Приложение и производство на наситени въглеводороди
Алифатни наситени въглеводороди и тяхната структура
Частиците, които имат несдвоени електрони и следователно имат неизползвани валенции, се наричат свободни радикали.
От гореизложеното се вижда, че реакцията на метан с хлор протича по механизма на свободните радикали. Метиловият радикал (който има много висока реактивност) реагира с друга хлорна молекула, разкъсва връзките между атомите в нея и отделя свободните хлорни атоми с несдвоени електрони. Така се раждат нови химически активни частици, които предизвикват по-нататъшни трансформации.
Реакциите, водещи до верига от последователни трансформации, се наричат верижни реакции.
Етан, пропан и други наситени въглеводороди реагират по подобен начин с хлора. Получените вещества се наричат производни на хлора (в общия случай халогенопроизводни). Много от тях се използват като разтворители. Тъй като наситените въглеводороди реагират с халогени само при повишени температури или под въздействието на светлина, те не обезцветяват бромната вода при обикновени температури.
Всички наситени въглеводороди изгарят, образувайки въглероден оксид (IV) и вода. Метанът гори с безцветен пламък с отделяне на топлина:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 880 kJ
Смес от метан с въздух (със съдържание на метан от 5 до 15 обемни процента) при запалване изгаря с експлозия. Експлозия може да възникне и в смеси от други наситени въглеводороди с въздух. Следователно смесите от метан, етан, пропан и бутан с въздух са много опасни. Понякога могат да се образуват в мини за каменни въглища, фабрични котли, работилници и жилищни райони.
При силно нагряване (над 1000 ° C) без достъп на въздух, наситените въглеводороди се разлагат:
Ако метанът се нагрее до по-висока температура (1500 ° C), тогава реакцията протича, както следва:
2CH4 → H - C \u003d C - H + ZH2
Тази реакция на дехидрогениране (елиминиране на водород) е от голямо промишлено значение, както и дехидрогенирането на други наситени въглеводороди, включително C2H6 етан:
Въглеводородите с нормална структура под въздействието на катализатори и при нагряване претърпяват реакции на изомеризация и се превръщат в разклонени въглеводороди:
Използването на метан е много разнообразно. Под формата на природен газ метанът се използва широко като гориво.
Хлорните производни на метана също са от голямо практическо значение. Дихлорометан CH2C12, трихлорометан (хлороформ) CHC13, въглероден тетрахлорид (тетра-въглероден хлорид) CC14, 1,2-дихлороетан C1CH2CH2C1 са течности, които се използват като разтворители. Трихлорометан (хлороформ) и трийодометан (йодоформ) се използват в медицината. Тъй като тетрахлоридът по време на изпаряване образува тежки пари, които изолират горящия обект от достъпа на атмосферен кислород, той се използва за гасене на пожари [3].
4. Приложение и производство на наситени въглеводороди
Използването на въглеводороди. Високата калоричност на въглеводородите определя използването им като гориво. Метанът в състава на природния газ се използва все повече в бита и в производството. Използването на пропан и бутан под формата на "втечнен газ" стана широко разпространено, особено в онези райони, където няма доставка на природен газ. Течните въглеводороди се използват като гориво за двигатели с вътрешно горене в автомобили, самолети и др.
Като изключително достъпен въглеводород, метанът все повече се използва като химическа суровина.
Реакциите на горене и разлагане на метана се използват впроизводството на сажди, които се използват за получаване на печатарско мастило и каучукови изделия от каучук. За целта в специални пещи заедно с метана се подава такова количество въздух, че да се изгори само част от газа. Под действието на високата температура, която се развива при горенето, другата част се разлага, образувайки фино диспергирани сажди.
Метанът е основният източник на производство на водород в промишлеността за синтез на амоняк и редица органични съединения. Най-разпространеният начин за получаване на водород от метан е взаимодействието му с водни пари. Реакцията се провежда в тръбни пещи при температура около 400°C, налягане 2-3 MPa, в присъствието на алуминиево-никелов катализатор:
CH4 + H2O - > 3H2 + CO
За някои синтези се използва директно образувана смес от газове. Ако за следващите процеси е необходим чист водород (както в случая с производството на амоняк), въглеродният оксид (II) се окислява с водна пара с помощта на катализатори.
Хлорните производни на метана се получават чрез реакцията на хлориране. Всички те имат практическо приложение.
Хлорометан CH3Cl - газ. Като вещество, което лесно преминава в течно състояние и поглъща голямо количество топлина при последващо изпарение, се използва като хладилен агент в хладилни агрегати.
Дихлорометан CH2Cl2, трихлорометан (хлороформ) CHCl3 и въглероден тетрахлорид CCl4 са течности; те се използват като разтворители. Тетрахлоридът се използва и за гасене на пожар (особено в случаите, когато не може да се използва вода), тъй като тежките незапалими пари на това вещество, образувани по време на изпаряването на течност, бързо изолират горящия обект от атмосферния кислород.
Когато метанът се хлорира, се образува много хлороводород. При разтварянето му във вода се получава солна киселина.
Напоследък се получава метанацетилен, необходим за синтеза на много органични вещества.
Разклонените въглеводороди се получават от хомолози на метан в реакцията на изомеризация. Използват се в производството на каучуци и висококачествени бензини. Висшите въглеводороди служат като изходни материали за производството на синтетични детергенти.
Чрез химическа обработка наситените въглеводороди често се превръщат в ненаситени въглеводороди, които са химически по-активни, от които се синтезират множество органични вещества.
Получаване на въглеводороди. Пределните въглеводороди се намират в големи количества в природния газ и нефта. От тези природни източници и ги извличайте за използване като гориво и химически суровини.
От теоретична гледна точка реакцията на синтеза на метан е интересна, тъй като показва възможността за преход от прости вещества към органични съединения. Реакцията протича чрез нагряване на въглерод с водород в присъствието на никелов прах като катализатор:
Сравнявайки тази реакция с термичното разлагане на метана, трябва да заключим, че тя е обратима.
Като вземем предвид топлинния ефект на реакцията, можем да напишем следното уравнение:
C + 2H2 CH4 + 75 kJ
Въз основа на това уравнение е възможно да се направи предположение за това кои условия допринасят за изместването на равновесието към производството на метан и кои ще предизвикат неговото разлагане.
Тъй като синтезът на метан е екзотермична реакция, силното нагряване няма да увеличи добива на продукта; равновесието ще се измести в посока на образуване на изходните вещества. При слабо нагряване скоростта на образуване на метан ще бъде недостатъчна. Следователно оптималната температура за синтез на метан е приблизително 500°C, а разлагането му изисква температура над 1000°C.