हाइड्रोकार्बन

कार्बनिक रसायन में, हाइड्रोकार्बन एक कार्बनिक यौगिक है, जिसमें पूरी तरह से  हाइड्रोजन  और कार्बन होता है।  जो हाइड्रोकार्बन  समूह 14 हाइड्राइड  का उदाहरण हैं। हाइड्रोकार्बन सामान्य रूप से रंगहीन और  जल विरोधी  होते हैं, तथा उनकी गंध सामान्य रूप से  गैसोलीन  और  हल्के तरल पदार्थ  के गंधों से कमजोर या अनुकरणीय होते हैं। वे आणविक संरचनाओं और चरणों की एक विविध श्रेणी में होते हैं: वे गैस (जैसे मीथेन और प्रोपेन), तरल  पदार्थ (जैसे  हेक्सेन  और  बेंजीन), कम पिघलने वाले  ठोस  पदार्थ जैसे  पैराफिन मोम  और नेफ़थलीन  या  बहुलक (जैसे  पॉलीइथाइलीन और  पॉलीस्टाइनिन) हो सकते हैं।

जीवाश्म ईंधन उद्योगों में, हाइड्रोकार्बन प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले  पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस  और  कोयला  उनके हाइड्रोकार्बन यौगिक और शुद्ध रूपों को संदर्भित करता है। हाइड्रोकार्बन का दहन विश्व की ऊर्जा का मुख्य स्रोत होता है। जो विलायक और बहुलक जैसे कार्बनिक  वाणिज्य रसायनों के लिए पेट्रोलियम प्रमुख कच्चा पदार्थ होता है।  ग्रीनहाउस गैसों  के अधिकांश मानवजनित उत्सर्जन जीवाश्म ईंधन के जलने से  कार्बन डाइआक्साइड  और प्राकृतिक गैस से प्रबंधन और कृषि से निकलने वाली मेथेन होती हैं।

प्रकार
जैसा कि कार्बनिक रसायन के IUPAC नामकरण द्वारा परिभाषित किया गया है, हाइड्रोकार्बन के लिए वर्गीकरण हैं- 'एलिफैटिक' शब्द गैर-ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन को संदर्भित करता है। तथा संतृप्त एलिफैटिक हाइड्रोकार्बन को कभी-कभी पैराफिन भी कहा जाता है। कार्बन परमाणुओं के बीच दोहरे बंधन वाले एलिफैटिक हाइड्रोकार्बन को कभी-कभी ओलेफिन्स भी कहा जाता है।
 * 1)  संतृप्त और असंतृप्त यौगिक  हाइड्रोकार्बन, हाइड्रोकार्बन प्रकारों में सबसे सरल होते हैं। तथा वे पूरी तरह से एकल बंधन से बने होते हैं और हाइड्रोजन से संतृप्त होते हैं। अचक्रीय  संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अर्थात् एल्केन्स) का सूत्र CnH2n+2 है।   संतृप्त हाइड्रोकार्बन का सबसे सामान्य रूप (रैखिक और शाखित दोनों प्रकार की प्रजातियों और एक या एक से अधिक वलयों के साथ और उनके बिना) का सही रूप CnH2n+2(1-r) होता है। जहाँ r वलयों की संख्या है। ठीक एक वलय वाले  साइक्लोअल्केन्स  होते हैं। संतृप्त हाइड्रोकार्बन  पेट्रोलियम ईंधन  का आधार हैं और ये रैखिक या शाखित प्रजातियों के रूप में पाए जाते हैं। एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को अन्य परमाणुओं से परिवर्तित जा सकता है, उदाहरण के लिए क्लोरीन या अन्य हैलोजन जिसे प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया भी कहा जाता है। एक उदाहरण  क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया  का उपयोग करके मीथेन को क्लोरोफॉर्म में परिवर्तित करता है। ध्यान दें कि, हाइड्रोकार्बन को हलोजन करने से कुछ ऐसा उत्पन्न होता है, जो हाइड्रोकार्बन नहीं होता है। तथा यह एक बहुत ही सामान्य और उपयोगी प्रक्रिया होती है। एक ही आणविक सूत्र वाले लेकिन विभिन्न  संरचनात्मक सूत्रों  वाले हाइड्रोकार्बन को संरचनात्मक आइसोमर्स कहा जाता है।   जैसा कि  3-मिथाइलहेक्सेन  और इसके उच्च समरूपों के उदाहरण में दिया गया है, शाखित हाइड्रोकार्बन  चिरल  हो सकते हैं।   चिरल संतृप्त हाइड्रोकार्बन का गठन करते हैं। क्लोरोफिल और  टोकोफ़ेरॉल  जैसे बायोमोलेक्यूल्स की पक्ष श्रृंखला बनाते हैं।
 * 2) असंतृप्त हाइड्रोकार्बन में कार्बन परमाणुओं के बीच एक या अधिक दोहरे या त्रिबंध होते हैं। तथा एक या एक से अधिक द्विआबंध वाले  ऐल्कीन  कहलाते हैं। एक दोहरे बंधन वाले बंधो  का सूत्र CnH2n गैर-चक्रीय संरचनाओं को मानते हुए होता है।  जिनमें ट्रिपल बंधन होते हैं उन्हें एल्काइन कहा जाता है। एक  त्रिबंध  वाले लोगों का सूत्र CnH2n−2 होता है।
 * 3) ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन, जिसे एरेन्स भी कहा जाता है, हाइड्रोकार्बन होते हैं, जिनमें कम से कम एक ऐरोमैटिक वलय होते है। कुल गैर-मीथेन कार्बनिक कार्बन उत्सर्जन का 10% सुगंधित हाइड्रोकार्बन हैं, जो गैसोलीन से चलने वाले वाहनों के निकास से निकलते हैं।

