Menu
Secara percuma
Pendaftaran
Rumah  /  Konsepsi/ Sumber semula jadi hidrokarbon. Gas asli: komposisi, digunakan sebagai bahan api

Sumber semula jadi hidrokarbon. Gas asli: komposisi, digunakan sebagai bahan api

Belanjawan negeri institusi pendidikan

sekolah menengah No. 225 daerah Admiralteysky St. Petersburg

ABSTRAK

DALAM KIMIA

Hidrokarbon dan sumber semula jadinya

guru kimia:

Voronaev Ivan Gennadievich

Gred

Saint Petersburg

2018

pengenalan

Hidrokarbon ialah sebatian organik yang terdiri daripada atom C (karbon) dan H (hidrogen) - gas, cecair dan pepejal, bergantung kepada berat molekul dan struktur kimia.

Tujuan abstrak adalah untuk menyemak sebatian organik, kumpulan apa yang mereka dibahagikan, di mana ia ditemui dan kemungkinan menggunakan hidrokarbon.

Perkaitan topik: Kimia organik adalah salah satu disiplin kimia yang paling pesat berkembang yang mempengaruhi kehidupan manusia secara menyeluruh. Adalah diketahui bahawa bilangan sebatian organik terlalu besar dan, menurut beberapa sumber, mencapai kira-kira 18 juta.

  1. Pengelasan hidrokarbon

Sekumpulan besar hidrokarbon dibahagikan kepada alifatik dan aromatik. Alifatik pula dibahagikan kepada dua subkumpulan: - tepu atau mengehad; - tak tepu atau tak tepu. Dalam hidrokarbon tepu, semua valens karbon digunakan untuk sambungan dengan atom karbon jiran dan sambungan dengan atom hidrogen. Hidrokarbon tak tepu adalah mereka yang molekulnya mengandungi atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Pengelasan hidrokarbon disusun secara sistematik dalam Jadual 1.

Jadual 1

Ciri umum hidrokarbon

Alkana - ini adalah hidrokarbon asiklik daripada struktur linear atau bercabang, dalam molekul yang mana atom karbonnya saling berkaitan dengan mudah.- sambungan. Alkana membentuk siri homolog dengan formula am C n H 2n+2 , dengan n ialah bilangan atom karbon.

Rajah 1. Formula struktur metana

Alkena – asiklik hidrokarbon tak tepu struktur linear atau bercabang, dalam molekulnya terdapat satu ikatan berganda antara atomkarbon. Formula amC n H 2n .

Rajah 2. Formula struktur etilena

Alkuna - hidrokarbon asiklik tak tepu yang mengandungi satu ikatan rangkap tiga C≡C. Siri homolog asetilena. Formula amC n H 2n–2 . Isomerisme rangka karbon, isomerisme kedudukan ikatan rangkap tiga, interclass dan isomerisme ruang adalah mungkin. Tindak balas yang paling biasa ialah penambahan dan pembakaran.

Rajah 3. Formula struktur asetilena

Alcadienes - hidrokarbon asiklik tak tepu yang mengandungi dua ikatan rangkap C=C. Siri homolog hidrokarbon diena. Formula amC n H 2n–2 . Isomerisme rangka karbon, isomerisme kedudukan ikatan berganda, interclass, dan isomerisme cis-trans adalah mungkin. Yang paling tipikal ialah tindak balas penambahan.

Rajah 4. Formula struktur butadiena-1,3

Sikloalkana - hidrokarbon karbosiklik tepu dengan ikatan C–C tunggal. Siri homolog polimetilena. Formula amC n H 2n. Isomerisme rangka karbon, spatial, interclass, adalah mungkin. Bagi sikloalkana dengan n = 3–4, tindak balas penambahan dengan pembukaan gelang adalah paling tipikal.

Rajah 5. Formula struktur siklopropana

  1. Pembentukan hidrokarbon. Skop permohonan

Teori utama asal usul hidrokarbon ialah pereputan organisma tumbuhan dan sisa haiwan.

Hidrokarbon digunakan sebagai bahan api dan sebagai produk permulaan untuk sintesis pelbagai bahan. Sumber utama hidrokarbon ialah gas asli dan minyak.

Komposisi gas asli terutamanya terdiri daripada hidrokarbon dengan berat molekul rendah daripada metana CH 4 kepada butana C 4 H 10 . Petroleum mengandungi pelbagai hidrokarbon yang mempunyai berat molekul yang lebih tinggi daripada hidrokarbon yang terdapat dalam gas asli, sepertialkana cecairDENGAN 5 N 12 - DENGAN 16 N 34 , membentuk sebahagian besar pecahan minyak cecair dan alkana pepejal komposisiDENGAN 17 N 36 - DENGAN 53 N 108 dan banyak lagi, yang termasuk dalam pecahan minyak berat dan parafin pepejal.

Hidrokarbon, terutamanya kitaran, juga diperoleh melalui penyulingan kering arang batu dan syal minyak.

Dengan pelbagai jenis produk yang mengandungi hidrokarbon dan keadaan di mana ia boleh terbentuk berulang kali, hidrokarbon boleh memainkan bahaya pekerjaan dalam hampir semua industri:

    dalam pengeluaran bahan api cecair dan gas asli (gas, industri minyak);

    dalam pemprosesan minyak dan produk yang diperoleh daripadanya (industri penapisan minyak dan petrokimia);

    apabila menggunakan produk pemprosesan haba arang batu keras dan perang, syal, gambut, minyak untuk pelbagai tujuan (sebagai bahan api untuk pesawat, kereta, traktor);

    sebagai pelarut dalam banyak industri, sebagai minyak mineral.

Hidrokarbon boleh bertindak seperti racun isi rumah:

    apabila menghisap tembakau (poliaromatik, seperti naftalena C 10 H 8 pirena C 16 H 10);

    sebagai pelarut dalam kehidupan seharian (contohnya, semasa membersihkan pakaian);

    dalam kes keracunan tidak sengaja, terutamanya kanak-kanak, dengan campuran cecair hidrokarbon (petrol, minyak tanah).

