5. Такой вывод может быть подтвержден и испытанием полученных продуктов.
6. И жидкость, и газ обесцвечивают бромную воду, тогда как исходный продукт, если он был достаточно очищен, не обесцвечивает ее.
Результаты опыта объясняются тем, что:
1) при нагревании произошел распад углеводородов, например: С16Н34 (гексадекан) → С8Н18 (октан) + С8Н16 (октен);
2) образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов меньшей молекулярной массы, соответствующая бензину;
3) получившиеся вещества частично могут разлагаться далее, например:
С8Н18 → С4H10 + С4Н8;
С4H10 → С2Н6 + С2Н4;
С4H10 → С3Н6 + СН4;
4) подобные реакции приводят к образованию газообразных веществ, которые также обнаруживаются в опыте;
5) разложение углеводородов под действием высокой температуры идет через образование свободных радикалов. Рассмотрим этот процесс на примере пентана;
6) под влиянием сильного нагревания химические связи в молекуле становятся менее прочными, какие-то из них разрываются с образованием свободных радикалов:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН3 → СН3-СН2-СН2· + ·СН2-СН3.
Частицы с неспаренными электронами должны стабилизироваться.
Это может происходить по-разному, например:
а) в одних из них установится двойная связь в результате отщепления атома водорода от соседнего атома углерода:
СН3… СН2 → СН2=СН2 + Н;
б) в других, наоборот, происходит присоединение атомов водорода к свободным радикалам:
СН3-СН2-СН2· + Н· → СН3-СН2-СН3.
Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества называется крекингом (англ. cracking – расщепление).
35. Коксохимическое производство
Важным источником промышленного получения ароматических углеводородов наряду с переработкой нефти является коксование каменного угля.
Характерные особенности коксования каменного угля.
1. Процесс коксования можно провести в лаборатории.
2. Если каменный уголь сильно нагревать в железной трубке без доступа воздуха, то через некоторое время можно будет наблюдать выделение газов и паров. В U-образной трубке конденсируются смола, имеющая неприятный запах, и над ней вода, содержащая аммиак.
3. Проходящие далее газы собираются в сосуде над водой.
4. В железной трубке после опыта остается кокс.
5. Собранный газ хорошо горит, он называется коксовым газом.
То есть при нагревании каменного угля без доступа воздуха образуются четыре основных продукта: а) кокс; б) каменноугольная смола; в) аммиачная вода; г) коксовый газ.
Коксовый газ после очистки применяется в качестве топлива в промышленных печах, так как содержит много горючих веществ. Он используется и как химическое сырье.
1. Промышленная коксовая печь состоит из длинной узкой камеры, в которую сверху через отверстия загружается каменный уголь, и отопительных простенков, в каналах которых сжигают газообразное топливо (коксовый или доменный газ).
2. Несколько десятков таких камер образуют батарею коксовых печей.
3. Для достижения высокой температуры горения газ и воздух предварительно нагревают в регенераторах, расположенных под камерами, подобно тому, как это осуществляется в мартеновском способе производства стали.
4. При нагревании до 1000 °C сложные органические вещества, входящие в состав каменного угля, претерпевают химические превращения, в результате которых образуются кокс и летучие продукты.
5. Процесс коксования длится около 14 ч.
6. После того как он закончится, образовавшийся кокс – «коксовый пирог» – выгружается из камеры в вагон и затем гасится водой или инертным газом; в камеру загружают новую партию угля, и процесс коксования начинается снова.
7. После остывания кокс сортируется и направляется на металлургические заводы для доменных печей.
8. Летучие продукты выводятся через отверстия вверху камер и поступают в общий газосборник, где из них конденсируются смола и аммиачная вода.
Из каменноугольной смолы путем фракционирования получают гомологи бензола, фенол (карболовую кислоту), нафталин и многие другие вещества.
Коксовый газ после очистки применяется в качестве топлива в промышленных печах, так как содержит много горючих веществ. Он используется и как химическое сырье.