उपयोग
हाइड्रोकार्बन का प्रमुख उपयोग दहनशील ईंधन  स्रोत के रूप में होता है। मीथेन प्राकृतिक गैस का प्रमुख घटक है। C6 से C10 एल्केन्स, अल्केन्स और आइसोमेरिक साइक्लोअल्केन्स गैसोलीन, पेट्रोलियम नेफ्था, जेट ईंधन और विशेष औद्योगिक विलायक मिश्रण के शीर्ष घटक होते हैं। कार्बन इकाइयों के प्रगतिशील जोड़ के साथ सरल गैर-वलय संरचित हाइड्रोकार्बन में उच्च चिपचिपाहट, स्नेहन सूचकांक, क्वथनांक, ठोसकरण तापमान और गहरा रंग होता है। मीथेन के विपरीत चरम पर भारी टार होते हैं जो कच्चे तेल के  संशोधन उद्योग  में सबसे कम अंश के रूप में रहते हैं। तथा वे एकत्र किए जाते हैं, और व्यापक रूप से छत के यौगिकों, फुटपाथ संरचना (अस्फ़ाल्ट), लकड़ी के संरक्षक (क्रेओसोट श्रृंखला) और अत्यधिक उच्च चिपचिपापन कर्तित-प्रतिरोधी तरल पदार्थ के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

हाइड्रोकार्बन के कुछ बड़े पैमाने पर गैर-ईंधन अनुप्रयोगों की शुरुआत ईथेन और प्रोपेन से होती है, जो पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस से प्राप्त होते हैं। इन दो गैसों को या तो सिनगैस या एथिलीन और प्रोपलीन में परिवर्तित किया जाता है। ये दो एल्केन पॉलीइथाइलीन, पॉलीस्टाइरीन, एक्रिलेट्स   पॉलीप्रोपाइलीन, आदि सहित पॉलिमर के अग्रदूत हैं। विशेष हाइड्रोकार्बन का एक अन्य वर्ग  BTX  होता है, जो बेंजीन, टोल्यूनि  और तीन  ज़ाइलीन  आइसोमर्स का मिश्रण है। 2021 में बेंजीन की वैश्विक खपत 58 मिलियन मीट्रिक टन से अधिक होने का अनुमान है, जो 2022 में बढ़कर 60 मिलियन टन हो जाएगा

हाइड्रोकार्बन भी प्रकृति में प्रचलित हैं। ब्राजीलियाई स्टिंगलेस मधुमक्खी, श्वार्जियाना क्वाड्रिपंकटाटा जैसे कुछ यूसोशल आर्थ्रोपोड, गैर-परिजनों से परिजन को निर्धारित करने के लिए अद्वितीय  त्वचीय हाइड्रोकार्बन  सुगंधों का उपयोग करते हैं। यह हाइड्रोकार्बन संरचना आयु, लिंग, घोंसला स्थान और पदानुक्रम स्थिति के बीच भिन्न होती है।

