Структурная формула бензина: ✅ Химическая формула бензина 92

Содержание

Парафин — Что такое Парафин?

Парафин – это воскоподобная смесь предельных углеводородов (алканов) преимущественно нормального – линейного строения и состава от С18Н38 (октадекан) до С35Н72 (пентатриоконтан).

Название «парафин» происходит от латинского parum («едва», «мало») + affinis («родственный»), что означает «отсутствие сродства» или «отсутствие реактивности» и обозначает нереактивную природу парафина.

Парафин получают главным образом из нефти.
Поэтому его 2е название – нефтяной парафин.

Химическая формула парафина – Cnh3n+2, где значение n = от 18 до 35.

В зависимости от степени очистки парафин имеет белый цвет (высокоочищенный и очищенный парафин), либо слегка желтоватый и от светло-желтого к светло-коричневому цвету (неочищенный парафин).

Парафин не растворяется в воде, однако, хорошо растворим в значительном количестве органических растворителей (в легком бензине, бензоле, ацетоне, хлороформе, этиловом эфире, сероуглероде, дихлорэтане, в кипящем этиловом спирте и пр.), в нефтепродуктах (при нагревании) и минеральных маслах (при нагревании).

Главные свойства:

  • водонепроницаем. Так, бумага, пропитанная парафином, часто применяется для упаковки продуктов. Бумага, пропитанная парафином, водоустойчива и гидрофобна. Вода не только не проникает сквозь нее, но даже и не смачивает ее. Если вода попадает на такую бумагу, она остается на ее поверхности и легко может быть стерта тряпкой. Из парафинированного картона изготавливают пакеты для молока;
  • горюч. Пожароопасен. При нагревании выше 90°С парафин на воздухе начинает интенсивно парить без кипения. Плотные пары парафина нагретые до 120-150°С при контакте с воздухом самовоспламеняются;
  • является хорошим электрическим изолятором.
Свойства парафина значительно изменяются в зависимости от содержания в нем легких углеводородов, непредельных соединений, смолистых веществ, различных механических и др. примесей.
Эти примеси придают парафину желтый цвет, снижают его твердость, уменьшают температуру плавления.

В зависимости от того, в каких соотношениях в составе парафина находятся тяжелые и легкие углеводороды, он может находиться в разных агрегатных состояниях: жидком и твердом.

Особенности производства биодизеля. Cleandex

Биодизель является альтернативным видом топлива для дизельных двигателей.

Биодизель (дизельное биотопливо) представляет собой сложный метиловый эфир с качеством дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения и используемый в качестве биотоплива. Химическая формула – С13Н24.

Технология производства

Механизм получения биодизеля заключается в проведении реакции этерификации – взаимодействия жирных кислот с метиловым спиртом в присутствии катализатора (щелочного или кислотного).

Соотношение растительного масла и метанола составляет приблизительно 9:1.

Рисунок. Технология производства биодизеля 

 

Реакция начинается медленно и в зависимости от перемешивания занимает всего 3–6 минут. Чтобы получить хороший выход биодизеля ее необходимо провести дважды. Затем все это декантируется: глицерин – на дне, и верхняя фракция – эфир – передается на вторую стадию реакции. Снова простое смешивание с метанолом и катализатором в течение нескольких минут завершит процесс этерификации, и второй статический декантер разделит фракции глицерина и эфира.

Реакция идет при любой температуре, т. е. диапазон от 20 oС до 90 oС является приемлемым. Каждые 10 oС удваивают скорость реакции, некоторые источники рекомендуют температуру 55 oС для повышенной безопасности процесса, так как метанол закипает при 65 oС.

Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.

Сырье

Для производства биодизеля подходят любые

растительные масла, твердые масла животного происхождения, отходы масложирового производства или скотобоен.

В качестве растительных масел могут использоваться подсолнечное, рапсовое, льняное и др. В зависимости от используемого сырья качественные показатели биотоплива разнятся. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но быстро замерзает при относительно высоких температурах. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод.

Таблица. Объем производства растительного масла с 1 га некоторых сельхозкультур

Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла – 96%.

По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник.

Различают рапс двух сортов – озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов – 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях – 40–50%.

Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10–15 ц с га. 

Организация производства

Производство биодизеля отличается более простой в сравнении с биоэтанолом технологической цепочкой. В результате некоторые фермерские хозяйства имеют пару бочек для проведения химических реакций между растительным маслом и метиловым спиртом в качестве эксперимента. В процессе производства биодизеля на каждый его галлон требуется затратить 0.083 кВт/ч электроэнергии и 10 Ккал тепловой энергии, получаемой от сжигания природного газа.

Оценку основных параметров организации производства биодизеля можно провести на примере испанского завода:

Мощность: 21 000 м3 биодизеля в год 
Инвестиции: 8.2 млн евро 
Персонал: 18 человек 
Территория: 6 000 м2 (здания — 2,300 м2) 
Число реакторов: 3 
Сырье: соевое масло, пальмовое масло 
Хранение масла: 300 м3 
Емкости для метанола: 60 м3 
Емкости для готового биодизеля (B100): 400 м3 
Емкости для глицерина: 100 м3

По экспертным оценкам, стоимость строительства заводов по производству биодизеля – от 0.2 до 0.5 доллара на литр мощности.

При организации производства биодизеля — дополнительную прибыль можно получить от реализации получаемого глицерина.

 

Более подробная информация об особенностях производства биодизеля в условиях российского рынка представлена в отчете «Маркетинговое исследование рынка биотоплива» 

Источник: Cleandex.ru/Research.Techart

Бензалкония хлорид

Бензалкония хлорид (алкилдиметилбензиламмония хлорид) — 80% водный раствор, относится к катионным поверхностно-активным веществам и представляет собой четвертичную аммониевую соль – смесь алкилдиметилбензиламмоний хлоридов, где алкил – смесь нормальных алкильных радикалов С10 — С18 и С12 – С14.

Синонимы Benzalkonium chloride;
Benzyl-Lauryl dimethl ammoniumchloride;
алкилдиметилбензиламмония хлорид;
CAS № 8001-54-5
Производство Китай
Химическая формула 6Н5)(CH3)2(CnH2n-1)NCl

О продукте:

Агрегатное состояние продукта: жидкость.

Цвет продукта: бесцветная субстанция, может также обладать слабым желтоватым оттенком.

Запах продукта: подобен запаху спирта.

Токсичность: низкая.

Бензалкония хлорид хорошо растворяется в воде вне зависимости от тяжести воды, что существенно расширяет спектр потенциальных возможностей использования продукта. В дополнение к низким показателям по токсичности, бензалкония хлорид так же не накапливает её, что доказано на основе проведения сравнительных тестов на предмет эко- и био-воздействия химических очищающих средств.

Бензалкония хлорид не вызывает эффекта вторичного загрязнения за счет абсорбции первоначального загрязнителя в момент проведения мероприятий очистки.

Бензалкония хлорид не теряет своих биоцидных свойств при применении в агрессивных кислых и щелочных средах.

Следует избегать применения Бензалкония хлорида с хлорфенолами в виду несовместимости исходных препаратов и возможного вредоносного фактора конечного продукта.