36. Природные газы и их использование
Основные свойства природного газа:
1) в качестве горючего природный газ имеет большие преимущества перед твердым и жидким топливом;
2) теплота сгорания его значительно выше, при сжигании он не оставляет золы;
3) продукты сгорания значительно более чистые в экологическом отношении;
4) природный газ широко используется на тепловых электростанциях;
5) природный газ также необходим в заводских котельных установках, различных промышленных печах.
Природный газ – это важный источник сырья для химической промышленности, и роль его в этом отношении постепенно возрастает.
Дегидрированием этана получается этилен, на основе которого осуществляется много разнообразных синтезов.
Газовый бензин содержит летучие жидкие углеводороды, которые применяются как добавка к бензинам для лучшего их воспламенения при запуске двигателя.
Пропан и бутан в сжиженном состоянии широко используется в качестве горючего в быту и в автомобильном транспорте.
Сухой газ, по составу сходный с природным, используется для получения ацетилена, водорода и других веществ, а также в качестве топлива.
Характерные особенности неона (аргона):
1) эти газы получаются из воздуха путем его разделения при глубоком охлаждении;
2) неон и аргон имеют широкое применение: а) они применяются для заполнения ламп накаливания; б) ими заполняют газосветные трубки.
Общая характеристика природных газов:
1) главную подгруппу восьмой группы периодической системы составляют газы: а) гелий; б) неон; в) аргон; г) криптон;
2) эти элементы характеризуются очень низкой химической активностью, что дало основание называть их инертными газами.
Характерные особенности газов: а) они с трудом образуют соединения с другими элементами или веществами; б) атомы газов не соединены в молекулы, их молекулы одноатомны; в) газы заканчивают собой каждый период системы элементов; г) атомы природных газов характеризуются высокими значениями энергии ионизации и, как правило, отрицательными значениями энергии средства к электрону; д) температуры сжижения и затвердевания благородных газов тем ниже, чем меньше их атомные массы или порядковые номера: самая низкая температура сжижения у гелия, самая высокая – у радона.
Обычно чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.
Состав природного газа различных месторождений неодинаков.
Производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами (ОН), называют предельными спиртами или алкоголями. Общая формула R-OH.
Спирты классифицируются: 1) по строению углеводородного радикала различают: а) спирты алифатического (жирного ряда), Аlk-ОН; б) ароматические, которые разделяются на фенолы Аr-OH и жирноароматические спирты Ar(CH2)n-OH; 2) по числу гидроксилов спирты бывают одно-, двух– и многоатомные. Например: а) одноатомные спирты СН3-ОН (метанол); б) двухатомный спирт HO-CH2-CH2OH (этандиол); в) трехатомный спирт НОСН2-СНОН-СН2ОН (глицерин).
В зависимости от характера углеродного атома, при котором находится гидроксил, различают первичные, вторичные и третичные спирты.
1) R-CH2-OH, или Аr-СН2-ОН, – первичный спирт;
2)
– вторичный спирт;
3)
– третичный спирт.
Изомерия и номенклатура.
Изомерия спиртов зависит от строения углеводородной цепи и положения гидроксила в цепи. Спирты часто называют по радикально-спиртовой и систематической (ИЮПАК) номенклатуре.
При названии спирта по радикально-спиртовой номенклатуре в основе лежит название соответствующего углеводородного радикала, связанного с гидроксилом, с прибавлением окончания – овый спирт. Например: 1) СН3-ОН – метиловый спирт (древесный); 2) С2Н5-ОН – этиловый спирт; 3) н-С4Н9ОН – бутиловый спирт;
4)
– трет-бутиловый спирт.
В основе названия спирта по ИЮПАК лежит наименование углеводорода самой длинной углеводородной цепи, наличие же гидроксильной группы указывается окончанием – ол, с цифрой за ним, указывающей номер атома углерода, при котором стоит гидроксил. При этом углеродная цепь нумеруются таким образом, чтобы гидроксил имел наименьший номер:
