 |
Назад, на главную страницу сайта
Углеводороды входят в состав бензинов, являющихся горючим для двигателей внутреннего сгорания. В двигателе пары горючего подвергаются максимальному сжатию; при воспламенении входящие состав горючего углеводороды мгновенно разлагаются со взрывом, образуя продукты полного сгорания (СО2, пары Н2О). Однако этот процесс может сопровождаться так называемой детонацией, т.е. преждевременным взрывом горючего до достижения максимального сжатия. При этом происходит неполное сгорание (с образованием СО, Н2 и «осколков» углеводородов), энергия топлива используется не полностью, нарушается ритм работы двигателя. Выяснено, что детонационные свойства углеводородов зависят от их строения: чем больше разветвлена цепь углеводорода (т. е. чем больше в его молекуле третичных и четвертичных углеродных атомов), тем меньше он склонен к детонации и тем выше его качество как горючего; чем меньше разветвлена цепь, тем склонность к детонации больше. Так, высокими антидетонационными свойствами обладает входящий в состав бензинов углеводород 2,2,4-триметилпентан (изооктан); крайне склонен к детонации н-гептан :
Изооктан н-Гептан
Из изооктана и н-гептана готовят стандартные топливные смеси, с детонационными свойствами которых сравнивают детонационные свойства различных горючих (бензинов и т.п.). Последние характеризуют так называемым октановым числом (о.ч.). Например, если о.ч. горючего равно 85, это значит, что оно по детонационным свойствам подобно смеси, содержащей 85% изооктана и 15% н-гептана. Высококачественное горючее для авиационных и автомобильных моторов должно иметь о.ч. выше 90. Иначе говоря, высококачественные бензины должны быть богаты углеводородами с разветвленной углеродной цепью. Антидетонационные свойства бензинов могут быть повышены добавлением к ним различных веществ (антидетонаторов), например тетраэтилсвинца.
Тетраэтилсвинец. (С2Н5)4Pb. Тетраэтилсвинец относится к свинцеорганическим соединениям. Тетраэтилсвинец ТЭС получают при взаимодействии хлористого этила со сплавом натрия и свинца
4 С2Н5 – Сl + 4Na + Pb (C2H5)4Pb + 4NaCl
хлористый тетраэтилсвинец
этил
20
Тэтраэтилсвинец – бесцветная тяжёлая жидкость, со слабым фруктовым запахом; d4 = 1,653. Очень ядовит: проникает в организм не только при вдыхании его паров, но и всасывается через кожу, вызывая серьёзные отравления. Применяется в качестве добавки к низкосортным бензинам (антидетонатор). Известен под сокращенным названием – ТЭС, а также под названием этиловая жидкость.
Способы получения галогенопроизводных предельных углеводородов
Замещение водорода в предельных углеводородах на галоген. При действии галогенов на предельные углеводороды под влиянием света в результате замещения атомов водорода образуется галогеналкины.
Например:
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
Метан Хлористый метил
Однако при этом образуются и значительные количества полигалогенпроизводных.
При прямом галогенировании более сложных углеводородов замещение водорода может происходить у различных углеродных атомов. Так, например, уже при хлорировании пропана реакция протекает по двум направлениям – образуется смесь двух галогеналкилов
Получение из непредельных углеводородов. Галогеналкины образуются при присоединении галогеноводородов к этиленовым углеводородам
При присоединении к этиленовым углеводородам галогенов или к ацетиленовым – галогеноводородов образуются дигалогенопроизводные. Из ацетиленовых и диеновых углеводородов в результате присоединения галогенов могут буть получены разнообразные тетрагалогенпроизводные.
Получение из спиртов. Наиболее удобным способом получения галогеноалкилов является замещение гидроксильной группы спиртов R– OH на галоген.
Если действовать на спирт галогенводородом, то образуется галогеналкил
Однако по мере образования галогеналкила и воды последняя будет гидролизовать галогеналкил, и поэтому такая реакция обратима. Чтобы получить хорший выход галогеналкила, в реакцию вводят избыток галогенводорода либо ведут ее в присутствии водооотнимающих средств
(концентрированной серной кислоты). Например:
Для получения галогеналкилов удобно действие на спирты галогенных соединений фосфора. Например:
Или
Способы получения предельных углеводородов
Здесь рассмотрены общие методы синтеза предельных углеводородов. Каждый класс органических веществ, в том числе предельные углеводороды, характеризуется рядом общих методов синтеза. Последние позволяют судить о связи соединений данного класса с веществами других классов и о путях их взаимных превращений. Кроме того, синтез вещества из других соединений, строение которых известно, служит одним из лучших способов доказательства строения этого вещества.
Синтез из непредельных углеводородов. Состав непредельных углеводородов, содержащих, например, двойную или тройную связи, выражается общими эмпирическими формулами: СnН2n или СnН2n-2; таким образом, они отличаются от предельных углеводородов по содержанию водорода. Для получения предельных углеводородов непредельные подвергают действию водорода (реакция гидрирования) в присутствии катализаторов (Ni, Рd, Рt):
+H2 +H2
СnН2n СnН2n+2 СnН2n-2
Катализатор катализатор
Углеводород
Предельный Углеводород
С двойной
углеводород с тройной
Связью
Связью
Таким путем, например, из этилена или ацетилена может быть получен этан.
Восстановление галогенпроизводных. При замещении атомов галогенов в молекулах предельных галогенпроизводных на водород образуются предельные углеводороды. Наиболее удобно действие водорода в момент выделения* или иодистоводородной кислоты на иодпроизводные
Например:
По этому способу получаются углеводороды с тем же числом углеродных атомов, какое было в исходном иодпроизводном.
Газообразный водород Н2 в обычных условиях инертен. Весьма активен атомарный водород, выделяющийся в процессе реакции из какого-либо соединения, например:
Такой водород и называют водородом в момент выделения.
Получение из органических кислот. Органические карбоновые кислоты в различных условиях могут разлагаться с образованием предельного углеводорода и двуокиси углерода
Реакцию удобно вести, если брать соли кислот и сплавлять их с твердыми едкими щелочами. Например:
Этот метод приводит к образованию углеводородов с меньшим числом углеродных атомов, чем в исходном соединении.
Синтез более сложных углеводородов из галогенпроизводных с меньшим числом атомов углерода (синтез Вюрца). Данный метод заключается в получении углеводородов из галогенпроизводных при действии на них металлического натрия. Реакция (синтез Вюрца) протекает при нагревании по схеме
в результате
получается углеводород, содержащий большее число углеродных атомов, чем исходное
галогенпроизводное. Например:
Таким методом,
беря в качестве исходных веществ соответствующие галогенпроизводные, можно получить
любой углеводород заданного строения и тем самым подтвердить это строение.
Допустим, требуется получить один из изомерных пентанов — 2-метилбутан
Очевидно, что
наиболее простыми и удобными для синтеза этого углеводорода исходными
галогеипроизводными будут йодистый изопропил и йодистый этил; действуя на их
смесь металлическим натрием, получают заданный углеводород
Однако нетрудно понять, что, когда в
реакцию вводят смесь двух галогенпроизводных, эта реакция будет протекать еще по двум направлениям, так как молекулы каждого из
галогенпроизводных могут реагировать попарно друг с другом, а именно:
Таким образом, из смеси двух галогенпроизводных по реакции Вюрца всегда образуется смесь трех углеводородов, которая может быть разделена на составляющие соединения, (обычно при помощи дробной перегонки).
>Синтез углеводородов из окиси углерода и водорода. При пропускании смеси окиси углерода (СО) и водорода (Н2) над нагретым до 200°С катализатором, содержащим восстановленное железо, образуются смеси преимущественно предельных углеводородов
Процесс имеет большое практическое значение, так как полученные смеси углеводородов представляют собой синтетический бензин. Исходным продуктом для синтеза могут служить получаемые различными методами смеси СО и Н2. Смесью этих газов является, например, синтез-газ, получаемый из природных газов, содержащих метан, или водяной газ, образующийся при пропускании водяного пара над раскаленным углем.
Получение предельных углеводородов из природных продуктов. Природными источниками предельных углеводородов служат разнообразные продукты, из которых наиболее важны природные горючие газы, нефть и горный воск.
Природные горючие газы представляют собой смеси газообразных углеводородов; они содержатся в земной коре, образуя огромные газовые месторождения. Кроме того, горючие газы сопутствуют нефти (природный нефтяной газ) и часто в больших количествах (например, в районе Грозного и Баку) выделяются из скважин в процессе нефтедобычи (попутный нефтяной газ).
Главная составная часть природных газов — метан. Нефтяной газ наряду с метаном содержит этан, пропан, бутан и изобутан. Содержание этих углеводородов неодинаково для газов различных месторождений. Так, в состав нефтяного газа, добываемого в районе Баку и Саратова, входит 85—94% метана и лишь небольшое количество его гомологов. В то же время в нефтяном газе некоторых месторождений района Грозного, а также в Краснодарском крае содержание этана, пропана и бутанов достигает 50%. Иногда в нефтяном газе содержится и значительное количество паров низкокипящих углеводородов, входящих в состав бензинов; поэтому он может служить источником легких бензиновых фракций (см. ниже).
Природные газы — дешевое и эффективное топливо, используемое как в промышленности, так и в быту. Кроме того, они служат ценным химическим сырьем. Особенно перспективно в этом отношении использование попутного нефтяного газа: содержащиеся в нем углеводороды являются исходными веществами для получения синтетического каучука, пластических масс и других синтетических атериалов.
В России имеются богатейшие газовые месторождения; например, Москва снабжается газом из Саратовских месторождений, Киев — из месторождений Западной Украины и т. п.
Нефть и её переработка. Нефть — природное ископаемое, представляющее собой сложную смесь органических веществ, главным образом углеводородов. Она является ценнейшим продуктом, с использованием ее связаны самые разнообразные отрасли народного хозяйства. Состав нефти неодинаков в различных месторождениях. Так, в России предельные углеводороды ряда метана преобладают, например, в ромашкинской (Татария), долинской (Украина), жетыбайской (Казахстан) нефтях. Нефть, добываемая в Азербайджане и на о. Сахалин, богата преимущественно циклическими предельными углеводородами — циклопарафинами. Некоторые нефти (например, павловская, Пермская обл.) содержат значительные количества ароматических углеводородов.
Нефть содержит как жидкие, так и растворенные в них твердые и в некотором количестве газообразные углеводороды. При большом содержании последних нефть иногда под давлением газов фонтаном выбивается из буровых скважин.
Нефть — эффективное и дешевое топливо. Кроме того, она является наиболее ценным химическим сырьем, на основе которого получают синтетический каучук, пластмассы и т.п.
Путем переработки из нефти получают продукты различного назначения. Главный способ переработки нефти — фракционирование (перегонка), при котором (после предварительного удаления газов) выделяют следующие основные нефтепродукты:
1. Бензин (сырой); температура кипения до 150—205°С.
2. Керосин; температура кипения от 150 до 300°С.
3. Нефтяные остатки (мазут).
Бензиновая фракция содержит углеводороды с 5—9 атомами углерода. Повторными разгонками из нее выделяют петролейный, или нефтяной, эфир (темп. кип. 40—70°С), бензины различных назначений — авиационный, автомобильный (темп. кип. 70—120СС) и др.
Керосиновая фракция содержит углеводороды с 10—16 углеродными атомами, а нефтяные остатки (мазут) — смесь высших углеводородов.
Из мазута при температуре выше 300°С отгоняется некоторое количество не разлагающихся при этой температуре продуктов, которые называют соляровыми маслами и применяют в качестве различных смазочных средств. Кроме того, из мазута путем очистки, перегонки под уменьшенным давлением или с водяным паром получают и такие ценные продукты, как вазелин и парафин (последний представляет собой смесь твердых углеводородов, которыми особенно богаты некоторые сорта нефти). Остаток после переработки мазута — так называемый гудрон — применяют для покрытия дорог. Мазут используют и непосредственно как топливо.
Наиболее ценными для современной техники продуктами переработки нефти являются бензины. Однако при прямой перегонке из нефти получается лишь до 20% (в зависимости от сорта и месторождения нефти) бензиновой фракции. Выход ее может быть увеличен до 60—80% при помощи крекинга высших нефтяных фракций. Первая установка по крекингу нефти была построена в 1891 году в России инженером В. Г. Шуховым.
В настоящее время различают следующие основные типы крекинга: а) жидкофазный, при котором сырье (мазут) подается в печи крекинга в жидком виде; б) парофазный, когда сырье подается в виде паров, и в) каталитический, при котором сырье разлагается на специальных катализаторах. В зависимости от типа крекинга получаются крекинг-бензины, отличающиеся по составу и имеющие различные назначения.
При крекинге, наряду с жидкими бензиновыми углеводородами, получаются более простые газообразные, главным образом непредельные углеводороды. Они образуют так называемые газы крекинга (до 25% от крекируемого нефтепродукта). Последние являются ценным промышленным источником непредельных углеводородов. Некоторое количество легкого бензина может быть получено путем сжатия из нефтяного газа, при этом содержащиеся в нем пары бензиновых углеводородов сгущаются, образуя так называемый газовый бензин.
Горный воск. Горный воск, или озокерит, представляет собой смесь твердых углеводородов. Залежи его имеются на острове Челекен (Каспийское море), в Средней Азии, в Краснодарском крае, в Польше. Из озокерита выделяют твердое вещество церезин — заменитель воска.
Видео. Этиловый спирт - антидетонационая добавка
Назад, на главную страницу сайта