डीजल का उपयोग करने वाले वाहनों के लिए एक वैकल्पिक और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में यूफोरबिया लैथिरिस  और यूफोरबिया तिरुकल्ली  जैसे पौधों से हाइड्रोकार्बन प्राप्त करने की भी संभावना होती है। तथा इसके अतिरिक्त पौधों से  एंडोफाइटिक  बैक्टीरिया जो स्वाभाविक रूप से हाइड्रोकार्बन का उत्पादन करते हैं, प्रदूषित मिट्टी में हाइड्रोकार्बन एकाग्रता को कम करने के प्रयासों में हाइड्रोकार्बन क्षरण का उपयोग किया जाता है।

प्रतिक्रियाएं
संतृप्त हाइड्रोकार्बन की उल्लेखनीय विशेषता उनकी जड़ता होती है। तथा असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन्स, अल्केन्स और ऐरोमैटिक यौगिक) प्रतिस्थापन, परिवर्धन, या बहुलकीकरण के माध्यम से अधिक सरलता से प्रतिक्रिया करते हैं। तथा उच्च तापमान पर वे डीहाइड्रोजनीकरण, ऑक्सीकरण और दहन से गुजरते हैं।

प्रतिस्थापन
हाइड्रोकार्बन के वर्गों में, सुगंधित यौगिक विशिष्ट रूप से (या लगभग इतने ही) प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं। एथिलबेन्जीन देने के लिए बेंजीन और एथीन की प्रतिक्रिया सबसे बड़े पैमाने पर की जाने वाली रासायनिक प्रक्रिया होती है।
 * C6H6 + C2H4 -> C6H5CH2CH3

परिणामी एथिलबेनज़ीन को वाइनिल बेंजीन  में डिहाइड्रोजनीकृत किया जाता है और फिर पॉलीस्टाइनिन, एक सामान्य  थर्माप्लास्टिक  पदार्थ के निर्माण के लिए पोलीमराइज़ किया जाता है।

मुक्त-कट्टरपंथी प्रतिस्थापन
प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं संतृप्त हाइड्रोकार्बन (सभी एकल कार्बन-कार्बन बांड) में भी होती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए क्लोरीन  और फ्लोरीन जैसे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील अभिकर्मकों की आवश्यकता होती है। क्लोरीनीकरण के स्थिति में क्लोरीन परमाणुओं में से एक हाइड्रोजन परमाणु की जगह लेता है। तथा प्रतिक्रियाएं  मुक्त-कट्टरपंथी मार्गों  के माध्यम से आगे बढ़ती हैं, जिसमें हलोजन पहले दो तटस्थ कट्टरपंथी परमाणुओं (होमोलिसिस  विखंडन) में अलग हो जाता है।
 * CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
 * CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CCl4 के लिए सभी तरह से (कार्बन टेट्राक्लोराइड)


 * C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl
 * C2H4Cl2 + Cl2 → C2H3Cl3 + HCl

C2Cl6 के लिए सभी तरह से ( हेक्साक्लोरोइथेन )

योगात्मकता
योगात्मक अभिक्रियाएँ ऐल्कीनों और ऐल्काइनों पर लागू होती हैं। तथा इस प्रतिक्रिया में विभिन्न प्रकार के अभिकर्मक पाई-बॉन्ड (s) में सर्वत्र जोड़ते हैं। क्लोरीन, हाइड्रोजन क्लोराइड, पानी और हाइड्रोजन निदर्शी अभिकर्मक होते हैं।

योगात्मक पोलीमराइजेशन
पॉलीइथाइलीन, पॉलीब्यूटिलीन और पॉलीस्टाइनिन का उत्पादन करने के लिए कई बांडों को खोलकर  अल्केन्स और कुछ एल्केनीज़ भी  बहुलकीकरण  से गुजरते हैं। एल्केनी  एसिटिलीन पॉलीएसिटिलीन  का उत्पादन करने के लिए पोलीमराइज़ करता है। ओलिगोमर्स (कुछ मोनोमर्स की चेन) का उत्पादन किया जा सकता है, उदाहरण के लिए  शेल उच्च ओलेफिन प्रक्रिया  में, जहां α-olefins को बार-बार एथिलीन जोड़कर लंबे α-olefins बनाने के लिए बढ़ाया जाता है।

