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miércoles, 31 de agosto de 2011

Los Hidrocarburos

 son compuestos orgánicos formados únicamente por "átomos de carbono e hidrógeno". La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas.

Los hidrocarburos se pueden diferenciar en dos tipos que son alifáticos yaromáticos. Los alifáticos, a su vez se pueden clasificar en alcanosalquenos yalquinos según los tipos de enlace que unen entre sí los átomos de carbono. Lasfórmulas generales de los alcanos, alquenos y alquinos son CnH2n+2, CnH2n y CnH2n-2, respectivamente.


Busqueda de hidrocarburos

 El inicio de las invisibles autopistas de energía está en la exploración.En los primeros tiempos de la industria, los pozos se perforaban a partir de algo más que la intuición en las cercanías de otros pozos. Actualmente la búsqueda se realiza con participación de geólogos y geofísicos además de incorporarle tecnología y el sobrevuelo del área en avioneta . La búsqueda de petróleo demanda el empleo de fotografías satelitales y el uso de la informática y algunos programas específicos.  En general demanda 10 años desde la ubicación de una nueva área hasta su producción y colocación en el mercado.  Los geólogos analizan las rocas de superficie, conforman mapas del terreno donde muestran la posible estructura de los sustratos del subsuelo rocoso.  Luego los geofísicos utilizando instrumentos apropiados obtienen mayor información de la conformación de las  rocas ubicadas en el subsuelo. Esto es posible porque hay instrumentos para medir pequeños cambios del campo magnético de la Tierra provocados por distintos tipos de rocas en el subsuelo. Entonces sobrevienen los trabajos de medición sísmica ( la que aporta mayores datos para la investigación ). Se  provocan vibraciones a 10 metros bajo la superficie ( antes con cargas de dinamita, ahora con martillos neumáticos operados por camiones )que provocan ondas de impacto- especie de pequeños terremotos que recorren la corteza terrestre. Cada vez que esas ondas chocan con los estratos rocosos , rebotan y son devueltos a la superficie , donde se los capta con micrófonos muy sensibles( geófonos). Esos sonidos son captados en una computadora especial que los convierte en mapas sísmicos, y así los geofísicos pueden estudiar si en entre esas rocas hay una trampa de petróleo. Luego viene la perforación del pozo, lo cual confirmará la búsqueda. Antiguamente se perforaban a percusión ( a golpes y paladas ). Actualmente se instala una torre o mástil  ( de hasta 40 metros de altura ), arriba se encuentra suspendida la cabeza de inyección ( ésta deja pasar un líquido -lodo) y permite a la barra de sondeo girar libremente en el sondeo. Motores diesel o eléctricos le permiten girar. En el extremo final de la columna de perforación se encuentra el trépano ( especie de taladro manual ) que perfora.  Como el trépano se desgasta fácilmente, cada 9 metros aproximadamente se cambia.  Mientras tanto los geólogos siguen estudiando el pozo.   A mayor profundidad se introduce un trépano más pequeño. Así puede que llegando a la profundidad final, el diámetro del trépano posiblemente sea de 10 centímetros , aunque hubiese comenzado con uno de 50 cm de diámetro. 


Importancia De Los Hidrocarburos

A los hidrocarburos los encontramos presentes en la naturaleza formando parte delpetróleo y también del gas natural. Bastantes de los productos que se usan cotidianamente son sustancias que se han obtenido a partir de éstos, es decir, del gas natural o el petróleo, productos como por ejemplo los detergentes, plásticos, insecticidas, productos de industria farmacéutica, diversos combustibles, y un largo etc.