Применение Бензалкония хлорида:

  • Используется для дезинфекции материалов и поверхностей, включая медицинские помещения и медицинский инвентарь.
  • Применяется для стерилизации общего хирургического инструмента и хирургических инструментов тонкой настройки.
  • Применяется в стоматологических кабинетах для обработки материалов и инструментов для проведения лечебных мероприятий.
  • Применяется с целью проведения уборок общей и генеральной направленностей с целью улучшения общего санитарного состояния обработанных помещений, включая помещения коммунального пользования, а также транспортно-железнодорожные линии и подвижной состав.
  • Используется в древесной промышленности, как ингредиент для обработки деревянных конструкций с целью предотвращения процессов деградации.
  • Применяется в составе бактерицидов для проведения мероприятий по противостоянию заражения бактериями, включая грамположительные, так и грамотрицательные подгруппы.
  • Используется в составе фунгицидных средств для борьбы с распространением внутрибольничных инфекций и общего заражения помещений спорными и грибковыми болезнями.
  • Является одним из лучших альгицидов представленных на российском рынке и потому повсеместно применяется в системах водоснабжения для контроля за цветением воды, размножением водорослей, а также как альтернативу хлорным соединениям в виду отсутствия у бензалкония хлорида способности к вторичному загрязнению, столь распространенному у хлора.

Физико-химические характеристики Бензалкония хлорида:

Наименование показателя Требования
Физическое состояние Жидкость
Цвет От бесцветного до бледно-желтого
Запах Слабый
рН 6-8 (1% Водного раствора)
Температура кипения 65°С
Относительная плотность 0,78 — 0,8 г/см3 при 20°С
Растворимость в воде смешиваем/растворим (во всех пропорциях)
Растворимость в органических растворителях Растворим в органических полярных растворителях

Условия хранения и транспортировки.

Бензалкония хлорид следует беречь от тепла, искр и пламени. Хранить в прохладном, хорошо вентилируемом месте, держать в плотно закрытой таре.

Использовать при достаточной вентиляции. Во избежание пожара или взрыва, снятия статического электричества в процессе перегрузки путем заземления и скрепления контейнеров и оборудование перед передачей материала. Использовать взрывобезопасное электрическое оборудование (вентиляция, освещение и погрузочно-разгрузочное оборудование).

Керосин. Состав и формула керосина. Получение керосина. История керосина

24.05.2018

Керосин – прозрачное вещество с масляной структурой, прозрачного или светлого, желтоватого цвета. Получают субстанцию при разделении многокомпонентных составляющих ректификацией или при прямой перегонке нефти. Горючая смесь жидких углеродов имеет t° кипения от +150°C до +250°C. Благодаря свойствам нефтепродукта и его характеристикам, купить керосин можно для обслуживания авто и авиатехники, а также приборов освещения и многого другого.

Название керосин произошло от древнегреческого «Κηρός», что означает воск


История распространения керосина в России

Формула керосина, его плотность, горючесть и прочие характеристики позволили заменить светильный газ и всевозможные жиры. Его начали активно использовать еще в XIX веке. Это привело к увеличению спроса на нефть, а керосиновый промысел повлиял на усовершенствование методов добычи и увеличение объемов потребления черного золота.

Востребованность керосина резко возросла с появлением примуса и керосинки, которые применялись повсеместно для приготовления еды

В начале ХХ века сельхозтехнику с карбюраторными и дизельными двигателями стали заправлять керосином. Но это вызывало некоторые сложности.

Октановое число керосина ниже 40 единиц, а испаряемость хуже, чем у бензина, поэтому запуск холодного двигателя был весьма затруднителен. В связи с этим машины оборудовались дополнительным небольшим бензобаком.

Масса керосина, расходуемого автотехникой в качестве топлива, была высока, и вскоре его вытеснил бензин и солярка.

Популярность керосина возобновилась в середине ХХ века, с развитием авиационной и ракетной отрасли


Способ получения керосина

Независимо от того, как обрабатывается нефть (прямая перегонка или ректификация), сначала субстанция фильтруется от воды, неорганичных примесей и т.д. При доведении жидкости до определенных температур вскипают и выделяются различные фракции:

  • До 250°C – лигроиновые и бензиновые.
  • От 250°C до 315°C – керосиново-газойлевые.
  • От 300°C до 350°C – масляные (соляровые).

По ГОСТ 12.1.007-76 класс опасности керосина – 4, что стоит учитывать при его производстве, перевозке и использовании. Жидкость легко воспламеняется, а ее пары при взаимодействии с воздухом образуют взрывоопасные смеси.

Керосин, при попадании в глаза и на кожный покров может вызывать раздражение


Состав керосина

Состав керосина во многом зависит от химкомпонентов и методик переработки нефтепродукта. Кроме примесей кислородных, азотистых и сернистых соединений в нем содержатся углеводороды:

Вид

Процентное соотношение

Предельные

От 20 до 60

Непредельные

До 2

Бициклические

От 5 до 25

Нафтеновые

От 20 до 50

РО керосина и прочие его характеристики могут варьироваться. При +20°C показатели следующие:

  • Плотность от 0,78 до ,85 г/см³.
  • Вязкость от 1,2 до 4,5 мм²/с.

Температура вспышки от +28 до +72°C, тогда как температура самовоспламенения может достигать +400°С. Плотность керосина, как и другие показатели, изменяются с градацией термопоказателей и прочих условий.

В среднем плотность керосина составляет 0.800 кг/м3·


Для чего применяется керосин

Как один из самых распространенных нефтепродуктов, керосин применение нашел в различных сферах. Сырье может подходить для создания:

  • Топлива реактивных агрегатов.
  • Добавок в топливо для ракет.
  • Горючего для оборудования обжига.
  • Заправки бытовой техники.
  • Недорогих растворителей.
  • Альтернативы зимнему и арктическому дизелю.

Как в прошлом, так и в современности, качественный осветительный керосин широко применим. Его можно встретить на производстве в цехах, домашних мастерских и т.д. Стоит помнить, что при эксплуатации нужно соблюдать меры предосторожности.

Основные показатели керосина осветительной марки


Керосин (ГОСТ 18499-73) разработан для технических целей – с его помощью чистят и смазывают механизмы, удаляют ржавчину и т.д. Разные типы вещества подходят для пропитки кожи, проведения файер-шоу и большого числа других задач.

В народной медицине допустимо лечение керосином различных болезней. Чаще всего он используется для выведения вшей. В различных дозах, с определенными примесями и способами применения его рекомендуют для профилактики болезней:

  • Желудочно-кишечного тракта.
  • Нервной системы.
  • Сердечно-сосудистой системы.
  • Легких и т.д.

Керосин стал основой для растирок, примочек и других процедур в народной медицине


Основные разновидности керосина

Керосин можно разделить на категории по содержанию фракций и сфере применения. Выделяют четыре основные группы:

1. Технический

Технический керосин подходит для создания пропиленов, этиленов и прочих углеводородов. Очень часто вещество выполняет функцию растворителей для промывки сложных деталей разных форм и размеров. Также сырье можно применять как топливо для цехового оборудования.

Согласно положениям ГОСТа в технических керосинах допустимо содержание ароматических углеводородов не более семи процентов

2. Ракетный

Удельная теплота сгорания керосина способствует образованию обратной тяги в количестве, необходимом для функционирования ракетных аппаратов. В нем незначительное число примесей, благодаря чему сырье считается наиболее чистым. Среди особенностей можно выделить:

  • Минимальное содержание серных образований.
  • Отличные противоизносные характеристики.
  • Химическую стабильность.
  • Стойкость к термоокислению.

