + 4NO(g) + 18 H 2 O(g) + Q Motorlu araçlarda yanma ortamı bu zehirli gazların oluşumuna uygundur. Bu yüzden egzoz gazları karbon monoksit ve azot oksitleri (NOx) içerir. Petrolde bulunan kükürtlü bileşikler yandığında kükürt dioksit (SO 2 ) oluşur. S(s, g) + O 2 (g) SO 2 (g) + Q Motorlu araçların yanma odalarında oluşan ve egzoz gazına karışan SO 2, atmosferde su buharı ile etkileşerek sülfüroz aside (H 2 SO 3 ), önce oksijen sonra su buharıyla etkileşerek de sülfürik aside (H 2 SO 4 ) dönüşür. Asit yağmurlarının başlıca sebebi budur.

30 PETROLÜN BİLEŞENLERİ Ham petrolde bulunan bileşenlerin pek çoğu sadece karbon ve hidrojenden oluşmuştur. Boyle bileşiklere genel olarak hidrokarbon denir. Petrolde bulunan hidrokarbonlar; Düz zincirli ve dallanmış alkanlar, Sikloalkanlar, (naftenler), Çeşitli aromatik halkalı bileşikler, Asfaltenler olabilir. PETROLDEKİ HİDROKARBONLARIN YÜZDE BİLEŞİMLERİ Hidrokarbon Ortalama (%) Değişim Aralığı (%) Alkanlar Siklo alkanlar (Naftenler) Aromatikler Asfaltenler 6 Kalan

31 HİDROKARBONLAR Hidrokarbonlar, karbon ve hidrojenden oluşmuş bileşiklerdir. Yapılarındaki karbon atomları arasında sadece tek bağlar varsa alkan; çift bağlar varsa alken; üçlü bağlar varsa alkin adını alırlar. Halkalı yapıda olup dönüşümlü (konjüge) çift bağlar içeren hidrokarbonlara da aromatik bileşikler denir. Atom numarası 6 olan ve periyodik cetvelin 2. Periyodu ve IVA Grubunda bulunan karbon atomunun 2. tabakasında 4 tane elektron bulunur (Şekil : 12a). Dış katmandaki elektron sayısını 8 e tamamlamak, yani oktetini tamamlamak için C atomunun 4 elektrona daha ihtiyacı vardır. C atomu ihtiyacı olan bu 4 elektronu, H (Şekil : 12b) veya diğer C atomlarıyla elektron ortaklaşarak sağlar. Her ortaklaşılmış elektron çifti bir kovalent bağ demektir. O halde her C atomu dört kovalent bağ yapar (Şekil : 12c). Şekil 12: Karbon ve hidrojen atomlarından metan molekülünün oluşumu

32 ALKANLAR Metan (CH 4 ) ve etan (C 2 H 6 ), alkan sınıfından bileşiklerdir. Alkanlarda, her bir C atomu, H ve / veya C atomları ile dört tane tekli kovalent bağ yapar. Parafinler olarak da adlandırılan alkanlar, sadece tek bağ içerdikleri için doymuş hidrokarbonlardır. Aşağıda bazı alkan örnekleri verilmiştir (Şekil : 13). Şekil 13: Basit Alkanlar

33 Alkanların genel kapalı formülleri C n H 2n+2 şeklinde gösterilebilir. İlk dört alkanın adları özeldir. Beş ve daha çok karbonlu alkanlar adlandırılırken, karbon sayısının Latince adlarından yararlanılır. Aşağıdaki Tablo tabloyu inceleyiniz ALKANLARDA ADLANDIRMA Alkan Formülü Latince Sayısı Alkan Adı C 5 H 12 penta pentan C 6 H 14 hekza hekzan C 7 H 16 hepta heptan C 8 H 18 okta oktan C 9 H 20 nona nonan C 10 H 22 deka dekan Dört ve daha az sayıda karbon atomu içeren küçük moleküllü alkanlar oda sıcaklığında gaz halindedirler. Bu dört gaza petrol gazları da denir. Propan ve bütan atmosferik basınçtan biraz daha yüksek basınç altında kolaylıkla sıvılaşabilir. Sıvılaştırılmış petrol gazının (LPG) ana bileşenleri bu iki bileşiktir. Genel olarak 5-16 karbonlu alkanlar sıvı, daha yüksek karbonlular katıdır.

34 SİKLOALKANLAR Sikloalkanlar veya naftenler, bir veya daha fazla karbon halkalı, doymuş hidrokarbonlardır. Siklohekzan (C 6 H 12 ) molekülünde 6 C atomu birbirlerine tek kovalent bağlarla bağlanarak altılı halka oluşturmuştur. Siklohekzanın açık formülü Siklohekzanın iskelet formülü Naftenlerde halka sayısı birden çok olabilir. Tek halkalı naftenlerin kapalı formülleri C n H 2n dir. Halka sayısı kaç tane olursa olsun Sikloalkanlar alkanlarla benzer özelliklere sahiptir.

35 ALKENLER Hidrokarbon moleküllerinde iki C atomu arasında cifte bağ bulunursa, olefinler olarak da bilinen alkenler oluşur. Alkenler, yapılarındaki C atomları, bağlayabilecekleri hidrojen sayısından daha az hidrojen atomları içerdiklerinden doymamış hidrokarbonlardandır. Alkenlerin genel formülleri C n H 2n dir. Eten (C 2 H 4 ) en basit alkendir; etilen olarak da adlandırılır. Diğer alkenler alkanlara benzer şekilde adlandırılır. Aradaki tek fark, alkan adının sonundaki -an son eki yerine -en ekinin geçmesidir.

