O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos associados a pequenas quantidades de compostos que contêm enxofre, nitrogênio e oxigênio.
O petróleo é uma mistura complexa de compostos orgânicos, sendo que os principais são os hidrocarbonetos, ou seja, substâncias formadas somente por átomos de carbono e hidrogênio e que podem ser subdivididas em cinco grupos principais: alcanos, alcenos, alcinos, cicloalcanos e aromáticos. Falaremos mais a respeito desses grupos e como eles interferem na composição do petróleo e de seus derivados mais adiante.
Na composição do petróleo, também são encontrados compostos orgânicos que possuem átomos de nitrogênio, oxigênio e enxofre, além de poder conter também alguns metais. Visto que o petróleo foi formado pela decomposição lenta (milhões de anos) de matéria orgânica (seres animais e vegetais), é de se esperar que a maior parte de sua composição seja de hidrocarbonetos, sendo, portanto, natural que elementos derivados da matéria orgânica encontrem-se em menor quantidade no petróleo extraído atualmente.
O problema de o petróleo conter nitrogênio e enxofre é que esses são responsáveis pela liberação de gases tóxicos que poluem a atmosfera no momento da queima dos combustíveis derivados do petróleo. Na combustão completa dos hidrocarbonetos, são liberados dióxido de carbono (CO2) e água, enquanto, na queima incompleta, podem ser liberados monóxido de carbono (CO), água e fuligem (C). O monóxido de carbono e o dióxido de carbono são gases-estufa, ou seja, são capazes de reter parte da radiação infravermelha do sol, aquecendo o nosso planeta. O problema é que a grande quantidade de combustões de derivados do petróleo está elevando a concentração desses poluentes, intensificando o efeito estufa e levando ao aquecimento global.
Além disso, os óxidos de enxofre e de nitrogênio liberados nessas combustões reagem com a água da chuva, formando ácidos, como o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, que são fortes e causam o fenômeno da chuva ácida.
O petróleo na sua forma bruta praticamente não é utilizado em nossa sociedade, mas conforme mostra o texto Refino do Petróle,o essa mistura complexa de compostos orgânicos passa por um processo de refinamento em que são separadas frações com compostos mais simples que podem ser usados para as mais diversas finalidades.
As propriedades físicas e químicas de todas as frações obtidas no refinamento do petróleo dependem diretamente da quantidade de carbonos que forma suas moléculas. Quanto maior a massa molar (ou quanto maior o número de átomos de carbono na cadeia), mais pesado e viscoso será o derivado obtido. Por exemplo, o gás natural é a fração mais leve do petróleo, isso ocorre porque ele é formado por hidrocarbonetos que possuem de 1 a 2 carbonos apenas, principalmente o metano (CH4 – de 70% a 99%). Por outro lado, o óleo diesel possui de 15 a 18 átomos de carbono; a parafina, que é ainda mais pesada e viscosa, é formada por sólidos de massa molar elevada como o C36H74;o asfalto é uma mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e compostos heterocíclicos que contêm enxofre, nitrogênio e oxigênio.
A qualidade dos derivados do petróleo depende diretamente da sua composição química. A gasolina, por exemplo, possui hidrocarbonetos com 6 a 10 átomos de carbono, sendo que é praticamente impossível encontrar uma gasolina com exatamente a mesma quantidade que outra. No texto Índice de Octanagem da Gasolina, é explicado que quanto maior for a quantidade de isoctano (hidrocarboneto com oito carbonos e que possui ramificações) na gasolina, maior é a sua qualidade, pois apresenta bastante resistência à compressão no motor e explode na hora exata.
Molécula de isoctano
Assim, os hidrocarbonetos ramificados, bem como os alquenos e os aromáticos, possuem melhores propriedades para a queima no interior de motores e melhoram a qualidade da gasolina. O isoctano, bem como a maioria dos componentes da gasolina, é um alcano, ou seja, possui somente ligações simples entre seus carbonos. A gasolina também pode conter cicloalcanos, como o ciclo-hexano.
Já os alcenos ou alquenos são hidrocarbonetos que possuem uma ligação dupla entre átomos de carbonos e estão presentes no GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), outra fração do petróleo cujas moléculas possuem de 3 a 4 carbonos, sendo usado, por exemplo, no gás de cozinha.
Já os alcinos ou alquinos, que são aqueles hidrocarbonetos com uma ligação tripla entre carbonos, são menos comuns no petróleo.
Os aromáticos são compostos que possuem um anel aromático, que é um ciclo com seis átomos de carbonos com três ligações duplas intercaladas.