Hidrokarbon yang mengandungi sehingga 5 atom karbon setiap molekul (CH 4, C 2 H 2, C 3 H 8, C 4 H 10, C 5 H 12 ) dan merupakan bahan gas pada suhu dan tekanan biasa, boleh terkandung dalam udara dalam sebarang kepekatan dan membawa dalam beberapa kes kepada kekurangan oksigen di udara (contohnya, pengumpulan CH4 dalam lombong arang batu) dan kepada letupan.

Hidrokarbon tepu yang mengandungi daripada 6 hingga 9 atom karbon setiap molekul (C 6 H 14, C 7 H 16, oktana C8 H 18, C 9 H 20 ), - bahan cecair yang membentuk petrol dan minyak tanah. Ia digunakan secara meluas sebagai pelarut dan penipisan untuk pelekat, varnis, cat, serta penyahgris dan boleh menghasilkan kepekatan wap yang tinggi dalam premis pengeluaran(getah, cat dan varnis, kejuruteraan mekanikal dan industri lain).

Hidrokarbon berat dengan 10 atau lebih atom karbon dalam molekul (minyak petroleum dan mineral, parafin, naftalena, fenantrena, antrasena, bitumen) dicirikan oleh kemeruapan yang rendah, tetapi menyebabkan lesi tertentu dengan pendedahan kronik kepada kulit dan membran mukus, dan mempunyai kesan toksik umum. Apabila bekerja dengan cecair pelincir penyejuk, contohnya, fresol dan emulsol dan emulsi yang dibuat berdasarkannya (pemotongan logam), folikulitis minyak mungkin berkembang ( proses keradangan bersifat purulen).

Kesimpulan

Kelas utama hidrokarbon dipertimbangkan. Kejadian dalam sifat dan kawasan permohonan.

Hidrokarbon digunakan secara meluas dalam industri. Permohonan Utama:

Sebagai bahan api;

Untuk sintesis plastik, getah, getah, gentian sintetik, cat, baja, pewarna;

Untuk pengeluaran produk farmaseutikal, kebersihan, kosmetik;

Untuk pengeluaran detergen;

Untuk pengeluaran bahan tambahan makanan dan produk makanan.

Rujukan

    Paffengolts K.N. Kamus Geologi. – M.: Nedra, 1978. T.2.– 456 hlm.

    Terney A. Kimia organik moden. – M.: Mir, 1981. T.1-2. – 678 s., 651 s.

    Buku teks elektronik rangkaian mengenai kimia organik, http://cnit.ssau.ru/organics/chem2/

Objektif pelajaran:

Pendidikan:

  • Membangunkan aktiviti kognitif pelajar.
  • Untuk membiasakan pelajar dengan sumber semula jadi hidrokarbon: minyak, gas asli, arang batu, komposisi dan kaedah pemprosesannya.
  • Untuk mengkaji deposit utama sumber-sumber ini secara global dan di Rusia.
  • Tunjukkan kepentingan mereka dalam ekonomi negara.
  • Pertimbangkan isu perlindungan persekitaran.

Pendidikan:

  • Menanam minat untuk mempelajari topik, menyemai budaya pertuturan dalam pelajaran kimia.

Pendidikan:

  • Kembangkan perhatian, pemerhatian, kemahiran mendengar dan membuat kesimpulan.

Kaedah dan teknik pedagogi:

  • Pendekatan persepsi.
  • Pendekatan Gnostik.
  • Pendekatan sibernetik.

peralatan: Papan putih interaktif, multimedia, buku teks elektronik MarSTU, Internet, koleksi "Minyak dan produk utama pemprosesannya", "Arang batu dan produk terpenting pemprosesannya".

Kemajuan pelajaran

I. Detik organisasi.

Saya memperkenalkan tujuan dan objektif pelajaran ini.

II. Bahagian utama.

Sumber hidrokarbon semula jadi yang paling penting ialah: minyak, arang batu, gas petroleum asli dan yang berkaitan.

Minyak - "emas hitam" (Saya memperkenalkan pelajar kepada asal usul minyak, rizab utama, pengeluaran, komposisi minyak, sifat fizikal, produk petroleum).

Semasa proses pembetulan, minyak dibahagikan kepada pecahan berikut:

Saya menunjukkan sampel pecahan daripada koleksi (demonstrasi disertai penerangan).

  • Gas penyulingan– campuran hidrokarbon molekul rendah, terutamanya propana dan butana, dengan suhu mendidih sehingga 40 ° C,
  • pecahan petrol (petrol)– Komposisi HC C 5 H 12 hingga C 11 H 24 (takat didih 40-200°C, dengan pemisahan yang lebih halus daripada pecahan yang satu ini dapat minyak gas(eter petroleum, 40 - 70°C) dan petrol(70 - 120°C),
  • pecahan nafta– Komposisi HC dari C 8 H 18 hingga C 14 H 30 (suhu mendidih 150 - 250°C),
  • Pecahan minyak tanah– Komposisi HC dari C 12 H 26 hingga C 18 H 38 (suhu mendidih 180 - 300°C),
  • Bahan api diesel– Komposisi HC dari C 13 H 28 hingga C 19 H 36 (suhu mendidih 200 - 350°C)

Sisa daripada penapisan minyak - minyak bahan api– mengandungi hidrokarbon dengan bilangan atom karbon dari 18 hingga 50. Penyulingan di bawah tekanan berkurangan daripada minyak bahan api menghasilkan minyak suria(C 18 H 28 – C 25 H 52), minyak pelincir(C 28 H 58 – C 38 H 78), petrolatum Dan parafin– campuran hidrokarbon pepejal cair rendah. Sisa pepejal daripada penyulingan minyak bahan api – tar dan produk pemprosesannya - bitumen Dan asfalt digunakan untuk membuat permukaan jalan.

Produk yang diperoleh hasil daripada pembetulan minyak tertakluk kepada pemprosesan kimia. Salah satunya ialah retak.

Keretakan ialah penguraian terma produk petroleum, yang membawa kepada pembentukan hidrokarbon dengan atom karbon yang lebih sedikit dalam molekul. (Saya menggunakan buku teks elektronik MarSTU, yang bercakap tentang jenis keretakan).

Pelajar membandingkan keretakan haba dan pemangkin. (Slaid No. 16)

Keretakan haba.