Ракетный керосин выгодно отличается длительным хранением в закрытых емкостях, срок достигает десяти лет


3. Авиационный

Авиационный керосин может быть использован для смазки и заправки летной техники. Кроме того, он служит хладагентом в теплообменниках. Субстанция обладает высокими противоизносными и низкотемпературными качествами.

Диэлектрическая проницаемость керосина составляет 1,8-2,1(ε). Данный показатель демонстрирует, во сколько раз сила взаимодействия двух электрозарядов в обычной среде меньше, чем в вакууме.

Авиационный керосин делится на пять марок – РТ, ТС–1, Т–1 , Т– 1С, Т–2  


4. Осветительный

Температура горения керосина для освещения составляет от +35°С до +75°С. Качественное сырье характеризуется сгоранием без нагара и копоти, при этом обеспечивает достаточную силу света. Также данный подвид нефтепродуктов может стать альтернативой недорогим растворителям.

Чем больше в осветительном керосине парафиновых углеводородов, тем выше качество вещества


Какой состав и характеристики керосина разных марок узнать подробнее можно на сайте ТК «АМОКС». Звоните, специалисты компании расскажут о нефтепродуктах и помогут подобрать оптимальный тип топлива, в соответствии с вашими требованиями!

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!


Фракционирование бензина с целью улучшения его качества Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БЕНЗИНА С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ЕГО КАЧЕСТВА

Махмудов Мухтор Жамолович

доктор философии (PhD), Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, Бухараская область, г. Бухара Е-mail: [email protected]

Наубеев Темирбек Хасетуллаевич

канд. хим. наук,

Каракалпакский государственный университет, Республика Каракалпакстан, г. Нукус Е-mail: timan05mail.ru

Сапашов Икрамжон Яумытбаевич

ассистент,

Каракалпакский государственный университет, Республика Каракалпакстан, г. Нукус Е-mail: sapashov85mail.ru

Бектурганова Сарбиназ Суханбердиева

ассистент,

Каракалпакский государственный университет, Республика Каракалпакстан, г. Нукус

FRACTIONATION OF GASOLINE TO IMPROVE ITS QUALITY

Makhmudov Mukhtor Jamolovich

Doctor of Philosophy (PhD), Bukhara Engineering Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara region, Bukhara

Naubeev Temirbek Khasetullaevich

cand. chem. sciences, Karakalpak State University Republic of Karakalpakstan, Nukus

Sapashov Ikramjan Yaumytbaevich

Assistant, Karakalpak State University Republic of Karakalpakstan, Nukus

Bekturganova Sarbinaz Suxanberdievna

Assistant, Karakalpak State University Republic of Karakalpakstan, Nukus

АННОТАЦИЯ

С целью улучшения качества автобензина АИ-80 и соответствия его нормам Евро-5 разработан способ уменьшения количества бензола до требуемых норм адсорбционным методом. В качестве адсорбента использован синтетический цеолит NaX

ABSTRACT

With the aim of improving the quality of benzine AI-80 and bring it into compliance with Euro-5 a method is developed for reducing the amount of benzene to the required norms adsorption method. As the adsorbent was used a synthetic zeolite NaX

Ключевые слова: фракционирования, перегонка, бензин, фракционный состав, ароматические углеводороды. Keywords: fractionation, distillation, benzine, fractional composition, aromatic hydrocarbons.

Библиографическое описание: Фракционирование бензина с целью улучшения его качества // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Махмудов М.Ж. [и др.]. 2020. № 7(73). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/9855 (дата обращения: 05.07.2020).

Автомобильный транспорт является основным потребителем светлых нефтепродуктов. Если мировое потребление моторных топлив составляет около 1,75 млрд. т/год, то на долю автомобильных бензинов приходится более 800 млн. т/год [1].

Постоянный рост автомобильного парка привел к тому, что основная доля вредных выбросов в окружающую среду крупных городов приходится на автотранспорт.590 (табл. 1).

Таблица 1.

Новые требования к качеству бензинов

Показатели Требования

Евро-2 1995 г. Евро-3 2000 г. Евро-4 2005 г. Евро-5 2009 г.

Содержание бензола, не более, % 5,0 1,0 1,0 1,0

Содержание серы, % 0,05 0,015 0,005 0,001

Содержание ароматических углеводородов, % — 42 35 35

Содержание олефиновых углеводородов, % — 18 14 14

Содержание кислорода, % — 2,3 2,7 2,7

Фракционный состав, %:

до 100°С перегоняется, не менее — 46 46 46

до 150°С перегоняется, не менее — 75 75 75

Давление насыщенных паров, кПа, не более — лето 70 зима 90 лето 70 зима 90 лето 70 зима 90

Ранее нами выполнена работа, где количество ароматических углеводородов в бензине АИ-80 снижено с подбором селективных адсорбентов до норм Евростандартов 4 и 5 [3,4].

Объектом исследования был местный автомобильный бензин АИ-80 (А-80). Он не значится в мировой классификации топлив из-за своего низкого качества.

Из таблицы 1 видно, что содержание ароматических углеводородов в автобензине не должно перевыщать 35% масс., а бензола — не более 1% об. Анализ имеющихся данных показывает, что склонность автомобильных бензинов к нагарообразованию зависит, главным образом, от содержания в них ароматических углеводородов.

Возможно сочетание нескольких вариантов, исходя из особенностей НПЗ, наличия сырья, концепции переработки и интеграции с химическим производством.

Характеристика

Согласно требованиям Евро-4 и Евро-5 суммарное содержание ароматических углеводородов не должно превышать 35% об. По данным Хайитова Р.Р. адсорбцией на специально модифицированном адсорбенты на основе АИ-80 получен бензин отвечающий требованиям Евростандарта-5 [3].

Согласно поставленной цели нами в бензине АИ-80 путем фракционной перегонки отогнана низкокипящая фракция (н.к.-120оС), где содержатся бензол. Хотя температура кипения бензола 80оС, перегнано до 120оС, т. к. учитывалась его упругность паров. Данные представлены в табл. 2.

Адсорбционно — криоскопическим методом (разработка ИОНХ АН РУз) [6] определено содержание общей суммы ароматических углеводородов первой фракции, которое равно 30,23%, в том числе содержание бензола 7,2%.

Таблица 2.

й фракции автобензина АИ-80

№ Фракция Количество, мл Показатель преломления Плотность, г/см3

1. Бензин АИ-80 100 1,4632 0,770

2. Фракция н.к. — 120оС 62,7 1,4550 0,741

3. Остаток в колбе 34,7 1,4750 0,799

4. Потери 2,6 — —

Для подбора соответствующего сорбента с целью выделения суммы ароматических углеводородов из этой фракции рассчитаны размеры молекул ароматических углеводороды по моделям Бриглеба-Стюарта-Дрейдинга, которые могут встречаться во

Размеры молекул

фракции бензина н.к. — 120оС [7]. В таблице также приводится физико — химическая характеристика метилбензола (толуола), температура кипения его 114оС, поэтому возможно присутствие которого во фракции н.к. — 120оС. Результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3.

еских углеводородов

№ Молекулы ароматических углеводородов Структурная формула Размеры, нм

ширина длина

1 Бензол 0,65 0,65

2 Метилбензол (толуол) ifVh4 0,65 0,82

В связи с этим для выделения всей суммы ароматических углеводородов 1-ой фракции использовали синтетический цеолит NaX, критический диаметр которого соответствует размерам молекул ароматических углеводородов низшей фракции.

Для характеристика сорбционной емкости синтетического цеолита NaX определяли её по адсорбции бензола в динамических условиях из жидкой

фазы. Было установлена, что его емкость составляет 9,16 г бензола на 100 г сорбента. Следует отметить, что синтетический цеолит может использоваться в процессах адсорбции-десорбции до 8-ми циклов.

Групповой углеводородный состав бензина АИ-80 и низшей фракции, определенных адсорбционно-криоскопическим методам (разработка ИОНХ АН РУз) [7] дан в таблице 4.

Таблица 4.

Содержание углеводородов в бензине и низшей фракции

Содержание углеводородов, % масс.

№ Наименование образцов ароматических н-парафиновых изо-парафиновых+ нафтеновых

1 Бензин АИ-80 48,78 26,82 24,4

2 Фракция н.к. — 120оС 30,23 9,30 13,9

3 Остаток в колбе 18,55 17,52 10,5

Как следует из приведенных данных, в самом бензине содержание ароматических углеводородов составляет 48,78%, из них на долю ароматики низшей фракции приходится 30,23%, в т. к. бензола 7,2% и остальное количество — на остаток.

Исходя из вышеизложенных экспериментальных данных следует, что необходимо удаление согласно требованиям Евро-5 порядка 7,2% масс. бензола. Для этого расчетным путем установлено количество

цеолита, необходимое для проведения процесса де-ароматизации и проведен сам процесс.

Таким образом, достигнуто требование Евро-5 к автомобильному бензину АИ-80 и достигнуто содержание бензола 1% об.

Выделенный излишек бензола может быть использован для различных целей: в качестве реактива, для нефтехимического синтеза и др.

Список литературы:

1. Емельянов В.Е. Все о топливе. Автомобильный бензин: Свойства, ассортимент, применение. — М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. — 79 с.

2. Мирзабеков Б.А., Сайдахмедов Ш.М., Хамидов Б.Н., Нарметова Г.Р. Технология облагораживания бензинов с улучшением их эксплуатационных и экологических свойств. — Ташкент, 2015. — 160 с.

3. Хайитов Р.Р. Адсорбционное улучшение качества бензина, полученного из нефтегазоконденсатного сырья. Автореф. … к.х.н. — Ташкент, 2012. — 25 с.

4. Махмудов М.Ж., Хайитов Р.Р., Нарметова Г.Р. Современные требования к моторным топливам // Российский журнал «Молодой ученный», Казань, 2014. — №21 (80). — С. 181-183.

5. Ахметов Л.А. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды: (справочник) / Л.А. Ахметов, Е.В. Корнев, Т.З. Ситшаев. — Ташкент: Мехнат, 1990. — 214 с.

6. Рябова Н.Д. Адсорбенты для светлых нефтепродуктов. Ташкент, ФАН, 1975. — 144 с.

7. Нарметова Г.Р. Коллоидно — химические основы создания полифазных сорбентов для газо — жидко — твердофазной хроматографии: Автореф. дис. … д.х.н. — Ташкент, 1993. — 38 с.

Полиамиды — Завод инженерных пластмасс

К полиамидам (англ.: polyamide) относится как синтетические, так и природные полимеры, содержащие повторяющейся амидную группу -CONh3 или -CO-NH- в основной молекулярной цепи. Амидная связь в составе макромолекул этих полимеров повторяется от двух до десяти раз. Они представляют собой полимеры линейного строения с высокой степенью кристалличности и малой полидесперсностью. Молекулярный вес технических полиамидов колеблется в пределах 8000-25000. Их плотность варьирует в пределах от 1,01 до 1,235 г/см³. Все полиамиды являются жесткими материалами. Характеризуются повышенной прочностью, обусловленной кристаллизацией и термостойкостью. Обладают высокой химической стойкостью, стойкостью к истиранию, хорошими антифрикционными и удовлетворительными электрическими свойствами. Поверхность полиамидных материалов — гладкая, устойчивая к выцветанию и изменению формы. Полиамиды способны устойчивы к циклическим нагрузкам, сохраняя свои характеристики в широком диапазоне температур. Сохраняют эластичность при низких температурах. Температура плавления полиамидов зависит от природы исходных компонентов и находится в пределах 185-264 °С. Полиамиды не растворяются в обычных растворителях. Они растворяются лишь в таких сильнополярных растворителях: концентрированной серной кислоте, муравьиной, монохлоруксусной, трифторуксусной кислотах, в феноле, крезоле, хлорале, трифторэтаноле. Устойчивы к действию спиртов, щелочей, масел, бензина. К недостаткам полиамидов можно отнести высокое водопоглощение. Полиамиды — гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает нескольких процентов (иногда до 8%) и существенно влияет на прочность и ударную вязкость. Физико-механические свойства полиамидов определяются количеством водородных связей на единицу длины макромолекулы, которая увеличивается в ряду ПА-12, ПА-610, ПА-6, ПА-66. Увеличение линейной плотности водородных связей в макромолекуле увеличивает температуру плавления и стеклования материала, улучшает теплостойкость и прочностные характеристики, но вместе с тем увеличивается водопоглощение, уменьшается стабильность свойств и размеров материалов, ухудшаются диэлектрические характеристики. Впервые полиамиды были синтезированы в США в 1862 году из нефтяных продуктов. Это был поли-ц-бензамид. А спустя тридцать лет американскими учеными была синтезирована еще одна разновидность — поли-е-капрамид. Производство синтетических изделий из полиамида было организовано только в конце 30-х годов 19 века. Это были волокна, из которых создавались нейлоновые и капроновые ткани. Из синтетических полиамидов выделяют такие виды полиамидов как алифатические и ароматические полиамиды.