मेटाथिसिस
कुछ हाइड्रोकार्बन मेटाथिसिस से गुजरते हैं, जिसमें अणुओं के बीच सी-सी बांड से जुड़े पदार्थों का आदान-प्रदान होता है। एक एकल सी-सी बंधन के लिए यह अल्केन मेटाथिसिस  है, एक डबल सी-सी बंधन के लिए यह  ओलेफिन मेटाथिसिस  (ओलेफिन मेटाथेसिस) है, और एक ट्रिपल सी-सी बंधन के लिए यह  एल्काइन मेटाथिसिस  है।

दहन
हाइड्रोकार्बन का दहन वर्तमान में विद्युत शक्ति, हीटिंग (जैसे घरेलू ताप) और परिवहन के लिए दुनिया की ऊर्जा का मुख्य स्रोत है।  अक्सर इस ऊर्जा का उपयोग सीधे गर्मी के रूप में किया जाता है जैसे घरेलू हीटर में, जो या तो पेट्रोलियम या प्राकृतिक गैस का उपयोग करते हैं। हाइड्रोकार्बन को जलाया जाता है और गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में परिचालित किया जाता है। विद्युत संयंत्रों में विद्युत ऊर्जा बनाने के लिए इसी तरह के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोकार्बन के सामान्य गुण यह तथ्य हैं कि वे दहन  के दौरान भाप, कार्बन डाइऑक्साइड और गर्मी पैदा करते हैं और दहन के लिए  ऑक्सीजन  की आवश्यकता होती है। सबसे सरल हाइड्रोकार्बन, मीथेन, निम्न प्रकार से जलता है:


 * सीएच$4$ + 2 ओ$2$ → 2 एच$2$ओ + सीओ$2$ + ऊर्जा

हवा की अपर्याप्त आपूर्ति में, कार्बन मोनोआक्साइड  गैस और जल वाष्प बनते हैं:
 * 2 सीएच$4$ + 3 ओ$2$ → 2 सीओ + 4 एच$2$हे

एक अन्य उदाहरण प्रोपेन का दहन है:
 * सी$3$H$8$ + 5$2$ → 4 एच$2$ओ +3 सीओ$2$ + ऊर्जा

और अंत में, n कार्बन परमाणुओं के किसी भी अल्केन#रैखिक अल्केन्स के लिए,
 * सी$n$H$2n+2$ + $3n + 1⁄2$हे$2$ → (एन + 1) एच$2$ओ + एन सीओ$2$ + ऊर्जा।

आंशिक ऑक्सीकरण अल्केन्स और ऑक्सीजन की प्रतिक्रियाओं की विशेषता है। यह प्रक्रिया बासीकरण और सुखाने वाले तेल का आधार है।

उत्पत्ति
पृथ्वी पर पाए जाने वाले अधिकांश हाइड्रोकार्बन कच्चे तेल, पेट्रोलियम, कोयला और प्राकृतिक गैस में पाए जाते हैं। पेट्रोलियम (शाब्दिक रूप से रॉक ऑयल) और कोयले को आमतौर पर कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के उत्पाद माना जाता है। कोयला, पेट्रोलियम के विपरीत, कार्बन में समृद्ध है और हाइड्रोजन में गरीब है। प्राकृतिक गैस मेथनोजेनेसिस  का उत्पाद है। यौगिकों की असीमित विविधता में पेट्रोलियम शामिल है, इसलिए रिफाइनरियों की आवश्यकता है। इन हाइड्रोकार्बन में संतृप्त हाइड्रोकार्बन, सुगंधित हाइड्रोकार्बन या दोनों का संयोजन होता है। पेट्रोलियम में अनुपस्थित एल्कीन और एल्काइन हैं। उनके उत्पादन के लिए रिफाइनरियों की आवश्यकता होती है। पेट्रोलियम-व्युत्पन्न हाइड्रोकार्बन मुख्य रूप से ईंधन के लिए खपत होते हैं, लेकिन वे प्लास्टिक और फार्मास्यूटिकल्स सहित लगभग सभी सिंथेटिक कार्बनिक यौगिकों का स्रोत भी हैं। प्राकृतिक गैस की खपत लगभग अनन्य रूप से ईंधन के रूप में की जाती है। कोयले का उपयोग ईंधन के रूप में और इस्पात निर्माण  में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है।