Pecahan molekul hidrokarbon berlaku pada suhu yang lebih tinggi (470-5500 C). Proses berjalan perlahan, hidrokarbon dengan rantai atom karbon yang tidak bercabang terbentuk. Petrol yang diperoleh hasil daripada keretakan haba, bersama-sama dengan hidrokarbon tepu, mengandungi banyak hidrokarbon tak tepu. Oleh itu, petrol ini mempunyai rintangan letupan yang lebih besar daripada petrol suling lurus. Petrol retak terma mengandungi banyak hidrokarbon tak tepu, yang mudah teroksida dan terpolimer. Oleh itu, petrol ini kurang stabil semasa penyimpanan. Apabila ia terbakar, pelbagai bahagian enjin boleh tersumbat.

Keretakan katalitik.

Pemisahan molekul hidrokarbon berlaku dengan kehadiran pemangkin dan pada suhu yang lebih rendah (450-5000 C). Fokus utama adalah pada petrol. Mereka cuba untuk mendapatkan lebih daripada itu dan pastinya kualiti terbaik. Keretakan pemangkin muncul dengan tepat hasil daripada perjuangan jangka panjang dan berterusan pekerja minyak untuk meningkatkan kualiti petrol. Berbanding dengan keretakan haba, proses berjalan lebih cepat, dan bukan sahaja pemisahan molekul hidrokarbon berlaku, tetapi juga pengisomeran mereka, i.e. hidrokarbon dengan rantai bercabang atom karbon terbentuk. Petrol retak bermangkin adalah lebih tahan terhadap letupan daripada petrol retak haba.

arang batu. (Saya memperkenalkan pelajar kepada asal usul arang batu, rizab utama, pengeluaran, sifat fizikal, produk yang diproses).

Asal: (Saya menggunakan buku teks elektronik MarSTU, di mana mereka bercakap tentang asal usul arang batu).

Rizab utama: (slaid nombor 18) Pada peta saya menunjukkan kepada pelajar deposit arang batu terbesar di Rusia dari segi jumlah pengeluaran - ini ialah lembangan Tunguska, Kuznetsk dan Pechora.

Pengeluaran:(Saya menggunakan buku teks elektronik MarSTU, di mana mereka bercakap tentang perlombongan arang batu).

  • Gas kok– yang termasuk H 2, CH 4, CO, CO 2, kekotoran NH 3, N 2 dan gas lain,
  • Tar arang batu– mengandungi beberapa ratus bahan organik yang berbeza, termasuk benzena dan homolognya, fenol dan alkohol aromatik, naftalena dan pelbagai sebatian heterosiklik,
  • Nadsmolnaya, atau air ammonia– mengandungi ammonia terlarut, serta fenol, hidrogen sulfida dan bahan lain,
  • Coke– sisa coking pepejal, karbon hampir tulen.

Gas asli dan berkaitan petroleum. (Saya memperkenalkan pelajar kepada rizab utama, pengeluaran, komposisi, produk yang diproses).

III. Generalisasi.

Dalam bahagian rumusan pelajaran, saya mencipta ujian menggunakan program Turning Point. Para pelajar mempersenjatai diri dengan alat kawalan jauh. Apabila soalan muncul pada skrin, dengan menekan butang yang sesuai, mereka memilih jawapan yang betul.

1. Komponen utama gas asli ialah:

  • Etana;
  • propana;
  • Metana;
  • Butana.

2. Pecahan penyulingan petroleum yang manakah mengandungi daripada 4 hingga 9 atom karbon setiap molekul?

  • Naphtha;
  • Minyak gas;
  • Petrol;
  • Minyak tanah.

3. Apakah tujuan memecahkan produk petroleum berat?

  • Pengeluaran metana;
  • Mendapatkan pecahan petrol dengan rintangan letupan yang tinggi;
  • Pengeluaran gas sintesis;
  • Pengeluaran hidrogen.

4. Proses manakah yang tidak berkaitan dengan penapisan minyak?

  • Coking;
  • Penyulingan pecahan;
  • Retak pemangkin;
  • Keretakan haba.

5. Antara peristiwa berikut, yang manakah paling berbahaya bagi ekosistem akuatik?

  • Pelanggaran ketat saluran paip minyak;
  • Tumpahan minyak akibat kemalangan kapal tangki;
  • Pelanggaran teknologi semasa pengeluaran minyak dalam di darat;
  • Pengangkutan arang batu melalui laut.

6. Daripada metana, yang membentuk gas asli, kita memperoleh:

  • Gas sintesis;
  • Etilena;
  • asetilena;
  • Butadiena.

7. Apakah ciri-ciri yang membezakan petrol retak bermangkin daripada petrol suling lurus?

  • Kehadiran alkena;
  • Kehadiran alkuna;
  • Kehadiran hidrokarbon dengan rantai bercabang atom karbon;
  • Rintangan letupan yang tinggi.

Keputusan ujian kelihatan serta-merta pada skrin.

Kerja rumah:§ 10, cth.1 – 8

kesusasteraan:

  1. L.Yu. Alikberova "Kimia yang menghiburkan" - M.: "AST-Press", 1999.
  2. O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov "Buku Panduan untuk guru kimia, gred 10 - M.: "Blik dan K," 2001.
  3. O.S. Gabrielyan, F.N. Maskaev, S.Yu, V.I.

Semasa pelajaran anda akan dapat mempelajari topik “Sumber semula jadi hidrokarbon. Penapisan minyak." Lebih daripada 90% daripada semua tenaga yang digunakan oleh manusia pada masa ini diperoleh daripada sebatian organik semula jadi fosil. Anda akan belajar tentang sumber asli (gas asli, minyak, arang batu), apa yang berlaku kepada minyak selepas pengekstrakannya.

Topik: Hidrokarbon tepu

Pelajaran: Sumber Semulajadi Hidrokarbon

Kira-kira 90% tenaga digunakan tamadun moden, terbentuk dengan membakar bahan api fosil semulajadi - gas asli, minyak dan arang batu.

Rusia adalah negara yang kaya dengan rizab bahan api fosil semula jadi. Terdapat rizab minyak dan gas asli yang besar Siberia Barat dan Ural. Arang batu dilombong di Kuznetsk, lembangan Yakutsk Selatan dan kawasan lain.

Gas asli mengandungi purata 95% metana mengikut isipadu.

Selain metana, gas asli dari pelbagai bidang mengandungi nitrogen, karbon dioksida, helium, hidrogen sulfida, serta alkana ringan lain - etana, propana dan butana.

