Самостійні вивчення з «Органічної хімії»

Тема №1 «Галоген похідні насичених вуглеводнів»

Галогенопохідними вуглеводнями називають сполуки, які можна розглядати як продукти заміщення одного або декількох атомів водню в молекулі вуглеводню атомами галогенів. Прикладами сполук цього класу можуть служить хлороформ, чотирихлористий вуглець та інші речовини.

Хлороформ CHCl3 (або трихлорметан) — рідина, що кипить при 61,5 °C; застосовувалася для наркозу при хірургічних операціях.

Чотирихлористий вуглець CCl4 — важка негорюча рідина (темп. кип. 76,8 °C); застосовується як розчинник при витяганні жирів і масел з рослин; як важка рідина для фракційних аналізів мінеральної сировини тощо.

Дифлуордихлорметан CF2Cl2 (фреон) — рідина, що кипить при мінус 29,8 °C. Фреон не отруйний, не реагує при звичайній температурі з металами; при випаровуванні його поглинається велика кількість тепла. Застосовується в холодильних машинах.

Хлористий вініл СН2=CHCl — похідна етилену. Безбарвний газ, що легко полімеризується в пластичну масу, так званий полівінілхлорид (- СН2 — CHCl), дуже стійку до дії кислот і лугів.

Полівінілхлорид широко використовується для футерування труб і реакторів в хімічній промисловості. Він застосовується також для ізоляції електричних дротів, виготовлення штучної шкіри, лінолеуму, прозорих портативних плащів і т. д.

Хлоруванням полівінілхлориду одержують перхлорвінілову смолу, з якої виготовляють хімічно стійке волокно хлорин.

Тема №2 «Каучук його характеристика»

Каучук - високомолекулярний вуглеводень ( C5H8 ) n , цис- полімер ізопрену ; міститься в молочному соку ( латексі ) гевеї , кок- сагиз ( багаторічної трав'янистої рослини роду Кульбаба ) та інших рослин. Розчинний у вуглеводнях та їх похідних ( бензині , бензолі , хлороформі , сероуглероде і т. д.). У воді , спирті , ацетоні натуральний каучук практично не набухає і не розчиняється. Вже при кімнатній температурі натуральний каучук приєднує кисень , відбувається окислювальна деструкція (старіння каучуку) , при цьому зменшується його міцність і еластичність. При температурі вище 200 ° C натуральний каучук розкладається з утворенням низькомолекулярних вуглеводнів. При взаємодії натурального каучуку з сіркою , хлористої сіркою, органічними пероксидами ( вулканізація ) відбувається з'єднання через атоми сірки довгих макромолекулярних зв'язків з утворенням сітчастих структур. Це надає каучуку високу еластичність в широкому інтервалі температур. Натуральний каучук переробляють в гуму. У сирому вигляді застосовують не більше 1 % видобутого натурального каучуку ( гумовий клей). Каучук відкритий де ла Кондамін в Кіто ( Еквадор ) в 1751 р. Більше 60 % натурального каучуку використовують для виготовлення автомобільних шин. У промислових масштабах натуральний каучук виробляється в Індонезії , Малайзії , В'єтнамі і Таїланді.

Тема №3 « Природні джерела вуглеводів, природний газ, нафта , властивості, використання продуктів переробки, поняття про коксохімічне виробництво»

У природі вуглеводні зустрічаються переважно у вигляді природного газу, нафти, кам’яного вугілля. Є два способи використання цих горючих копалин: один – у вигляді палива, тобто як джерела енергії, інший – у вигляді сировини для подальшої переробки. Перший спосіб означає звичайне спалювання, другий – це органічний синтез. З вуглеводнів, виділених з нафти, природного газу і вугілля. Можна добути багато різних речовин, а з них виробити ще більше корисних матеріалів.

Природний газ, нафта, вугілля належать до не відновлюваних природних ресурсів. Ця обставина змушує розвідувальні нові родовища і разом з тим експлуатувати вже відкриті таким чином, щоб максимально вилучати з них копалини і раціонально, з найбільшою користю використовувати їх.

Не важко зрозуміти, що доцільніше піддати нафту, вугілля і газ хімічній переробці, ніж спалити їх у котельнях, двигунах, промислових і побутових печах тощо.

Існують різні погляди на походження горючих копалин. Як вважають прихильники теорії органічного походження, поклади утворилися із решток вимерлих рослинних і тваринних організмів, що утворилися на суміші вуглеводнів у товщі Землі під дією бактерій, високих тисків і температур.

Природний газ. Газуватими за нормальних умов є вуглеводні з низькими відносними молекулярними масами, саме вони і містяться у природному газі. Переважає в цій суміші метан – його масова частка там від 80 до 90%, решта – гомологи метану: етан, пропан, бутан та інші гази.

Природний газ широко використовується у промисловості. У доменних печах метан згоряє до вуглекислого газу, який реагуючи з коксом, утворює відновник оксид карбону (ІІ). Під час виробництва сталі мартенівським способом природний газ використовується як джерело теплоти. З цією ж метою застосовують метан і в скловарних печах.

Основною сировиною для коксохімічної промисловості служать вугілля. Структура й будова вугіль можуть бути вивчені за допомогою мікроскопа. Груба структура вугілля, що виявляється неозброєним оком, називається макроструктурою. Звичайний мікроскоп дозволяє бачити тонку структуру вугілля, називану мікроструктурою

У вугіллях можна розрізнити більш-менш однорідну блискучу масу (витрен), сірувату масу (дюрен), що містить різні включення, волокнисту частину (фюзен), схожу на деревне вугілля, і мінеральні включення. Витрен, дюрен і фюзен - основні компоненти вугілля, що представляють його петрографічний склад

При використанні кам'яних вугіль для коксування необхідно знати також їхній технічний склад, спікливість, коксівність, розподіл мінеральних домішок у класах вугіль по їх крупности й насипна вага вугільної шихти

Під технічним складом палива звичайно мають на увазі дані, що характеризують технічну застосовність палива. Технічний склад вугілля визначається змістом вологи й мінеральних домішок, виходом летучих речовин, змістом сірки й фосфору, вуглецю, водню й азоту, а також теплотою згоряння палива

Вибір напрямку переробки нафти й асортиментів одержуваних нафтопродуктів визначається фізико-хімічними властивостями нафти, рівнем технології нафтопереробного заводу й дійсною потребою господарств у товарних нафтопродуктах. Розрізняють три основних варіанти переробки нафти:

1) паливний;

2) паливно-мастильний;

3) нафтохімічний.

По паливному варіанті нафта переробляється в основному на моторні й котельні палива. Паливний варіант переробки відрізняється найменшим числом технологічних установок і низькими капіталовкладеннями. Розрізняють глибоку й неглибоку паливну переробку. При глибокій переробці нафти прагнуть одержати максимально можливий вихід високоякісних автомобільних бензинів, зимових і літніх дизельних палив і палив для реактивних двигунів літаків. Вихід котельного палива в цьому варіанті зводиться до мінімуму. Таким чином, передбачається такий набір процесів вторинної переробки, при якому з важких нафтових фракцій і залишку – гудрону одержують високоякісні легкі моторні палива. За цим варіантом застосовуються каталітичні процеси – каталітичний крекінг, каталітичний риформінг, гідрокрекінг і гідроочищення, а також термічні процеси, наприклад коксування. Переробка заводських газів у цьому випадку спрямована на збільшення виходу високоякісних бензинів. При неглибокій переробці нафти передбачається високий вихід котельного палива.

При паливно-мастильному варіанті переробки нафти поряд з паливами одержують мастила. Для виробництва мастил звичайно підбирають нафти з високим потенційним вмістом масляних фракцій. У цьому випадку для вироблення високоякісних масел потрібне мінімальна кількість технологічних установок. Масляні фракції (фракції, що википають вище 350°С), виділені з нафти, спочатку піддаються очищенню вибірковими (селективними) розчинниками: фенолом або фурфуролом, щоб видалити частину смолистих речовин і низькоіндексні вуглеводні, потім проводять депарафінізацію за допомогою сумішей метилетилкетону або ацетону з толуолом для зниження температури застивання масла. Закінчується обробка масляних фракцій доочищенням відбілюючими глинами. В останніх технологіях для одержання масел використовують процеси гідроочищення замість селективного очищення й обробки відбілюючими глинами. Таким чином одержують дистилятні масла (легкі й середні індустріальні, автотракторні й ін.).