36 ALKENLERDE ADLANDIRMA Alkan Formülü Latince Sayısı Alkan Adı C 3 H 6.. propen C 4 H 8.. büten C 5 H 10 penta penten C 6 H 12 hekza hekzen C 7 H 14 hepta hepten C 8 H 16 okta okten C 9 H 18 nona nonen C 10 H 20 deka deken

37 ALKİNLER Bir diğer doymamış hidrokarbon türünde iki C atomu arasında bir üçlü bağ vardır. Bu tip hidrokarbonlara alkinler adı verilir. Genel formülleri C n H 2n-2 dir. En kucuk alkin olan asetilen (C 2 H 2 ) den dolayı bu grup hidrokarbonlara asetilenler de denir. Ham petrolde alken ve alkin grubu bileşikler bulunmaz. Etin (C 2 H 2 ) en basit alkindir; asetilen olarak da adlandırılır. Diğer alkinler alkenlere benzer şekilde adlandırılır. Aradaki tek fark, alken adının sonundaki en son eki yerine -in ekinin geçmesidir.

38 ALKİNLERDE ADLANDIRMA Alkan Formülü Latince Sayısı Alkan Adı C 3 H 4.. propin C 4 H 6.. bütin C 5 H 8 penta pentin C 6 H 10 hekza hekzin C 7 H 12 hepta heptin C 8 H 14 oklta oktin C 9 H 16 nona nonin C 10 H 18 deka dekin

39 AROMATİK HİDROKARBONLAR Aromatik hidrokarbonlar veya arenler, halkalı yapılıdır. Genellikle halkaları altı atomludur (Şekil : 14). En basit aren olan benzenin acık formülünü yazmak zaman alıcı olduğundan coğu zaman iskelet formulu kullanılır. Şekil 14: En basit aromatik bileşik olan benzen altı atomlu düzlemsel halkadan oluşur Benzen molekülündeki ikili bağların yerleri sabit değildir. Yani halkadaki elektronlar molekül içinde gezicidir. Sonuçta, mezomer formlar dediğimiz farklı gösterimler kullanılır. Bu yüzden benzen molekülünde üç tane ikili bağa ait altı elektronu bir çemberle gösterme geleneği yaygınlaşmıştır.

40 AROMATİK HİDROKARBONLAR Benzen mukemmel altıgen simetrisi ile apolar bir molekuldur. Su ile karışmayan tipik bir organik sıvı örneğidir. Benzen halkasındaki bir H atomu yerine bir metil grubu (CH 3 ) geçerse bir başka aromatik bileşik olan toluen (C 6 H 5 CH 3 ) oluşur. Toluen benzen gibi çözücülük özelliği iyi olan bir sıvıdır. Benzen kanserojen olduğu halde toluenin kanserojen özelliği çok daha azdır. Aromatik bileşikler çift bağ bulundurdukları halde alkenler ve alkinler gibi kolayca hidrojen bağlamazlar. Başka bir deyişle, aromatik bileşikler alkenlere ve alkinlere göre daha kararlı bileşiklerdir.

41 AROMATİK HİDROKARBONLAR Aromatik hidrokarbonlar benzendeki gibi tek halkalı, naftalindeki gibi iki halkalı ve antrasendeki gibi üç halkalı olabilir. Halka sayısı daha çok olan aromatik bileşikler de vardır. Kömürdeki ve ham petroldeki asfaltenler bu türdendir. Bütün aromatik bileşikler, karbon bakımından çok zengin oldukları için isli bir alevle yanar. Aromatik bileşiklerin bir diğer genel özelliği keskin kokulu olmalarıdır. Aromatik kelimesi buradan gelir (aromatik=kokulu). Çok halkalı aromatik bileşikler de benzen gibi kanserojen özellik taşır.

42 AZOT VE OKSİJEN BİLEŞİKLERİ Atom numaraları 7 ve 8 olan azot ve oksijen atomlarının son katmanlarında sırasıyla 5 ve 6 tane elektron bulunduğundan (Şekil : 15), oktet kuralı gereği azot atomu 3, oksijen atomu da 2 kovalent bağ oluşturur. Aşağıdaki örnekleri inceleyiniz. Şekil 15: Azot (a) ve oksijen (b) atomlarının elektron dizilimi

43 AZOT VE OKSİJEN BİLEŞİKLERİ Benzendeki H atomlarından biri yerine OH grubu geçerse fenol (C 6 H 5 OH), -NH 2 grubu geçerse anilin (C 6 H 5 NH 2 ) türer. Halkadaki bir H yerine OH veya NH 2 grubunun geçmesi, benzene göre çok farklı özellikler ortaya çıkarır. Orneğin; benzen asit/baz özelliği göstermezken, fenol zayıf asit, anilin ise zayıf baz karakterlidir. Bu bileşiklerde oksijenin ve azotun sırasıyla iki ve üç kovalent bağ yaptığına dikkat ediniz. Benzen halkasındaki bir C atomunun azot atomu ile yer değiştirmesi sonucu piridin (C 5 H 5 N) molekülü ele geçer. Piridin, benzen gibi aromatik bir bileşiktir ve zayıf baz karakterlidir. Kaynak: Komisyon (2015), Ortaöğretim Kimya 10. Sınıf, Ankara: MEB yayınları