Gas asli diekstrak daripada deposit bawah tanah, di mana ia berada di bawah tekanan tinggi. Metana dan hidrokarbon lain terbentuk daripada bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan haiwan semasa penguraiannya tanpa akses kepada udara. Metana sentiasa terbentuk hasil daripada aktiviti mikroorganisma.

Metana ditemui di planet sistem suria dan para sahabat mereka.

Metana tulen tidak mempunyai bau. Walau bagaimanapun, gas yang digunakan dalam kehidupan seharian mempunyai ciri bau busuk. Inilah bau bahan tambahan khas - mercaptans. Bau mercaptans membolehkan anda mengesan kebocoran gas domestik dalam masa. Campuran metana dengan udara adalah bahan letupan dalam pelbagai nisbah - dari 5 hingga 15% gas mengikut isipadu. Oleh itu, jika anda menghidu gas di dalam bilik, anda bukan sahaja harus menyalakan api, tetapi juga tidak menggunakan suis elektrik. Percikan api yang sedikit boleh menyebabkan letupan.

nasi. 1. Minyak dari pelbagai bidang

Minyak- cecair pekat seperti minyak. Warnanya berkisar dari kuning muda hingga coklat dan hitam.

nasi. 2. Ladang minyak

Minyak dari bidang yang berbeza sangat berbeza dalam komposisi. nasi. 1. Bahagian utama minyak ialah hidrokarbon yang mengandungi 5 atau lebih atom karbon. Pada asasnya, hidrokarbon ini dikelaskan sebagai mengehad, i.e. alkana. nasi. 2.

Minyak juga mengandungi sebatian organik yang mengandungi sulfur, oksigen, nitrogen Minyak mengandungi air dan kekotoran bukan organik.

Gas yang dibebaskan semasa pengeluarannya dilarutkan dalam minyak - gas petroleum yang berkaitan. Ini adalah metana, etana, propana, butana dengan campuran nitrogen, karbon dioksida dan hidrogen sulfida.

arang batu, seperti minyak, adalah campuran yang kompleks. Bahagian karbon di dalamnya menyumbang 80-90%. Selebihnya ialah hidrogen, oksigen, sulfur, nitrogen dan beberapa unsur lain. Dalam arang batu coklat bahagian karbon dan bahan organik adalah lebih rendah daripada batu. Malah kurang bahan organik dalam syal minyak.

Dalam industri, arang batu dipanaskan hingga 900-1100 0 C tanpa akses udara. Proses ini dipanggil coking. Hasilnya adalah kok diperlukan untuk metalurgi dengan kandungan yang tinggi karbon, gas ketuhar kok dan tar arang batu. Banyak bahan organik dibebaskan daripada gas dan tar. nasi. 3.

nasi. 3. Pembinaan ketuhar kok

Gas asli dan minyak adalah sumber bahan mentah yang paling penting untuk industri kimia. Minyak kerana ia diekstrak, atau "minyak mentah," sukar untuk digunakan walaupun sebagai bahan api. Oleh itu, minyak mentah dibahagikan kepada pecahan (dari bahasa Inggeris "pecahan" - "bahagian"), menggunakan perbezaan dalam takat didih bahan konstituennya.

Kaedah pemisahan minyak berdasarkan suhu yang berbeza pendidihan hidrokarbon konstituennya dipanggil penyulingan atau penyulingan. nasi. 4.

nasi. 4. Produk petroleum

Pecahan yang disuling daripada kira-kira 50 hingga 180 0 C dipanggil petrol.

Minyak tanah mendidih pada suhu 180-300 0 C.

Sisa hitam tebal yang tidak mengandungi bahan meruap dipanggil minyak bahan api.

Terdapat juga beberapa pecahan perantaraan yang mendidih dalam julat yang lebih sempit - eter petroleum (40-70 0 C dan 70-100 0 C), semangat putih (149-204 ° C), dan minyak gas (200-500 0 C) . Mereka digunakan sebagai pelarut. Minyak bahan api boleh disuling di bawah tekanan yang dikurangkan untuk menghasilkan minyak pelincir dan parafin. Sisa pepejal daripada penyulingan minyak bahan api - asfalt. Ia digunakan untuk pengeluaran permukaan jalan.

Pemprosesan gas petroleum yang berkaitan adalah industri yang berasingan dan menghasilkan beberapa produk berharga.

Merumuskan pelajaran

Semasa pelajaran anda mempelajari topik “Sumber semula jadi hidrokarbon. Penapisan minyak." Lebih daripada 90% daripada semua tenaga yang digunakan oleh manusia pada masa ini diperoleh daripada sebatian organik semula jadi fosil. Anda belajar tentang sumber asli (gas asli, minyak, arang batu), apa yang berlaku kepada minyak selepas pengekstrakannya.

Rujukan

1. Rudzitis G.E. Kimia. Asas kimia am. Gred ke-10: buku teks untuk institusi pendidikan am: peringkat asas / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Kimia. darjah 10. Tahap profil: akademik. untuk pendidikan am institusi/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al - M.: Bustard, 2008. - 463 p.

3. Kimia. darjah 11. Tahap profil: akademik. untuk pendidikan am institusi/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al - M.: Bustard, 2010. - 462 p.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Koleksi masalah dalam kimia untuk mereka yang memasuki universiti. - ed ke-4. - M.: RIA "Gelombang Baru": Penerbit Umerenkov, 2012. - 278 p.

Kerja rumah

1. No. 3, 6 (hlm. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kimia: Kimia organik. Gred ke-10: buku teks untuk institusi pendidikan am: peringkat asas / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Bagaimanakah gas petroleum berkaitan berbeza daripada gas asli?

3. Bagaimanakah minyak disuling?

Sebatian yang hanya terdiri daripada atom karbon dan hidrogen.

Hidrokarbon dibahagikan kepada kitaran (sebatian karboksiklik) dan asiklik.

Kitaran (karbosiklik) ialah sebatian yang mengandungi satu atau lebih kitaran yang hanya terdiri daripada atom karbon (berbeza dengan sebatian heterosiklik yang mengandungi heteroatom - nitrogen, sulfur, oksigen, dll.). Sebatian karbosiklik pula dibahagikan kepada sebatian aromatik dan bukan aromatik (alisiklik).