Алифатические полиамиды

Алифатические полиамиды являются гибкоцепными кристаллизующимися (Скр=40-70%) термопластами. Плотность 1010-1140 кг/м3. Температура плавления (кристаллизации) — 210-260°С, расплав обладает низкой вязкостью в узком температурном интервале. Полиамиды, получаемые гидролитической или анионной полимеризацией соответствующих лактамов, обозначаются одним числом, соответствующим числу углеродных атомов в исходном мономере:
  • ПА 6 — полимер капролактама, содержащего 6 углеродных атомов. Структурная формула: NH (СН)5 СО- . Является наиболее распространенным видом полиамидов и обладает сбалансированным сочетанием всех характерных особенностей этой группы материалов. Демпфирующие свойства и ударная прочность материала даже при низких температурах выгодно отличает этот материал. Обладает хорошей стойкостью к истиранию, особенно в отношении трения-скольжения с шероховатой поверхностью. Гранулят ПА-6 производится с различной вязкостью.
  • Из низковязкого полиамида производят: нити технического назначения, нити BCF, нити для рыболовных сетей, полимерные композиционные материалы, монофиламентные нити Высоковязкий полиамид используют для производства: высокопрочных нитей технического назначения, высокопрочной кордной ткани, полимерной плёнки для упаковки пищевых продуктов (колбасные оболочки). Полиамид 6 также используется непосредственно для изготовления деталей методом литья под давлением. Для этих целей производятся полимерные композиционные материалы, представляющие собой материалы на основе полиамида-6 с добавлением модифицирующихдобавок, улучшающих литьевые характеристики: качество поверхности изделий, облегчение выемки готовых изделий из пресс-формы, заполнение пресс-формы.
  • ПА 7 — полиэнантоамид.
  • ПА 11 — полиундеканамид, полимер 11-аминоундекановой кислоты NН2 (СН2)10 СОOH.
  • ПА 12 – полидолсканамид. Это полукристаллический полиамид с очень высокой прочностью и хорошей химической стойкостью. Структурная формула: NH (СН2)11 СО-. ПА 12 представляет собой продукт полимеризации додекалактама в присутствии воды и кислых катализаторов либо лауролактама. Выпускается в чистом виде и в виде композиций с добавками пастификатора и красителей. ПА 12 и композиции на его основе часто применяются в автомобильной и авиационной промышленности как конструкционные, электроизоляционные и антифрикционные материалы. Данная марка полиамида, в зависимости от показателя текучести расплава, может быть литьевой либо экструзионной. Также из Полиамида 12 методом экструзии изготавливают трубки и различные уплотнители. Полиамид 12 и композиции на его основе стойки к действию масел, жиров, углеводородов, нефтяных продуктов, спиртов, кетонов, муравьиной кислоты, воды, растворяются в концентрированных неорганических кислотах, фенолах, фторированных и хлорированных спиртах. Изделия из полиамида 12 и композиций на его основе работают при температуре от минус 60 до минус 60°С, кратковременно — при температуре до 120°С. Плотность — 1,01 г/см³. Температура плавления — 178-180°C. Относительное удлинение при разрыве — 200%. Характеризуются низкой степенью водопоглощения — 0,25%.
  • Полиамиды, получаемые поликонденсацией диаминов с дикарбоновыми кислотами, обозначаются двумя числами: первое указывает число атомов углерода в диамине, а второе – в кислоте:
  • ПA 66 – полигексаметиленадипамид, получают на основе гексаметилендиамина Y2N (CH2)6 NH2 и адипиновой кислоты HOOC (СН2)4 СОOH. Структурная формула: NH (СН2)6 NH СО (СН2)4 СО-.
  • ПА 66 был впервые синтезирован в 1935 г., а производство его было начато в 1938 г. Сырьем для производства служит соль АГ. В настоящее время полиамид 66 занимает второе место по объему производства. Основное применение этого полиамида — производство искусственных волокон.
  • ПА 610 – полигексаметиленбацинамид, получается из гексаметилендиамина и себациновой кислоты по технологии, аналогичной технологии производства полиамида П66. Структурная формула: — NH (СН2)6 NHСО(СН2)8 СО-.
  • ПА 612 — представляет собой продукт полимеризации гексаметилендиамина и додекандиовой кислоты. Физико-механические свойства полиамида схожи со свойствами Полиамида 610. Основными отличиями являются: меньшее водопоглощение, более высокая размерная стабильность. Полиамид соответствует химической формуле([-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)8-CO-]n). Плотность — 1,05 г/см³. Температура плавления — 218°C.
  • Ароматические полиамиды

    Ароматические полиамиды получают поликонденсацией ароматических диаминов и дихлорангидридов ароматических дикарбоновых кислот. Такие полиамиды обладают повышенными физико-механическими свойствами и повышенной теплостойкостью, например полифениленизофталамид (фенилон).
  • полифталамиды (синтезированные из изофталевой и терефталевой кислот), с маркировкой: PA 6T; PA 6I/6Tи PA 6T/6I; PA 66/6Tи PA 6T/66; PA 9T HTN;
  • полиамид MXD6 (PA MXD6).
  • полиамид 6-3Т (PA 63T; PA NDT/INDT).
  • Промышленное производство полиамидовосуществляется двумя способами:
  • полимеризацией капролактама (для поли-е-капрамидов), которая осуществляется преобразованием циклической связи N-C в линейный полимер;
  • цепной реакцией поликонденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (для поли-ц-бензамидов), в результате которой формируются цепи полиамида.
  • Непрерывный технологический процесс полимеризации капролактама состоит из следующих этапов: 1 — Подготовительный. На этом этапе получают соль АГ из адипшювой кислотой и гексаметилендиамина. Для этого адипшювую кислоту растворяют в метаноле в специальном аппарате, оснащенном мешалкой и обогревом. Одновременно происходит расплавление порошка капролактама в плавителе, оснащенном шнековым питателем; 2 — На втором этапе происходит полимеризация. Это осуществляется следующим образом: подготовленный раствор вводят в колонну полимеризации. Используются колонны одного из трех типов: Г-образного, вертикального или U-образного. Туда же поступает расплавленный капролактам. Возникает реакция нейтрализации и раствор закипает. Образующиеся пары поступают в теплообменники; 3 — На следующем этапе полимер из колонны в расплавленном виде выдавливается в специальную фильеру, а затем поступает на охлаждение. Для этого предусмотрены ванны с проточной водой или поливочные барабаны; 4 — В охлажденном виде посредством валков или направляющих жгуты и ленты полимера поступают к измельчающему станку; 5 — На следующем этапе полученная полиамидная крошка промывается горячей водой и фильтруется от низкосортных примесей; 6 — Завершается технологический процесс высушиванием полиамидной крошки специальных сушилках вакуумного типа. Непрерывный технологический процесс поликонденсации (получение поли-ц-бензамидов) включает этапы, аналогичные полимеризации капролактама. Разница заключается в методах обработки сырья.
  • процесс получения солей АГ такой же, как и при полимеризации, но после выделения они кристаллизуются и в реактор подаются в виде порошка, а не раствора;
  • цепная реакция поликонденсации происходит в реакторе-автоклаве. Это цилиндрический аппарат горизонтального типа с мешалкой;
  • поликонденсация осуществляется в среде чистого азота при t=220°С и Р=1,76МПа. Продолжительность процесса от одного до двух часов. Затем давление на один час снижают до атмосферного, после чего вновь проводят реакцию при Р=1,76МПа. Полный цикл получения полиамида этого вида проходит в течение 8-ми часов;
  • после его окончания расплавленный полиамид фильтруется, охлаждается и измельчается на гранулы, которые просушиваются горячим воздухом в пневматических сушилках.
  • Фракционирование бензина с целью улучшения его качества

    АННОТАЦИЯ

    С целью улучшения качества автобензина АИ-80 и соответствия его нормам Евро-5 разработан способ уменьшения количества бензола до требуемых норм адсорбционным методом. В качестве адсорбента использован синтетический цеолит NaX.

    ABSTRACT

    With the aim of improving the quality of benzine AI-80 and bring it into compliance with Euro-5 a method is developed for reducing the amount of benzene to the required norms adsorption method. As the adsorbent was used a synthetic zeolite NaX.

     

    Ключевые слова: фракционирования, перегонка, бензин, фракционный состав, ароматические углеводороды

    Keywords: fractionation, distillation, benzine, fractional composition, aromatic hydrocarbons.

     

    Автомобильный транспорт является основным потребителем светлых нефтепродуктов. Если мировое потребление моторных топлив составляет около 1,75 млрд. т/год, то на долю автомобильных бензинов приходится более 800 млн. т/год [1].

    Постоянный рост автомобильного парка привел к тому, что основная доля вредных выбросов в окружающую среду крупных городов приходится на автотранспорт.

    Требования Европейских стандартов к качеству автомобильных бензинов из года в год возрастают в направлении снижения токсичности отработавших газов, что достигается снижением содержания в бензинах бензола, серы, ароматических и олефиновых углеводородов [2].

    Эти требования приведены в ряде Международных документов таких как Европейские нормали EN-228 и EN-590 (табл. 1).

    Таблица 1.

    Новые требования к качеству бензинов

    Показатели

    Требования

    Евро-2

    1995 г.

    Евро-3

    2000 г.

    Евро-4

    2005 г.

    Евро-5

    2009 г.

    Содержание бензола, не более, %

    5,0

    1,0

    1,0

    1,0

    Содержание серы, %

    0,05

    0,015

    0,005

    0,001

    Содержание ароматических углеводородов, %

    42

    35

    35

    Содержание олефиновых углеводородов, %

    18

    14

    14

    Содержание кислорода, %

    2,3

    2,7

    2,7

    Фракционный состав, %:

           

    до 100°С перегоняется, не менее

    46

    46

    46

    до 150°С перегоняется, не менее

    75

    75

    75

    Давление насыщенных паров, кПа, не более

    лето 70

    зима 90

    лето 70

    зима 90

    лето 70

    зима 90

     

    Ранее нами выполнена работа, где количество ароматических углеводородов в бензине АИ-80 снижено с подбором селективных адсорбентов до норм Евростандартов 4 и 5 [3,4].

    Объектом исследования был местный автомобильный бензин АИ-80 (А-80). Он не значится в мировой классификации топлив из-за своего низкого качества.

    Из таблицы 1 видно, что содержание ароматических углеводородов в автобензине не должно перевыщать 35% масс., а бензола – не более 1% об. Анализ имеющихся данных показывает, что склонность автомобильных бензинов к нагарообразованию зависит, главным образом, от содержания в них ароматических углеводородов.

    Возможно сочетание нескольких вариантов, исходя из особенностей НПЗ, наличия сырья, концепции переработки и интеграции с химическим производством.

    Согласно требованиям Евро-4 и Евро-5 суммарное содержание ароматических углеводородов не должно превышать 35% об. По данным Хайитова Р.Р. адсорбцией на специально модифицированном адсорбенты на основе АИ-80 получен бензин отвечающий требованиям Евростандарта-5 [3].

    Согласно поставленной цели нами в бензине АИ-80 путем фракционной перегонки отогнана низкокипящая фракция (н.к.-120оС), где содержатся бензол. Хотя температура кипения бензола 80оС, перегнано до 120оС, т.к. учитывалась его упругность паров. Данные представлены в табл. 2.

    Адсорбционно – криоскопическим методом (разработка ИОНХ АН РУз) [6] определено содержание общей суммы ароматических углеводородов первой фракции, которое равно 30,23%, в том числе содержание бензола 7,2%.

    Таблица 2.

    Характеристика  низкокипящей фракции автобензина АИ-80

    Фракция

    Количество,

    мл

    Показатель преломления

    Плотность, г/см3

    1.

    Бензин АИ-80

    100

    1,4632

    0,770

    2.

    Фракция н.к. – 120оС

    62,7

    1,4550

    0,741

    3.

    Остаток в колбе

    34,7

    1,4750

    0,799

    4.

    Потери

    2,6

     

    Для подбора соответствующего сорбента с целью выделения суммы ароматических углеводородов из этой фракции рассчитаны размеры молекул ароматических углеводороды по моделям Бриглеба-Стюарта-Дрейдинга, которые могут встречаться во фракции бензина н.к. – 120оС [7]. В таблице также приводится физико – химическая характеристика метилбензола (толуола), температура кипения его 114оС, поэтому возможно присутствие которого во фракции н.к. – 120оС.  Результаты приведены в табл. 3.

    Таблица 3.

    Размеры молекул ароматических углеводородов

    Молекулы ароматических углеводородов

    Структурная формула

    Размеры, нм

    ширина

    длина

    1

    Бензол

    0,65

    0,65

    2

    Метилбензол (толуол)

    0,65

    0,82

     

    В связи с этим для выделения всей суммы ароматических углеводородов 1-ой фракции использовали синтетический цеолит NaX, критический диаметр которого соответствует размерам молекул ароматических углеводородов низшей фракции.

    Для характеристика сорбционной емкости синтетического цеолита NaX определяли её по адсорбции бензола в динамических условиях из жидкой фазы. Было установлена, что его емкость составляет 9,16 г бензола на 100 г сорбента. Следует отметить, что синтетический цеолит может использоваться в процессах адсорбции-десорбции до 8-ми циклов.

    Групповой углеводородный состав бензина АИ-80 и низшей фракции, определенных адсорбционно-криоскопическим методам (разработка ИОНХ АН РУз) [7] дан в таблице 4.

    Таблица 4.

    Содержание углеводородов в бензине и низшей фракции

    Наименование

    образцов

    Содержание углеводородов, % масс.

    ароматических

    н-парафиновых

    изо-парафиновых+ нафтеновых

    1

    Бензин АИ-80

    48,78

    26,82

    24,4

    2

    Фракция н.к. – 120оС

    30,23

    9,30

    13,9

    3

    Остаток в колбе

    18,55

    17,52

    10,5

     

    Как следует из приведенных данных, в самом бензине содержание ароматических углеводородов составляет 48,78%, из них на долю ароматики низшей фракции приходится 30,23%, в т.к. бензола 7,2% и остальное количество – на остаток.

    Исходя из вышеизложенных экспериментальных данных следует, что необходимо удаление согласно требованиям Евро-5 порядка 7,2% масс. бензола. Для этого расчетным путем установлено количество цеолита, необходимое для проведения процесса деароматизации и проведен сам процесс.

    Таким образом, достигнуто требование Евро-5 к автомобильному бензину АИ-80 и достигнуто содержание бензола 1% об.

    Выделенный излишек бензола может быть использован для различных целей: в качестве реактива, для нефтехимического синтеза и др.

     

    Список литературы:
    1. Емельянов В.Е. Все о топливе. Автомобильный бензин: Свойства, ассортимент, применение. — М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 79 с.
    2. Мирзабеков Б.А., Сайдахмедов Ш.М., Хамидов Б.Н., Нарметова Г.Р. Технология облагораживания бензинов с улучшением их эксплуататционных и экологических свойств. – Ташкент, 2015. – 160 с.
    3. Хайитов Р.Р. Адсорбционное улучшение качества бензина, полученного из нефтегазоконденсатного сырья. Автореф. … к.х.н. – Ташкент, 2012. – 25 с.
    4. Махмудов М.Ж., Хайитов Р.Р., Нарметова Г.Р. Современные требования к моторным топливам // Российский журнал «Молодой ученный», Казань, 2014. — №21 (80). – С. 181-183.
    5. Ахметов, Л. А. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды: (справочник) / Л. А. Ахметов, Е. В. Корнев, Т. З. Ситшаев. – Ташкент: Мехнат, 1990. – 214 с.
    6. Рябова Н.Д. Адсорбенты для светлых нефтепродуктов. Ташкент, ФАН, 1975. – 144 с.
    7. Нарметова Г.Р. Коллоидно – химические основы создания полифазных сорбентов для газо – жидко – твердофазной хроматографии: Автореф. дис. … д.х.н. – Ташкент, 1993. – 38 с.

     

    Глава 7 – Алканы и галогенированные углеводороды – Химия

    Глава 7: Алканы и галогенированные углеводороды

    Этот текст опубликован под лицензией Creative Commons, для ссылки и адаптации нажмите здесь .

    Вступительное эссе

    7.1 Распознавание органических структур

    7.2 Введение в алканы
    Алканы с прямой цепью
    Алканы с разветвленной цепью
    Циклоалканы
    Классификация углеродных связей

    7.3 Свойства алканов
    Температуры плавления и кипения
    Растворимость
    Свойства алканов и опасность для окружающей среды: более пристальный взгляд

    7.4 Химическая активность алканов
    Реакции горения
    Реакции галогенирования (тип замещения)
    Крекинг-алканы

    7.5 Краткое содержание главы

    7.6 упражнений в конце главы

    7.7 Каталожные номера

     


    Вступительное эссе

    Углеводороды — простейшие органические соединения, но они обладают интересными физиологическими эффектами. Эти эффекты зависят от размера молекул углеводородов и от того, где они применяются в организме. Алканы с низкой молекулярной массой, содержащие от 1 до примерно 10 атомов углерода, представляют собой газы или легкие жидкости, которые действуют как анестетики. Вдыхание («вдыхание») этих углеводородов в бензине или аэрозольных пропеллентах из-за их опьяняющего эффекта является серьезной проблемой для здоровья, которая может привести к повреждению печени, почек или головного мозга или к немедленной смерти от удушья при исключении кислорода.Канистры с пропаном и бутаном под давлением, оба из которых предназначены для использования в качестве топлива, используются в качестве ингалянтов.

    Рисунок 7.1. Ряд продуктов на основе нефти, которыми можно злоупотреблять в качестве ингалянтов . Фото: Lance Cpl. Мэтью К. Хакер


    Проглатывание жидких алканов мало вредит желудку. Однако в легких они вызывают «химическую» пневмонию, растворяя жироподобные молекулы клеточных мембран в крошечных воздушных мешочках (альвеолах).Легкие перестают выталкивать жидкости, как при пневмонии, вызванной бактериями или вирусами. Людей, которые проглатывают бензин или другие жидкие смеси алканов, нельзя вызывать рвоту, так как это увеличивает вероятность попадания алканов в легкие. (Не существует противоядия для домашнего лечения отравления бензином; позвоните в токсикологический центр.)

    Жидкие алканы, содержащие примерно 5–16 атомов углерода на молекулу, смывают естественные кожные жиры и вызывают высыхание и растрескивание кожи, в то время как более тяжелые жидкие алканы (содержащие примерно 17 или более атомов углерода на молекулу) действуют как смягчающие средства (смягчители кожи).В качестве защитной пленки можно применять такие смеси алканов, как минеральное масло и вазелин. Вода и водные растворы, такие как моча, не растворяют такую ​​пленку, что объясняет, почему вазелин защищает нежную кожу ребенка от опрелостей.

    В этой главе мы будем исследовать алканы, соединения, содержащие только два элемента, углерод и водород, и имеющие только одинарные связи. Мы также будем исследовать алканы, в структуру которых входят галогены. Напомним, что галогены являются элементами семейства 7A в периодической таблице и содержат репрезентативные элементы, такие как хлор, фтор, йод и бром.Существует несколько других видов углеводородов, отличающихся типами связи между атомами углерода и свойствами, возникающими в результате этой связи. В главе 8 мы рассмотрим углеводороды с двойными связями, с тройными связями и с особым типом связи, называемым ароматичностью . Затем в главе 9 мы изучим некоторые соединения, которые считаются производными от углеводородов путем замены одного или нескольких атомов водорода кислородсодержащей группой. Глава 10 посвящена органическим кислотам и основаниям.

    (наверх)

    7.1 Распознавание органических структур
    Цель обучения
    1. Уметь узнавать состав и свойства, типичные для органических и неорганических соединений.

    Ученые 18 и начала 19 веков изучали соединения, полученные из растений и животных, и назвали их органическими , потому что они были выделены из «организованных» (живых) систем.Соединения, выделенные из неживых систем, таких как горные породы и руды, атмосфера и океаны, были обозначены как неорганические . Многие годы ученые считали, что органические соединения могут образовываться только живыми организмами, потому что они обладают жизненной силой, присущей только живым системам. Теория жизненной силы начала приходить в упадок в 1828 году, когда немецкий химик Фридрих Вёлер синтезировал мочевину из неорганических исходных материалов. Он провел реакцию с цианатом серебра (AgOCN) и хлоридом аммония (NH 4 Cl), рассчитывая получить цианат аммония (NH 4 OCN).То, что он ожидал, описывается следующим уравнением.

    AgOCN + NH 4 Cl → AgCl + NH 4 OCN

    Вместо этого он обнаружил, что продукт представляет собой мочевину (NH 2 CONH 2 ), хорошо известное органическое вещество, легко выделяемое из мочи. Этот результат привел к серии экспериментов, в которых большое разнообразие органических соединений было получено из неорганических исходных материалов. Теория жизненной силы постепенно ушла в прошлое, когда химики узнали, что они могут создавать многие органические соединения в лаборатории.

    Сегодня органическая химия реклассифицирована как изучение соединений, содержащих углерод, а неорганическая химия — это изучение химии всех остальных элементов. Может показаться странным, что мы делим химию на две ветви — одну, которая рассматривает соединения только одного элемента, и другую, которая охватывает более 100 остальных элементов. Однако такое деление представляется более разумным, если учесть, что из десятков миллионов охарактеризованных соединений подавляющее большинство составляют соединения углерода.

    Примечание

    Слово органический имеет разные значения. Органические удобрения, такие как коровий навоз, являются органическими в первоначальном смысле; он получен из живых организмов. Органические продукты – это продукты, выращенные без синтетических пестицидов или удобрений. Органическая химия – это химия соединений углерода. Углерод уникален среди других элементов тем, что его атомы могут образовывать устойчивые ковалентные связи друг с другом и с атомами других элементов во множестве вариаций.Образовавшиеся молекулы могут содержать от одного до миллионов атомов углерода.

    Органические соединения, как и неорганические соединения, подчиняются всем законам природы. Часто нет четкого различия в химических или физических свойствах органических и неорганических молекул. Тем не менее, полезно сравнить типичных членов каждого класса, как в Таблице 7.1 (помните, однако, что в каждой категории в этой таблице есть исключения). Чтобы дополнительно проиллюстрировать типичные различия между органическими и неорганическими соединениями, Таблица 7.1 также перечислены свойства неорганического соединения хлорида натрия (поваренная поваренная соль, NaCl) и органического соединения гексана (C 6 H 14 ), растворителя, который используется для извлечения соевого масла из соевых бобов (среди прочего). Многие соединения можно классифицировать как органические или неорганические по наличию или отсутствию некоторых типичных свойств, как показано в таблице 7.1.

    Таблица 7.1 Общие сравнительные свойства и примеры органических и неорганических соединений

    Упражнения по обзору концепции: нажмите, чтобы ответить на вопросы

    Вынос ключей
    • Органическая химия изучает соединения углерода, почти все из которых также содержат атомы водорода.
    Больше практики
    1. Классифицируйте каждое соединение как органическое или неорганическое.

      1. С 6 Н 10
      2. CoCl 2
      3. С 12 Н 22 О 11
    2. Классифицируйте каждое соединение как органическое или неорганическое.

