La majoria d'hidrocarburs que es troben a la naturalesa ocorren en elpetroli, en el qual la matèria orgànica descomposta produeix una abundància de carboni i hidrogen que, quan s'enllaça, potcatenar per formar cadenes aparentment il·limitades.[3][4]
Molts dels primers composts orgànics que es caracteritzaren provenien degreixos i, per tant, foren anomenats «alifàtics», delgrec ἄλειφαρ, -ατοςáleiphar, -atos 'ungüent' i‒́ic. L'observació que elsalcans eren insolubles en aigua i poc reactius originà el nom «parafines», del llatíParaffin, i aquest del llatíparum affīnis 'poc afí'. Per contra, els alquens reaccionen fàcilment amb, per exemple,halògens, per formar compostos greixosos i, per tant, se'ls anomenà «olefines», una contracció del francèsgaz oléfiant, nom antic de l'etè, que prové del llatíoleum, 'oli' i de-fiant del sufix-fier, 'amb relació a'. En adonar-se que elsgrups alquil podien conservar-se en les reaccions sense canvis, de la mateixa manera que ho fan els ions delsmetalls alcalins, i que reaccionaven amb els halògens, s'establí que les classes de composts orgànics amb aquestes propietats es derivarien del mot «alquil», i d'aquí els noms alcà, alquè i alquí. El mot «alquil» deriva de l'àrab clàssical-kuhl, que originàriament s'emprava per anomenar pols fina de minerals d'antimoni emprada en cosmètica i que passà a anomenar substàncies molt fines, molt pures o destil·lades, com l'alcohol (etanol).[5]
El 1866 els sufixos patronímics femenins grecs -ηνη -ene, -ινη-ine, i -ονη-one (Ismene,Mersin,Hermione,Persèfone…) estaven en ús dispers com a sufixos d'hidrocarburs que significaven «filla de», així que el químic alemanyAugust Wilhelm von Hofmann (1818-1892), un antic estudiant deJustus von Liebig (1803-1873), suggerí sistematitzar la nomenclatura utilitzant tota la seqüència de vocalsa,e,i, o, u per crear sufixos per als hidrocarburs,,, i, respectivament. Només els tres primers sufixos (en català:-à,-è,-í), romangueren per anomenar elshidrocarburs amb enllaços simples, dobles i triples, respectivament.[6]
Elshidrocarburs saturats (alcans o parafines) són l'espècia més simple d'hidrocarburs i estan compostos completament d'enllaços σ i estan saturats amb hidrogen. La fórmula general dels hidrocarburs saturats és (assumint estructures no cícliques).[7] Els hidrocarburs saturats són la base dels combustibles depetroli igas natural i es troben en forma d'espècie bé lineal o bé ramificada. Els hidrocarburs amb la mateixafórmula molecular, peròfórmula estructural diferent s'anomenenisòmers estructurals.[8] Els hidrocarburs ramificats poden serquirals.[9] Els hidrocarburs saturats quirals constitueixen les cadenes laterals debiomolècules com laclorofil·la i eltocoferol.[10]
Elshidrocarburs insaturats tenen un o més enllaços dobles (unσ i unπ) o triples (un σ i dos π) entre els àtoms de carboni.
Els que tenen l'enllaç doble s'anomenenalquens o olefines i, si només tenen un enllaç doble, tenen la fórmula general (assumint estructures no cícliques).[11] En general quan els alquens tenen més d'un enllaç doble s'anomenenpoliens. Els alquens que tenen dos enllaços dobles s'anomenendiens, i triens si en tenen tres. En el cas que els dos dobles enllaços estiguin seguits hom els anomenaal·lens, icumulens si tenen tres o més enllaços dobles seguits.
Els hidrocarburs insaturats que contenen enllaços triples s'anomenenalquins i, si només tenen un enllaç triple, tenen la fórmula general.[12]
Elscicloalcans són hidrocarburs que contenen un o més anells de carboni als quals s'uneixen els àtoms d'hidrogen. La fórmula general d'un hidrocarbur saturat que conté un anell és.[8]
Elshidrocarburs aromàtics són hidrocarburs que tenen com a mínim unanell aromàtic. Sónpolímerscíclics conjugats que compleixen laregla de Hückel, és a dir, tenen un total de 4n+2electronsπ a l'anell. Per a ser aromàtics s'han de complir alguns trets: per exemple que els dobles enllaçosressonants de la molècula estiguin conjugats i que hi hagi almenys dues formes ressonants equivalents.