Hidrokarbon asiklik termasuk sebatian organik yang molekul rangka karbonnya adalah rantai terbuka.

Rantai ini boleh dibentuk oleh ikatan tunggal (alkana), mengandungi satu ikatan rangkap (alkena), dua atau lebih ikatan rangkap (diena atau poliena), atau satu ikatan rangkap tiga (alkuna).

Seperti yang anda ketahui, rantai karbon adalah sebahagian daripada kebanyakan bahan organik. Oleh itu, kajian hidrokarbon adalah amat penting, kerana sebatian ini adalah asas struktur kelas sebatian organik yang lain.

Di samping itu, hidrokarbon, terutamanya alkana, adalah sumber semula jadi utama sebatian organik dan asas kepada sintesis industri dan makmal yang paling penting (Skim 1).

Anda sudah tahu bahawa hidrokarbon adalah jenis yang paling penting bahan mentah untuk industri kimia. Sebaliknya, hidrokarbon secara semula jadi agak meluas dan boleh diasingkan daripada pelbagai sumber semula jadi: minyak, petroleum dan gas asli yang berkaitan, arang batu. Mari kita lihat mereka dengan lebih dekat.

Minyak- campuran kompleks semula jadi hidrokarbon, terutamanya alkana struktur linear dan bercabang, mengandungi daripada 5 hingga 50 atom karbon dalam molekul, dengan bahan organik lain. Komposisinya sangat bergantung pada tempat pengekstrakannya (deposit) sebagai tambahan kepada alkana, ia mungkin mengandungi sikloalkana dan hidrokarbon aromatik.

Komponen gas dan pepejal minyak dilarutkan dalam komponen cecairnya, yang menentukan keadaan pengagregatannya. Minyak ialah cecair berminyak berwarna gelap (coklat hingga hitam) dengan bau khas, tidak larut dalam air. Ketumpatannya kurang daripada air, oleh itu, apabila minyak masuk ke dalamnya, ia merebak ke permukaan, menghalang pembubaran oksigen dan gas udara lain di dalam air. Jelas sekali, apabila minyak memasuki badan air semula jadi, ia menyebabkan kematian mikroorganisma dan haiwan, yang membawa kepada bencana alam sekitar dan juga malapetaka. Terdapat bakteria yang boleh menggunakan komponen minyak sebagai makanan, mengubahnya menjadi produk tidak berbahaya daripada aktiviti penting mereka. Jelas sekali bahawa penggunaan kultur bakteria ini adalah cara yang paling mesra alam dan menjanjikan untuk memerangi pencemaran alam sekitar dengan minyak semasa pengeluaran, pengangkutan dan penapisannya.

Secara semula jadi, minyak dan gas petroleum yang berkaitan, yang akan dibincangkan di bawah, mengisi rongga dalaman bumi. Mewakili campuran pelbagai bahan, minyak tidak mempunyai takat didih yang tetap. Adalah jelas bahawa setiap komponennya mengekalkan ciri-ciri individunya dalam campuran. sifat fizikal, yang memungkinkan untuk memisahkan minyak kepada komponennya. Untuk melakukan ini, ia disucikan daripada kekotoran mekanikal dan sebatian yang mengandungi sulfur dan tertakluk kepada apa yang dipanggil penyulingan pecahan, atau pembetulan.

Penyulingan pecahan - kaedah fizikal mengasingkan campuran komponen daripada suhu yang berbeza mendidih.

Penyulingan dijalankan dalam pemasangan khas - lajur penyulingan, di mana kitaran pemeluwapan dan penyejatan bahan cecair yang terkandung dalam minyak diulangi (Rajah 9).

Wap terbentuk apabila campuran bahan mendidih diperkaya dengan komponen didih lebih rendah (iaitu, suhu rendah). Wap ini dikumpul, dipeluwap (disejukkan ke bawah takat didih) dan didihkan semula. Dalam kes ini, wap terbentuk yang lebih diperkaya dengan bahan didih rendah. Dengan mengulangi kitaran ini berkali-kali, adalah mungkin untuk mencapai pemisahan hampir lengkap bahan-bahan yang terkandung dalam campuran.

Lajur penyulingan menerima minyak yang dipanaskan dalam relau tiub pada suhu 320-350 °C. Lajur penyulingan mempunyai sekatan mendatar dengan lubang - dulang yang dipanggil, di mana pemeluwapan pecahan minyak berlaku. Pecahan didih rendah terkumpul pada yang lebih tinggi, dan yang didih tinggi - pada yang lebih rendah.

Semasa proses pembetulan, minyak dibahagikan kepada pecahan berikut:

Gas pembetulan ialah campuran hidrokarbon berat molekul rendah, terutamanya propana dan butana, dengan takat didih sehingga 40 ° C;

Pecahan petrol (petrol) - hidrokarbon komposisi dari C 5 H 12 hingga C 11 H 24 (takat didih 40-200 ° C); dengan pemisahan yang lebih halus daripada pecahan ini, petrol (eter petroleum, 40-70 °C) dan petrol (70-120 °C) diperolehi;

Pecahan nafta - komposisi hidrokarbon dari C8H18 hingga C14H30 (takat didih 150-250 °C);

Pecahan minyak tanah - komposisi hidrokarbon dari C12H26 hingga C18H38 (takat didih 180-300 °C);

Bahan api diesel - komposisi hidrokarbon dari C13H28 hingga C19H36 (takat didih 200-350 ° C).

Baki penyulingan minyak adalah minyak bahan api- mengandungi hidrokarbon dengan bilangan atom karbon dari 18 hingga 50. Dengan penyulingan di bawah tekanan berkurangan daripada minyak bahan api, minyak diesel (C18H28-C25H52), minyak pelincir (C28H58-C38H78), jeli petroleum dan parafin diperolehi - campuran lebur rendah daripada hidrokarbon pepejal. Sisa pepejal daripada penyulingan minyak bahan api - tar dan produk pemprosesannya - bitumen dan asfalt digunakan untuk pembuatan permukaan jalan.

Produk yang diperoleh hasil daripada pembetulan minyak tertakluk kepada pemprosesan kimia, termasuk beberapa proses yang kompleks. Salah satunya ialah keretakan produk petroleum. Anda sudah tahu bahawa minyak bahan api dipisahkan kepada komponen di bawah tekanan yang dikurangkan. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila tekanan atmosfera komponennya mula terurai sebelum mencapai takat didih. Ini adalah asas keretakan.

retak - penguraian terma produk petroleum, yang membawa kepada pembentukan hidrokarbon dengan bilangan atom karbon yang lebih kecil dalam molekul.

Terdapat beberapa jenis keretakan: retak terma, retak bermangkin, retak tekanan tinggi, dan retak pengurangan.

Keretakan terma melibatkan pemisahan molekul hidrokarbon dengan rantai karbon yang panjang kepada yang lebih pendek di bawah pengaruh suhu tinggi (470-550 ° C). Semasa pembelahan ini, alkena terbentuk bersama-sama dengan alkana.

DALAM pandangan umum tindak balas ini boleh ditulis seperti berikut:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkana alkana alkena
dengan rantai panjang

Hidrokarbon yang terhasil boleh dipecahkan semula untuk membentuk alkana dan alkena dengan rantaian atom karbon yang lebih pendek dalam molekul:

Semasa keretakan haba konvensional, banyak hidrokarbon gas berat molekul rendah terbentuk, yang boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk pengeluaran alkohol, asid karboksilik, dan sebatian berat molekul tinggi (contohnya, polietilena).

Keretakan katalitik berlaku dengan kehadiran pemangkin, yang menggunakan aluminosilikat semula jadi daripada komposisi rAl2O3" m8Iu2-

Keretakan dengan penggunaan mangkin membawa kepada pembentukan hidrokarbon yang mempunyai rantai atom karbon bercabang atau tertutup dalam molekul. Kandungan hidrokarbon struktur ini dalam bahan api motor dengan ketara meningkatkan kualitinya, terutamanya rintangan kepada letupan - nombor oktana petrol.

Keretakan produk petroleum berlaku pada suhu tinggi, oleh itu, deposit karbon (jelaga) sering terbentuk, mencemarkan permukaan pemangkin, yang secara mendadak mengurangkan aktivitinya.

Membersihkan permukaan pemangkin daripada mendapan karbon - penjanaan semulanya - adalah syarat utama untuk pelaksanaan praktikal keretakan pemangkin. Cara paling mudah dan paling murah untuk menjana semula pemangkin adalah dengan memanggangnya, di mana deposit karbon dioksidakan dengan oksigen atmosfera. Produk pengoksidaan gas (terutamanya karbon dioksida dan sulfur dioksida) dikeluarkan dari permukaan mangkin.

Keretakan pemangkin adalah proses heterogen di mana bahan pepejal (mangkin) dan gas (wap hidrokarbon) mengambil bahagian. Adalah jelas bahawa penjanaan semula pemangkin - interaksi jelaga pepejal dengan oksigen atmosfera - juga merupakan proses yang heterogen.

Tindak balas heterogen(gas - pepejal) mengalir lebih cepat apabila luas permukaan pepejal bertambah. Oleh itu, pemangkin dihancurkan, dan penjanaan semula dan pemecahan hidrokarbonnya dilakukan dalam "katil terbendalir", yang biasa kepada anda daripada pengeluaran asid sulfurik.

Bahan mentah yang retak, seperti minyak gas, memasuki reaktor kon. Bahagian bawah reaktor mempunyai diameter yang lebih kecil, jadi kadar aliran wap bahan mentah adalah sangat tinggi. Gas yang bergerak pada kelajuan tinggi menangkap zarah pemangkin dan membawanya masuk bahagian atas reaktor, di mana disebabkan peningkatan diameternya kadar alir berkurangan. Di bawah pengaruh graviti, zarah pemangkin jatuh ke bahagian bawah reaktor yang lebih sempit, dari mana ia dibawa ke atas semula. Oleh itu, setiap butir pemangkin berada dalam pergerakan berterusan dan dibasuh dari semua sisi oleh reagen gas.

Beberapa butiran pemangkin memasuki bahagian luar reaktor yang lebih luas dan, tanpa menghadapi rintangan aliran gas, jatuh ke dalam bahagian bawah, di mana ia diambil oleh aliran gas dan dibawa ke dalam penjana semula. Di sana, dalam mod "katil terbendalir", pemangkin dinyalakan dan dikembalikan ke reaktor.

Oleh itu, pemangkin beredar di antara reaktor dan penjana semula, dan produk gas rekahan dan pemanggangan dikeluarkan daripadanya.

Penggunaan pemangkin retak memungkinkan untuk meningkatkan sedikit kadar tindak balas, mengurangkan suhunya, dan meningkatkan kualiti produk retak.

Hidrokarbon yang terhasil daripada pecahan petrol terutamanya mempunyai struktur linear, yang membawa kepada rintangan letupan rendah petrol yang terhasil.

Kami akan mempertimbangkan konsep "rintangan ketukan" kemudian, buat masa ini kami hanya akan ambil perhatian bahawa hidrokarbon dengan molekul struktur bercabang mempunyai rintangan letupan yang jauh lebih besar. Adalah mungkin untuk meningkatkan perkadaran hidrokarbon bercabang isomerik dalam campuran yang terbentuk semasa retak dengan menambahkan pemangkin pengisomeran pada sistem.

Medan minyak mengandungi, sebagai peraturan, pengumpulan besar yang dipanggil gas petroleum yang berkaitan, yang terkumpul di atas minyak dalam kerak bumi dan sebahagiannya larut di dalamnya di bawah tekanan batuan di atasnya. Seperti minyak, gas petroleum yang berkaitan ialah sumber hidrokarbon semula jadi yang berharga. Ia mengandungi terutamanya alkana, yang molekulnya mengandungi daripada 1 hingga 6 atom karbon. Adalah jelas bahawa komposisi gas petroleum yang berkaitan adalah jauh lebih miskin daripada minyak. Walau bagaimanapun, walaupun ini, ia juga digunakan secara meluas sebagai bahan api dan sebagai bahan mentah untuk industri kimia. Hanya beberapa dekad yang lalu, di kebanyakan medan minyak, gas petroleum yang berkaitan telah dibakar sebagai tambahan yang tidak berguna kepada minyak. Pada masa ini, sebagai contoh, di Surgut, rizab minyak terkaya di Rusia, tenaga elektrik termurah di dunia dijana menggunakan gas petroleum yang berkaitan sebagai bahan api.

Seperti yang telah dinyatakan, gas petroleum yang berkaitan, berbanding dengan gas asli, lebih kaya dalam komposisi dalam pelbagai hidrokarbon. Membahagikannya kepada pecahan, kita dapat:

Petrol gas ialah campuran yang sangat meruap yang terdiri terutamanya daripada lenthane dan heksana;

Campuran propana-butana, yang terdiri, seperti namanya, propana dan butana dan mudah berubah menjadi keadaan cecair apabila tekanan meningkat;

Gas kering ialah campuran yang mengandungi terutamanya metana dan etana.

Petrol gas, sebagai campuran komponen yang tidak menentu dengan berat molekul yang kecil, menyejat dengan baik walaupun pada suhu rendah. Ini membolehkan penggunaan petrol gas sebagai bahan api untuk enjin pembakaran dalaman di Far North dan sebagai bahan tambahan kepada bahan api motor, memudahkan enjin bermula dalam keadaan musim sejuk.

Campuran propana-butana dalam bentuk gas cecair digunakan sebagai bahan api isi rumah (silinder gas biasa di dacha) dan untuk mengisi pemetik api. Terjemahan beransur-ansur pengangkutan jalan raya mengenai gas cecair - salah satu cara utama untuk mengatasi krisis bahan api global dan menyelesaikan masalah alam sekitar.

Gas kering, komposisi hampir kepada gas asli, juga digunakan secara meluas sebagai bahan api.

Walau bagaimanapun, penggunaan gas petroleum yang berkaitan dan komponennya sebagai bahan api adalah jauh daripada cara yang paling menjanjikan untuk menggunakannya.

Ia adalah lebih cekap untuk menggunakan komponen gas petroleum yang berkaitan sebagai bahan mentah untuk pengeluaran kimia. Daripada alkana yang membentuk gas petroleum yang berkaitan, hidrogen, asetilena, hidrokarbon tak tepu dan aromatik serta derivatifnya diperolehi.

Hidrokarbon gas bukan sahaja boleh menemani minyak di kerak bumi, tetapi juga membentuk pengumpulan bebas - deposit gas asli.

Gas asli - campuran hidrokarbon tepu gas dengan berat molekul yang rendah. Komponen utama gas asli ialah metana, bahagiannya, bergantung pada medan, berkisar antara 75 hingga 99% mengikut volum. Selain metana, gas asli termasuk etana, propana, butana dan isobutana, serta nitrogen dan karbon dioksida.

Seperti petroleum yang berkaitan, gas asli digunakan sebagai bahan api dan sebagai bahan mentah untuk pengeluaran pelbagai bahan organik dan bukan organik. Anda sudah tahu bahawa daripada metana, komponen utama gas asli, hidrogen, asetilena dan metil alkohol, formaldehid dan asid formik, banyak bahan organik lain. Gas asli digunakan sebagai bahan api dalam loji kuasa, dalam sistem dandang untuk pemanasan air bangunan kediaman dan perindustrian, dalam relau letupan dan industri perapian terbuka. Dengan memukul mancis dan menyalakan gas di dapur gas dapur rumah bandar, anda "mencetuskan" tindak balas rantai pengoksidaan alkana yang membentuk gas asli. , Selain minyak, semula jadi dan berkaitan gas petroleum, sumber semula jadi hidrokarbon ialah arang batu. 0n membentuk lapisan tebal di dalam perut bumi, rizab terbuktinya jauh melebihi rizab minyak. Seperti minyak, arang batu mengandungi bilangan yang besar pelbagai bahan organik. Sebagai tambahan kepada bahan organik, ia juga mengandungi bahan bukan organik, seperti air, ammonia, hidrogen sulfida dan, sudah tentu, karbon itu sendiri - arang batu. Salah satu kaedah utama pemprosesan arang batu ialah coking - pengkalsinan tanpa akses udara. Hasil daripada coking, yang dijalankan pada suhu kira-kira 1000 °C, yang berikut terbentuk:

Gas ketuhar kok, yang mengandungi hidrogen, metana, karbon dioksida dan karbon dioksida, campuran ammonia, nitrogen dan gas lain;
tar arang batu yang mengandungi beberapa ratus kali ganda bahan organik peribadi, termasuk benzena dan homolognya, fenol dan alkohol aromatik, naftalena dan pelbagai sebatian heterosiklik;
suprasin, atau air ammonia, yang mengandungi, seperti namanya, ammonia terlarut, serta fenol, hidrogen sulfida dan bahan lain;
kok ialah sisa pepejal daripada kok, karbon hampir tulen.

Coke digunakan dalam pengeluaran besi dan keluli, ammonia - dalam pengeluaran nitrogen dan baja gabungan, dan kepentingan produk coking organik tidak boleh dipandang terlalu tinggi.

Oleh itu, petroleum dan gas asli yang berkaitan, arang batu bukan sahaja sumber hidrokarbon yang paling berharga, tetapi juga sebahagian daripada gudang unik yang tidak boleh ditukar ganti. sumber alam, penggunaan yang berhati-hati dan munasabah yang - syarat yang perlu pembangunan masyarakat manusia yang progresif.

1. Senaraikan sumber semula jadi utama hidrokarbon. Apakah bahan organik yang terkandung dalam setiap satunya? Apakah persamaan komposisi mereka?

2. Huraikan sifat fizikal minyak. Mengapa ia tidak mempunyai takat didih yang tetap?

3. Merumuskan laporan media, huraikan bencana alam sekitar yang disebabkan oleh kebocoran minyak dan cara mengatasi akibatnya.

4. Apakah itu pembetulan? Apakah proses ini berdasarkan? Namakan pecahan yang diperoleh hasil daripada pembetulan minyak. Bagaimanakah mereka berbeza antara satu sama lain?

5. Apa itu retak? Berikan persamaan untuk tiga tindak balas yang sepadan dengan keretakan produk petroleum.

6. Apakah jenis rekahan yang anda tahu? Apakah persamaan proses ini? Bagaimanakah mereka berbeza antara satu sama lain? Apakah perbezaan asas antara pelbagai jenis produk retak?