Залишкові масла (авіаційні, циліндрові) виділяють із гудрону шляхом його деасфальтизації рідким пропаном. При цьому утворюються деасфальти і асфальт. Деасфальт піддається подальшій обробці, а асфальт переробляють у бітум або кокс.

Нафтохімічний варіант переробки нафти в порівнянні з попередніми варіантами відрізняється більшим асортиментом нафтохімічної продукції й у зв'язку із цим найбільшим числом технологічних установок і високими капіталовкладеннями. Нафтопереробні заводи, будівництво яких проводилося в останні десятиліття, спрямовані на нафтохімічну переробку. Нафтохімічний варіант переробки нафти являє собою складне поєднання підприємств, на яких крім вироблення високоякісних моторних палив і олив не тільки проводиться підготовка сировини (олефінів, ароматичних, нормальних та ізопарафінів вуглеводнів і ін.) для важкого органічного синтезу, але й здійснюються складні фізико-хімічні процеси, пов'язані з багатотоннажним виробництвом азотних добрив, синтетичного каучуку, пластмас, синтетичних волокон, миючих речовин, жирних кислот, фенолу, ацетону, спиртів, ефірів і багатьох інших хімікалій. У цей час із нафти одержують тисячі продуктів. Основними групами є рідке паливо, газоподібне паливо, тверде паливо (нафтовий кокс), мастильні й спеціальні масла, парафіни й церезини, бітуми, ароматичні сполуки, сажа, ацетилен, етилен, нафтові кислоти і їхні солі, вищі спирти.

Крекінг (рос. крекинг, англ. cracking, нім. Krack, Kracken n, Krackung f, Spalten n, Spaltung f) – процес, термічна або каталітична (див. каталіз) переробка вуглеводнів, наприклад, нафтових фракцій, при якій молекули важких вуглеводів розщеплюються на простіші. Основними продуктами К. є компоненти моторних палив. Фізико-хімічні основи процесу[ред. • ред. код]

Напрямок термічного крекінгу залежить від природи вуглеводневої сировини, її молекулярної маси та умов проведення процесу. Термічний крекінг протікає в основному по радикально-ланцюговому механізму з розривом зв'язків С-С в парафінових молекулах (С5 і вище), нафтенових, алкілароматичних і висококиплячих неграничних вуглеводнів нафтової сировини і зв'язку С-H в низькомолекулярних парафінових та інших вуглеводнях. Одночасно з розривом зв'язків відбуваються реакції полімеризації (неграничні і циклопарафінові вуглеводні) і конденсації (циклізації; неграничні, нафто-і алкілароматичні та інші вуглеводні), що призводять до утворення смолисто-асфальтенового крекінг-залишку і коксу. Найважливішими параметрами, що визначають напрямок і швидкість протікання термічного крекінгу, є температура, тривалість і тиск. Процес починає в помітному ступені протікати при 450-500 °C і описується кінетичним рівнянням першого порядку. Температурна залежність константи швидкості підпорядковується рівнянню Арреніуса. Зміни тиску впливають на склад продуктів процесу (наприклад, на вихід залишкових фракцій і коксу) внаслідок зміни швидкостей і характеру вторинних реакцій полімеризації і конденсації, а також обсягу реакційної суміші.

Ароматиза́ція на́фти — процес хімічної переробки нафти або нафтопродуктів з метою збагачення ароматичними вуглеводнями: (бензолом, толуолом та ін.).

Ароматизацію застосовують для одержання бензинів з високими антидетонаційними властивостями (високими октановими числами) і для одержання ароматичних вуглеводнів.

Найдавніший спосіб ароматизації — піроліз. Ним користувались ще в 70-х рр. 19 ст. для добування нафтового газу. При цьому утворювався також нафтовий дьоготь, багатий на аромат, вуглеводні.

1916—17 в Баку було організовано виробництво толуолу й бензолу піролізом нафти. Тепер найпоширеніші каталітичні методи ароматизації, які ґрунтуються в основному на реакції М. Д. Зелінського, тобто реакції каталітичної дегідрогенізації нафтенових вуглеводнів і на реакції каталітичної дегідроциклізації насичених вуглеводнів, відкритій 1936—1937 Б. О. Казанським, А. Ф. Плате, Б. Л. Молдавським і В. І. Каржевим.

В промисловості ці процеси провадять при 450—500° при наявності каталізаторів: оксидів хрому, алюмінію, молібдену або платини.