A causa de diferències en l'estructura molecular, la fórmula empírica roman diferent entre hidrocarburs; en alcans, alquens i alquins lineals, la quantitat d'hidrogen enllaçat disminueix en alquens i alquins a causa de l'«autoenllaçament» o catenació del carboni, la qual cosa prevé la saturació sencera de l'hidrocarbur per la formació d'enllaços dobles o triples. Aquesta característica inherent dels hidrocarburs per enllaçar-se a si mateixos té el nom decatenació, i permet que l'hidrocarbur formi molècules més complexes tals com, per exemple, elciclohexà, i fins i tot —més rarament— hidrocarburs aromàtics com elbenzè. Aquesta capacitat s'explica per tres factors: el caràcter de l'enllaç químic entre àtoms de carboni és completament no polar, la distribució d'electrons entre els dos elements és força similar a causa dels mateixos valors d'electronegativitat dels elements (~0,30), i no resulta en la formació d'un electròfil. Generalment, la catenació comporta la pèrdua de la quantitat total d'hidrocarburs enllaçats i un increment en la quantitat d'energia requerida per l'escissió d'enllaç causada per la tensió exercida sobre la molècula; en molècules com el ciclohexà, això es coneix com atensió anular, i ocorre a causa de la configuració electrònica espacial «desestabilitzada» de l'àtom.
En química simple, segons lateoria d'enllaç de valència, l'àtom de carboni ha de seguir la «regla dels quatre hidrògens», la qual postula que el màxim nombre d'àtoms disponibles per enllaçar amb el carboni és igual al nombre d'electrons atrets cap a la capa exterior del carboni. En terme de capes, el carboni té una capa exterior incompleta que comprèn 4 electrons, per la qual cosa té 4 electrons disponibles per enllaços covalents o datius.
L'asfalt és una mescla d'hidrocarburs d'elevada massa molecular que és sòlid a temperatura ambient.
Els hidrocarburs són una font d'energia primària per la civilització actual. L'ús predominant dels hidrocarburs és com a font decombustible. En la seva forma sòlida, els hidrocarburs prenen la forma d'asfalt.[15]
A lesbenzineres es distribueixen mescles d'hidrocarburs líquids (gasolina igasoil) que s'empren com a combustibles.
Elmetà [1C] i l'età [2C] són gasosos atemperatura ambient i no es poden liquar tan sols aplicant pressió. Elpropà [3C], en canvi, és fàcilment liquable, i existeix en "ampolles de propà". Elbutà [4C] encara ho és més, i és un combustible segur i volàtil pels encenedors de butxaca. Elpentà [5C] és un líquid clar a temperatura ambient que se sol fer servir en la indústria química com adissolvent potent i inodor de ceres i compostos orgànics d'elevatpes molecular, com ara greixos. L'hexà [6C] és també un dissolvent no polar i no aromàtic molt utilitzat, i forma part d'una fracció significativa de lagasolina comuna.
Elgas natural està format majoritàriament per metà, un gas bo de transportar mitjançantgasoductes.
Els alcans del [6C] al [10C], els alquens i els cicloalcans isòmers són els components principals de lagasolina, lanafta del petroli, elcombustible d'avions i de barreges de dissolvents industrials especialitzades. Amb l'addició progressiva d'unitats de carboni, els hidrocarburs simples que no estan estructurats en anells tenenviscositat, índex de lubricació, punt d'ebullició i temperatura de solidificació més elevats, i un color més profund.
Els hidrocarburs són actualment la font principal de l'energia elèctrica mundial i també de les fonts de calor (tals com la calefacció domèstica) gràcies a l'energia que produeixen en cremar.[16] Sovint aquesta energia s'utilitza directament com, per exemple, encalefactors domèstics, que utilitzen o bépetroli o bégas natural. L'hidrocarbur es crema i la calor es fa servir per escalfar l'aigua que llavors es fa circular. Un principi similar es fa servir per generar energia elèctrica en plantes energètiques.
Algunes propietats comunes dels hidrocarburs són que produeixen vapor,diòxid de carboni icalor durant la combustió, i que es necessitaoxigen perquè aquesta tingui lloc. L'hidrocarbur més simple, elmetà, crema de la següent manera:
CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂ + energia
Si no hi ha prou aire, es formen CO gas i vapor d'aigua:
2 CH₄ + 3 O₂ → 2CO + 4H₂O
Un altre exemple d'aquesta propietat és el propà:
C₃H₈ + 5 O₂ → 4 H₂O + 3 CO₂ + energia
CnH2n+2 + (3n+1)/2 O₂ → (n+1) H₂O + n CO₂ + energia
Els hidrocarburs extrets en forma líquida prenen el nom depetroli (literalment 'roca d'oli') ooli mineral, mentre que els hidrocarburs en forma gasosa prenen el nom degas natural. El petroli i el gas natural es troben a la subsuperfície terrestre; s'extreuen gràcies a lageologia del petroli.