El gas natural se encuentra formado principalmente por el metano, aunque éste suele ir acompañado de otro tipo de hidrocarburos más ligeros con números diferentes de átomos (de 2, 3,4 y 5 átomos concretamente) de carbono.
El petróleo forma un producto natural que se encuentra constituido por una mezcla compleja de hidrocarburos de tipo saturados, no saturados y también derivados del benceno. El petróleo no se usa en bruto así que debe ser sometido a una destilación fraccionada, con el fin de conseguir separar sus diversos componentes.
Los hidrocarburos se utilizan con frecuencia como combustibles. El gas natural que se comercia, contiene principalmente metano y etano, siendo usado para dar energía en forma de calor tanto en la industria como en viviendas de particulares, llegando así a reemplazar al butano y propano. Los motores de combustión usan la gasolina como combustible, que no es otra cosa que una mezcla de diferentes hidrocarburos con un contenido desde los 5 a los 10 átomos de carbono por molécula.
Seguidamente se realiza un proceso conocido como “el reformado”, el cual convierte a los alcanos lineales en derivados con ramificaciones o incluso en hidrocarburos aromáticos de número parecido de átomos de carbono, cosa que permite que se preparen gasolinas con un índice de octanos mayor.
En la actualidad, los hidrocarburos de cadena corta (fracción de gasolina) tienen una gran demanda, siendo ésta mucho más alta que en el caso de otros tipos de hidrocarburos que se extraigan de forma directa desde el petróleo. Para poder hacer crecer la producción de dicha fracción de combustibles, se utilizan técnicas de craqueo en hidrocarburos con un número de átomos de carbono mayor, con la finalidad de conseguir romper los enlaces carbono – carbono, y los enlaces carbono – hidrógeno, obteniendo así otros hidrocarburos de cadena más corta. La técnica de craqueo térmico exige trabajar a altas temperaturas, en torno a los 500ºC, y bajo presiones de unas 20 atmósferas; en el caso del craqueo catalítico, éste aumenta el rendimiento que pueda tener el proceso, trabajando en condiciones más ligeras de presión y temperatura, en presencia de catalizadores en cada caso. A través de dichos procesos, se consiguen alcanos de cadena corta, así como también hidrocarburos ramificados y alquenos.
Los alquenos y otros derivados del benceno se consiguen directamente o también indirectamente a partir del petróleo, siendo especialmente interesantes a nivel industrial. Bastantes de este tipo de compuestos son materiales considerados de partida, en la fabricación de plásticos u otros polímeros, como por ejemplo, el etileno, el tetrafluoroetileno, el estireno, etc., siendo materias primas para la obtención de polietileno teflón, PVC, u otros.


FUENTES DE CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos que llegan hasta los acuíferos corresponden en su mayoría a los componentes del petróleo y sus derivados. La contaminación por hidrocarburos se produce de forma frecuente y sus efectos pueden llegar a ser muy peligrosos. Las principales orígenes de aparición de hidrocarburos en el subsuelo son, por orden de importancia:
  • Fugas de depósitos
  • Vertidos accidentales
  • Enterramientos de residuos que contiene hidrocarburos
  • Lavado de aglutinantes de caminos asfaltados
  • Riegos de caminos de tierra con aceites residuales para evitar el polvo.
(Los dos primeros solos suponen el 90% de la contaminación)
Las actividades consideradas como fuentes de contaminación son:
  • Saneamiento in situ (nitratos; microorganismos fecales; trazas de hidrocarburos sintéticos)
  • Gasolineras y Talleres Automotrices (benceno; otros hidrocarburos aromáticos; fenoles; algunos hidrocarburos halogenados)
  • Déposito Final de Residuos Sólidos (amonio; salinidad; algunos hidrocarburos halogenados; metales pesados)
  • Industrias Metalúrgicas (tricloroetileno; tetracloroetileno; otros hidrocarburos halogenados; metales pesados; fenoles; cianuro)
  • Talleres de Pinturas y Esmaltes (alcalobencenos; tetracloroetileno; otros hidrocarburos halogenados)