7. Mengapakah gas petroleum yang berkaitan mempunyai nama ini? Apakah komponen utamanya dan kegunaannya?

8. Bagaimanakah gas asli berbeza daripada gas petroleum yang berkaitan? Apakah persamaan komposisi mereka? Berikan persamaan tindak balas pembakaran untuk semua komponen gas petroleum yang berkaitan yang anda ketahui.

9. Berikan persamaan tindak balas yang boleh digunakan untuk mendapatkan benzena daripada gas asli. Nyatakan syarat untuk tindak balas ini.

10. Apa itu coking? Apakah produk dan komposisinya? Berikan persamaan tindak balas ciri produk arang kok yang diketahui oleh anda.

11. Terangkan mengapa membakar minyak, arang batu dan gas petroleum yang berkaitan adalah jauh daripada cara yang paling rasional untuk menggunakannya.

Asal usul bahan api fosil.

Sebagai tambahan kepada fakta bahawa semua organisma hidup terdiri daripada bahan organik, sumber utama sebatian organik ialah: minyak, arang batu, gas petroleum asli dan yang berkaitan.

Minyak, arang batu dan gas asli adalah sumber hidrokarbon.

Sumber semula jadi ini digunakan:

· Sebagai bahan api (sumber tenaga dan haba) – ini adalah pembakaran konvensional;

· Dalam bentuk bahan mentah untuk pemprosesan selanjutnya - ini adalah sintesis organik.

Teori asal usul bahan organik:

1- Teori asal organik.

Menurut teori ini, endapan terbentuk daripada sisa organisma tumbuhan dan haiwan yang telah pupus, yang bertukar menjadi campuran hidrokarbon dalam ketebalan kerak bumi di bawah pengaruh bakteria, tekanan tinggi dan suhu.

2- Teori asal mineral (gunung berapi) minyak.

Menurut teori ini, minyak, arang batu dan gas asli telah terbentuk semasa peringkat utama pembentukan planet Bumi. Dalam kes ini, logam digabungkan dengan karbon, membentuk karbida. Hasil daripada tindak balas karbida dengan wap air di kedalaman planet, hidrokarbon gas terbentuk, khususnya metana dan asetilena. Dan di bawah pengaruh haba, sinaran dan pemangkin, sebatian lain yang terkandung dalam minyak terbentuk daripadanya. Di lapisan atas litosfera, komponen minyak cecair menguap, cecair menebal, bertukar menjadi asfalt dan kemudian menjadi arang batu.

Teori ini pertama kali dinyatakan oleh D.I. Mendeleev, dan kemudian pada abad ke-20, saintis Perancis P. Sabatier mensimulasikan proses yang diterangkan di makmal dan memperoleh campuran hidrokarbon yang serupa dengan minyak.

Komponen utama gas asli ialah metana. Ia juga mengandungi etana, propana, butana. Semakin tinggi berat molekul hidrokarbon, semakin kurang ia terkandung dalam gas asli.

Permohonan: Apabila gas asli terbakar, ia membebaskan banyak haba, jadi ia berfungsi sebagai bahan api yang cekap tenaga dan murah dalam industri. Gas asli juga merupakan sumber bahan mentah untuk industri kimia: pengeluaran asetilena, etilena, hidrogen, jelaga, pelbagai plastik, asid asetik, pewarna, ubat-ubatan dan produk lain.

Gas petroleum yang berkaitan terdapat dalam alam semula jadi di atas minyak atau terlarut di dalamnya di bawah tekanan. Sebelum ini, gas petroleum yang berkaitan tidak digunakan; Pada masa ini, mereka ditangkap dan digunakan sebagai bahan api dan bahan mentah kimia yang berharga. Gas bersekutu mengandungi kurang metana daripada gas asli, tetapi ia mengandungi lebih banyak homolognya. Gas petroleum yang berkaitan diasingkan kepada komposisi yang lebih sempit.



Sebagai contoh: petrol gas - campuran pentana, heksana dan hidrokarbon lain ditambah kepada petrol untuk menambah baik permulaan enjin; pecahan propana-butana dalam bentuk gas cecair digunakan sebagai bahan api; gas kering - sama dalam komposisi kepada gas asli - digunakan untuk menghasilkan asetilena, hidrogen, dan juga sebagai bahan api Kadang-kadang gas petroleum yang berkaitan tertakluk kepada pengasingan yang lebih teliti dan hidrokarbon individu diekstrak daripadanya, yang kemudiannya diperoleh hidrokarbon tak tepu.

Salah satu jenis bahan api dan bahan mentah yang paling biasa untuk sintesis organik kekal arang batu. Apakah jenis arang batu yang ada, dari mana asalnya dan produk apa yang digunakan untuk menghasilkan - ini adalah soalan utama yang akan kita pertimbangkan dalam pelajaran hari ini. Arang batu mula digunakan sebagai sumber bahan kimia lebih awal daripada minyak dan gas asli.

Arang batu bukan bahan individu. Komposisinya termasuk: karbon bebas (sehingga 10%), bahan organik yang mengandungi, sebagai tambahan kepada karbon dan hidrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, galian, yang kekal sebagai sanga apabila arang batu dibakar.

Arang batu ialah mineral mudah terbakar pepejal asal organik. Menurut hipotesis biogenik, ia terbentuk daripada tumbuhan mati hasil daripada aktiviti penting mikroorganisma dalam tempoh Karbon pada era Paleozoik (kira-kira 300 juta tahun yang lalu). Arang batu lebih murah daripada minyak, ia lebih sekata di dalam kerak bumi, rizab semula jadinya jauh melebihi minyak dan, menurut saintis, tidak akan habis untuk satu abad lagi.

Pembentukan arang batu daripada sisa tumbuhan (coalification) berlaku dalam beberapa peringkat: gambut – arang perang – arang keras – antrasit.

Proses pengkarbonan terdiri daripada peningkatan secara beransur-ansur dalam kandungan relatif karbon dalam bahan organik akibat daripada penipisannya dalam oksigen dan hidrogen. Pembentukan gambut dan arang batu perang berlaku akibat daripada penguraian biokimia sisa tumbuhan tanpa akses kepada oksigen. Peralihan arang batu perang kepada batu berlaku di bawah pengaruh suhu dan tekanan tinggi yang berkaitan dengan proses pembentukan gunung dan gunung berapi.