पृथ्वी पर पाए जाने वाले हाइड्रोकार्बन का एक छोटा सा अंश, और वर्तमान में अन्य ग्रहों और चंद्रमाओं पर पाए जाने वाले सभी ज्ञात हाइड्रोकार्बन को एबोजेनिक पेट्रोलियम मूल  माना जाता है। एथिलीन, आइसोप्रीन और मोनोटेरपीन जैसे हाइड्रोकार्बन जीवित वनस्पतियों द्वारा उत्सर्जित होते हैं। कुछ हाइड्रोकार्बन भी सौर मंडल में व्यापक और प्रचुर मात्रा में हैं। कैसिनी-ह्यूजेंस मिशन  द्वारा पुष्टि की गई शनि के सबसे बड़े चंद्रमा  टाइटन (चंद्रमा)  पर तरल मीथेन और ईथेन की झीलें मिली हैं। नेबुला में  पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन  (पीएएच) यौगिक बनाने वाले हाइड्रोकार्बन भी प्रचुर मात्रा में होते हैं।

पर्यावरण प्रभाव
हाइड्रोकार्बन को ईंधन के रूप में जलाने से, जो कार्बन डाइऑक्साइड और पानी पैदा करता है, मानवजनित ग्लोबल वार्मिंग  में एक प्रमुख योगदानकर्ता है। हाइड्रोकार्बन को ईंधन और रसायनों के रूप में व्यापक उपयोग के साथ-साथ जीवाश्म ईंधन के अन्वेषण, उत्पादन, शोधन या परिवहन के दौरान रिसाव या आकस्मिक फैल के माध्यम से पर्यावरण में पेश किया जाता है। मिट्टी का मानवजनित हाइड्रोकार्बन संदूषण एक गंभीर वैश्विक मुद्दा है जो दूषित दृढ़ता और मानव स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव के कारण है। जब मिट्टी हाइड्रोकार्बन से दूषित होती है, तो इसका सूक्ष्म जैविक, रासायनिक और भौतिक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। यह होने वाले सटीक परिवर्तनों के आधार पर वनस्पति के विकास को रोकने, धीमा करने या यहां तक ​​​​कि तेज करने का काम कर सकता है। कच्चा तेल और प्राकृतिक गैस मिट्टी के हाइड्रोकार्बन संदूषण के दो सबसे बड़े स्रोत हैं।

बायोरेमेडिएशन
मिट्टी या दूषित पानी से हाइड्रोकार्बन का बायोरेमेडिएशन हाइड्रोकार्बन की विशेषता वाले रासायनिक जड़त्व के कारण एक विकट चुनौती है (इसलिए वे स्रोत चट्टान में लाखों वर्षों तक जीवित रहे)। बहरहाल, कई रणनीतियां तैयार की गई हैं, जिनमें बायोरेमेडिएशन प्रमुख है। बायोरेमेडिएशन के साथ मूल समस्या उन एंजाइमों की कमी है जो उन पर कार्य करते हैं। फिर भी इस क्षेत्र पर नियमित ध्यान दिया गया है। समुद्र की पपड़ी के काला पत्थर  में बैक्टीरिया हाइड्रोकार्बन को नीचा दिखा सकते हैं; लेकिन चरम वातावरण अनुसंधान को कठिन बना देता है। अन्य बैक्टीरिया जैसे  लुटिबैक्टीरियम अनुलोएडेरांस  भी हाइड्रोकार्बन को नीचा दिखा सकते हैं। माईसीलियम और  मशरूम  द्वारा हाइड्रोकार्बन का मायकोर मध्यस्थता या टूटना संभव है।

सुरक्षा
हाइड्रोकार्बन आमतौर पर कम विषाक्तता वाले होते हैं, इसलिए गैसोलीन और संबंधित वाष्पशील उत्पादों का व्यापक उपयोग होता है। बेंजीन और टोल्यूनि जैसे सुगंधित यौगिक मादक और पुराने विषाक्त पदार्थ हैं, और विशेष रूप से बेंजीन को कासीनजन िक के रूप में जाना जाता है। कुछ दुर्लभ पॉलीसाइक्लिक सुगंधित यौगिक कार्सिनोजेनिक होते हैं। हाइड्रोकार्बन अत्यधिक ज्वलनशील  होते हैं।

यह भी देखें

 * एबोजेनिक पेट्रोलियम मूल
 * बायोमास से तरल
 * कार्बोहाइड्रेट
 * ऊर्जा भंडारण
 * आंशिक आसवन
 * कार्यात्मक समूह
 * हाइड्रोकार्बन मिश्रण
 * जैविक परमाणु रिएक्टर

बाहरी संबंध

 * The Methane Molecule
 * Encyclopedia of Hydrocarbons