EFECTOS AMBIENTALES



Un derrame de petróleo lleva consigo una serie de cambios progresivos de sus propiedades físico-químicas los cuales se atribuyen al proceso de intemperización, el cual incluye : evaporación, disolución, dispersión, oxidación, emulsificación, sedimentación y biodegradación.
La intemperización es la pérdida de ciertos componentes del petróleo a través de una serie de procesos naturales que comienzan una vez que ocurre el derrame y continúan indefinidamente.
EVAPORACIÓN :
Este proceso afecta la composición del producto derramado: aumenta su densidad y viscosidad y decrece su solubilidad en el agua, reduciendo así el nivel de toxicidad del producto.
En la medida que los compuestos más volátiles se evaporan, el petróleo se hace más pesado y puede llegar a hundirse. A las 24 horas casi el 40% del petróleo se ha evaporado.
Estos porcentajes van variando de acuerdo al grado de viscosidad del hidrocarburo, por lo que el proceso de evaporación juega un papel muy importante en los derrames, en especial cuando se trata de gasolinas o crudos livianos.
DISOLUCIÓN :
Este proceso es aquel por el cual parte del hidrocarburo se disuelve en el volumen de la columna de agua y en los alrededores del derrame. El tiempo de disolución depende de la composición, tasa de esparcimiento, temperatura del agua, turbulencia y grado de dispersión.
Aunque el proceso comienza inmediatamente, es de largo plazo y continúa durante todo el proceso de degradación del hidrocarburo. Es de notar que los compuestos más ligeros son los más solubles en el agua y por lo tanto se convierten en los más tóxicos, por lo que es muy importante calcular su concentración, para estimar los posibles efectos tóxicos.
OXIDACIÓN :
Es la combinación química de hidrocarburos con el oxígeno atmosférico y contribuye a la descomposición o degradación final del petróleo. Cuanto más área expuesta exista, mayor será la oxidación y mayor la velocidad de degradación. Este proceso es lento puesto que sólo una pequeña cantidad de oxígeno puede penetrar en una mancha de petróleo.
La radiación ultravioleta solar produce la oxidación fotoquímica, dependiendo de la intensidad de la radiación solar.
EMULSIFICACIÓN :
Este es el proceso por el cual un líquido se dispersa en otro líquido en forma de pequeñas gotitas, es decir como suspensión. Muchos hidrocarburos presentan una tendencia a absorber agua en emulsiones que pueden aumentar el volumen del contaminante en un factor entre 3 y 4. Estas emulsiones a menudo son extremadamente viscosas y como resultados de estos los demás procesos que harían que el hidrocarburo se disipe se ven retardados.
SEDIMENTACIÓN :
Puede suceder por dos mecanismos: el primero se define en la medida que el hidrocarburo se intemperiza resultando en un incremento de su densidad respecto al agua circundante y por consiguiente se hunde. El segundo ocurre por la adhesión de las partículas suspendidas en la columna de agua al petróleo.
BIODEGRADACIÓN :
Este es el proceso por el cual la mancha desaparece del medio ambiente. Ciertas especies de bacterias marinas, hongos y otros organismos utilizan los hidrocarburos como fuente de alimento. Es un proceso natural y muy lento debido al agotamiento continuo de oxígeno, a la formación de emulsiones de agua en petróleo (mousse), etc.
La tasa de biodegradación depende del contenido de nutrientes (nitrógeno y fósforo), oxígeno disuelto, salinidad, área superficial del derrame y de la composición y tamaño de la población microbiana

Clasificacion De Los Hidrocarburos


De acuerdo al tipo de estructuras que pueden formar, los hidrocarburos se pueden clasificar como:
  • Hidrocarburos acíclicos, los cuales presentan sus cadenas (principales o laterales) abiertas. A su vez se clasifican en:
    • Hidrocarburos lineales a los que carecen de cadenas laterales (Ramificaciones).
    • Hidrocarburos ramificados, los cuales presentan cadenas laterales.
  • Hidrocarburos cíclicos ó cicloalcanos, que se definen como hidrocarburos de cadena cerrada. Éstos a su vez se clasifican como:
    • Monocíclicos, que tienen una sola operación de ciclización.
    • Policíclicos, que contienen una sola operación de ciclización.
Los sistemas policíclicos se pueden clasificar por su complejidad en:
    • Fusionados, cuando al menos dos ciclos comparten un enlace covalente
    • Espiroalcanos, cuando al menos dos ciclos tienen un sólo carbono en común.
    • Puentes o Estructuras de von Baeyer, cuando una cadena lateral de un ciclo se conecta en un carbono cualquiera. Si se conectara en el carbono de unión del ciclo con la cadena, se tendría un compuesto espiro. Si la conexión fuera sobre el carbono vecinal de unión del ciclo con la cadena, se tendría un compuesto fusionado. Una conexión en otro carbono distinto a los anteriores genera un puente.
    • Asambleas, cuando dos ciclos indepencientes se conectan por medio de un enlace covalente.
    • Ciclofanos, cuando a partir de un ciclo dos cadenas se conectan con otro ciclo.                Según los enlaces entre los átomos de carbono, los hidrocarburos se clasifican en:
      • Hidrocarburos alifáticos, los cuales carecen de un anillo aromático, que a su vez se clasifican en:
        • Hidrocarburos saturados, (alcanos o parafinas), en la que todos sus carbonos tienen cuatro enlaces simples (o más técnicamente, con hibridación sp3).
        • Hidrocarburos no saturados o insaturados, que presentan al menos un enlace doble (alquenos u olefinas) o triple (alquino oacetilénico) en sus enlaces de carbono.
      • Hidrocarburos aromáticos, los cuales presentan al menos una estructura que cumple la regla de Hückel (Estructura cíclica, que todos sus carbonos sean de hibridación sp2 y que el número de electrones en resonancia sea par no divisible entre 4).

      Los hidrocarburos extraídos directamente de formaciones geológicas en estado líquido se conocen comúnmente con el nombre de petróleo, mientras que los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural. La explotación comercial de los hidrocarburos constituye una actividad económica de primera importancia, pues forman parte de los principales combustibles fósiles (petróleo y gas natural), así como de todo tipo de plásticosceras y lubricantes