Способи отримання алканів
Найважливішими природними джерелами граничних вуглеводнів є корисні копалини – нафту і газ. Зазвичай вони виявляються разом в нафтоносних шарах, розташованих між шарами гірських порід.
Питання про природних джерелах вуглеводнів – благодатний матеріал для міжпредметних зв’язків. Чому б не “поекзаменовать” хлопців з географії? В даний час природний газ і сира нафта видобувається на всіх континентах, окрім Антарктиди. Яких? (Південна і Північна Америка, Євразія, Африка, Австралія). Найбільшими постачальниками природного газу на світовий ринок є Росія, Алжир, Іран, США. Лідерами з видобутку нафти є Росія, Саудівська Аравія, Кувейт, Іран, Азербайджан. В якості цікавого матеріалу вчитель може повідомити хлопцям наступне.
Поклади сирої нафти і газу виникли 100-200 мільйонів років тому в товщі Землі. Походження нафти – одна з таємних таємниць природи. Свої “за” і “проти” наводять прихильники неорганічної теорії її походження, якої дотримувався знаменитий Д. І. Менделєєв. Більшість же вчених схиляється до органічної теорії, біля витоків якої стояли видатні російські вчені М. В. Ломоносов і М. Д. Зелінський.
Сучасна наука має вагомі докази того, що в доісторичні часи мікроскопічні морські рослини і тварини виявилися включеними в осадові породи, що утворилися на дні моря. В результаті все більш глибокого поховання під товщею осадових порід органічні речовини зазнали впливу високих температур і тиску, що призвело до їх термічного розкладання і утворення нафти і газу.
Нафта відома людству з давніх часів. На березі Євфрату вона добувалася 6-7 тис. Років до н. е. Використовувалася вона для освітлення жител, для приготування будівельних розчинів, як ліків і мазей, при бальзамуванні. Нафта в стародавньому світі була грізною зброєю: вогненні ріки лилися на голови штурмують кріпосні стіни, палаючі стріли, змочені в нафти, летіли в обложені міста. Нафта була складовою частиною запального кошти, що увійшов в історію під назвою “грецького вогню”. У середні століття вона використовувалася головним чином для освітлення вулиць.
На початку XIX ст. в Росії з нафти шляхом перегонки було отримано освітлювальне масло, назване гасом, який використовувався в лампах, винайдених в середині XIX ст. У той же період у зв’язку із зростанням промисловості і появою парових машин став зростати попит на нафту, як джерело мастильних речовин. Впровадження в кінці 60-х рр. минулого століття буріння нафтових свердловин вважається зародженням нафтової промисловості.
На рубежі XIX-XX ст. були винайдені бензиновий і дизельний двигуни. Це призвело до бурхливого розвитку видобутку нафти та її переробки.
Нафта – це “згусток енергії”. За допомогою всього лише 1 мл її можна нагріти на один градус ціле відро води, а для того щоб закип’ятити відерний самовар, потрібно менше половини склянки нафти. За концентрації енергії в одиниці об’єму нафту посідає перше місце серед природних речовин. Навіть радіоактивні руди не можуть конкурувати з нею в цьому відношенні, т. К. Вміст у них радіоактивних речовин настільки мало, що для вилучення 1 мг ядерного палива треба переробити тонни гірських порід.
Нафта – це не тільки основа паливно-енергетичного комплексу будь-якої держави. Учитель нагадує хлопцям знамениті слова Д. І. Менделєєва: “Топити можна і асигнаціями!” В кожній краплі нафти міститься більше 900 різних хімічних сполук, більше половини хімічних елементів Періодичної системи. Це справді диво природи, основа нафтохімічної промисловості. Приблизно 90% всієї видобутої нафти використовується як паливо. Незважаючи на “свої 10%”, нафтохімічний синтез забезпечує отримання багатьох тисяч органічних сполук, які задовольняють насущні потреби сучасного суспільства. Недарма люди шанобливо називають нафту “чорним золотом”, “кров’ю Землі”.
У промисловості, техніці й побуті індивідуальні (хімічно чисті) вуглеводні використовуються нечасто. Цілком достатньо мати суміш алканів, близьких за молекулярною масою. Наприклад, природний газ головним чином складається з метану (88-95%), етану (3-8%), пропану (0,7-2%) і бутану (0,2-0,7%) з домішкою неорганічних газів. Для отримання практично цінних речовин з нафти її піддають ректифікації – поділу на фракції, що докладно описано в підручнику. Фракція – це суміш речовин, температури кипіння яких знаходяться в певному заданому інтервалі.
Переходячи до розгляду процесів промислової переробки нафтопродуктів, вчитель починає з повідомлення про те, що найбільш цінною фракцією прямої перегонки нафти є бензин. Однак вихід цієї фракції не перевищує 17-20% від маси сирої нафти. Виникає проблема: як задовольнити всі зростаючі потреби суспільства в автомобільному та авіаційному паливі? Рішення було знайдено в кінці XIX ст. російським інженером Володимиром Григоровичем Шуховим. У 1891 р він вперше здійснив промисловий крекінг гасової фракції нафти, що дозволило збільшити вихід бензину до 65-70% (у розрахунку на сиру нафту)! Тільки за розробку процесу термічного крекінгу нафтопродуктів вдячне людство золотими літерами вписав ім’я цієї унікальної людини в історію цивілізації. Однак мало хто знає, що Шуховим в Саратові були створені річкові наливні баржі для перевезення нафти. Ці судна вперше в світі збиралися з окремих секцій, що дозволяло спускати їх зі стапелів в дуже короткий термін. Для завантаження і розвантаження баржі В. Г. Шухов використав не мускульну силу, як було доти, а парові насоси. На бакинських нафтових промислах Володимир Григорович винайшов перший трубопровід для перекачування нафти з підігрівом, це дозволило уникнути кристалізації парафіну на стінках труб і освіти парафінових пробок.
Процес ізомеризації алканів нормальної будови називається також риформингом. Він має дуже велике значення для підвищення якості бензинової фракції, одержуваної після первинної перегонки сирої нафти. Каталітична ізомеризація протікає по іонному механізму.
Учитель завершує розгляд промислових способів отримання алканів проблемною ситуацією. Видобуток і споживання нафти вже давно перетворилися з суто економічного питання в особливу форму міждержавних політичних відносин. Здавалося б, нафтовидобувним країнам економічно вигідно нарощування видобутку та продажу нафти. Однак у цьому випадку ціни на сировину впадуть і замість прибутку будуть приносити збитки. Кожна держава має певну квоту на обсяг продажу “чорного золота”, яка є предметом найгострішої боротьби найбільших нафтових монополій і провідних промислово розвинених країн.
Разом з тим видобуток і споживання нафти щорічно збільшується в середньому на 8%. За оцінками фахівців розвіданих запасів вистачить тільки на найближчі 50-70 років. Чи не можна використовувати сучасні рослинні і тваринні залишки для виробництва якщо не нафти, то хоча б газу (він називається біогазом)? Виявляється, це цілком можливо і вже в значних масштабах використовується в багатьох країнах, що розвиваються (Індія, Китай). На заводах з виробництва біогазу в якості сировини використовуються відходи тваринного і рослинного походження, які перегнивають в генераторах під дією анаеробних бактерій (рис. 4). Подібно природному газу, біогаз складається головним чином з метану. Його можна використовувати безпосередньо для опалення осель, приготування їжі або отримання електроенергії за допомогою електрогенератора. Залишки рослинних і тваринних відходів після отримання біогазу можуть використовуватися в якості високоефективних екологічно чистих добрив, т. К. Містять значну кількість пов’язаного азоту.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)