      1. CH 3 NH 2
      2. NaNH 2
      3. Cu(NH 3 ) 6 Cl 2
    3. Какой член каждой пары имеет более высокую температуру плавления?

      1. CH 3 OH и NaOH
      2. CH 3 Cl и KCl
    4. Какой член каждой пары имеет более высокую температуру плавления?

      1. C 2 H 6 и CoCl 2
      2. CH 4 и LiH
    Ответы на нечетные вопросы:
      1. органический
      2. неорганический
      3. органический

    (наверх)

    7.2 Введение в алканы

    Алканы представляют собой органические соединения, полностью состоящие из атомов углерода и водорода с одинарной связью и лишенные каких-либо других функциональных групп. Алканы имеют общую формулу C n H 2n +2 и могут быть подразделены на следующие три группы: линейные алканы с прямой цепью, разветвленные алканы и циклоалканы (рис. 7.2). Алканы также являются насыщенными углеводородами, , то есть все атомы углерода «насыщены» атомами водорода и не содержат двойных или тройных углерод-углеродных связей.Алканы — это простейшие и наименее реакционноспособные виды углеводородов, содержащие только углерод и водород. Они очень важны с коммерческой точки зрения, так как являются основным компонентом бензина и смазочных масел и широко используются в органической химии; хотя роль чистых алканов (например, гексанов) отводится в основном растворителям. Отличительной чертой алкана, отличающей его от других соединений, которые также содержат исключительно углерод и водород, является отсутствие ненасыщенности.Другими словами, он не содержит двойных или тройных связей, которые очень реакционноспособны в органической химии. Хотя они не полностью лишены реакционной способности, отсутствие у них реакционной способности в большинстве лабораторных условий делает их относительно неинтересными, хотя и очень важными компонентами органической химии. Как вы узнаете позже, энергия, заключенная в связи углерод-углерод и связь углерод-водород, довольно высока, и их быстрое окисление производит большое количество тепла, обычно в форме огня.

    Рисунок 7.2. Примеры алканов


    Алканы с прямой цепью

    Алканы с прямой цепью, метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ) представляют собой начало ряда соединений, в которых любые два члены в последовательности отличаются одним атомом углерода и двумя атомами водорода, а именно единицей CH 2 (рис. 7.3) 

    Рис 7.3 Три простейших алкана

    Первые 10 членов этого ряда приведены в таблице 7.2. Обратите внимание, что по мере увеличения длины углеродной цепи количество возможных различных структурных изомеров также увеличивается.

     

    Таблица 7.2 Первые 10 алканов с прямой цепью

    Начиная с пропана (C 3 H 8) и далее, вы заметите, что единственная разница между углеводородами с более длинной цепью заключается в добавлении СН 2 звеньев по мере продвижения вверх по ряду (рис.7.4). Любое семейство соединений, в котором соседние члены отличаются друг от друга определенным фактором (здесь группа CH 2 ), называется гомологическим рядом и может быть определено математически. Члены такого ряда называются гомологами . В органической химии свойства гомологов изменяются закономерным и предсказуемым образом. Таким образом, принцип гомологии дает организацию органической химии почти так же, как таблица Менделеева дает организацию неорганической химии.Вместо сбивающего с толку множества отдельных соединений углерода мы можем изучить несколько членов гомологического ряда и вывести из них некоторые свойства других соединений этого ряда.

     

    Рисунок 7.4 Члены гомологичного ряда

    На рис. 7.4 обратите внимание, что каждая последующая формула включает на один атом углерода и два атома водорода больше, чем предыдущая формула. Принцип гомологии позволяет записать общую формулу алканов: С n H 2 n + 2 .Используя эту формулу, мы можем написать молекулярную формулу любого алкана с заданным числом атомов углерода. Например, алкан с восемью атомами углерода имеет молекулярную формулу C 8 H (2 × 8) + 2 = C 8 H 18 .

    Упражнения по обзору концепции
    1. В гомологическом ряду алканов, какова молекулярная формула члена чуть выше C 8 H 18 ?

    2. Используйте общую формулу алканов, чтобы написать молекулярную формулу алкана с 12 атомами углерода.


    Алканы с разветвленной цепью

    Мы можем записать структуру бутана (C 4 H 10 ), нанизав четыре атома углерода в ряд,

    –С–С–С–С–

    , а затем добавление достаточного количества атомов водорода, чтобы дать каждому атому углерода четыре связи:

    Соединение бутана имеет такую ​​структуру, но есть и другой способ соединения 4 атомов углерода и 10 атомов водорода. Поместите 3 атома углерода в ряд, а затем разветвите четвертый от среднего атома углерода:

    Теперь добавим столько атомов водорода, чтобы у каждого углерода было четыре связи.

    Существует углеводород, который соответствует этой структуре, а это означает, что два разных соединения имеют одинаковую молекулярную формулу (C 4 H 10 ), но разное расположение атомов в пространстве. Напомним, что соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное расположение в пространстве, называются структурными изомерами . Структурные изомеры обладают разными химическими и физическими свойствами. На рис. 7.5 показана модель шара и стержня для бутана с прямой цепью и разветвленного изомера изобутана.

    Рисунок 7.5 Бутан и изобутан. Шарико-стержневые модели этих двух соединений показывают, что они являются изомерами; оба имеют молекулярную формулу C 4 H 10 .

    Обратите внимание, что C 4 H 10 изображен с изогнутой цепью на Рисунке 7.5. Четырехуглеродная цепь может быть изогнута по-разному, поскольку группы могут свободно вращаться вокруг связей С-С. Однако это вращение не меняет идентичности соединения.Важно понимать, что изгиб цепи , а не меняет идентичность соединения; все следующие представляют одно и то же соединение:

    Формула изобутана показывает непрерывную цепь только из трех атомов углерода, причем четвертый присоединен как ответвление от среднего атома углерода непрерывной цепи.

    В отличие от C 4 H 10 , соединения метана (CH 4 ), этана (C 2 H 6 ) и пропана (C 3 H 3 8 ) не существуют в изомерных изомерах формы, потому что есть только один способ расположить атомы в каждой формуле так, чтобы каждый атом углерода имел четыре связи.

    Примечание

    Непрерывную (неразветвленную) цепь атомов углерода часто называют прямой цепью , хотя тетраэдрическое расположение каждого атома углерода придает ей зигзагообразную форму. Алканы с прямой цепью иногда называют нормальными алканами , а их именам дают префикс n -. Например, бутан называется n -бутан.

    Упражнения по обзору концепции
    1. Может ли алканы иметь двухуглеродную ветвь от второго атома углерода четырехуглеродной цепи? Объяснять.

    2. Студента просят написать структурные формулы двух различных углеводородов, имеющих молекулярную формулу C 5 H 12 . Она пишет одну формулу со всеми пятью атомами углерода в горизонтальной линии, а другую с четырьмя атомами углерода в линии, с группой CH 3 , идущей вниз от первого присоединенного к третьему атому углерода. Представляют ли эти структурные формулы разные молекулярные формулы? Объясните, почему да или почему нет.

    Ответы
    1. Нет; ответвление составило бы самую длинную непрерывную цепь из пяти атомов углерода.

    2. Нет; обе представляют собой пятиуглеродные непрерывные цепи.

    Вынос ключей
    • Алканы с четырьмя и более атомами углерода могут существовать в изомерных формах.
    Упражнения
    1. Кратко укажите важные различия между алканом с прямой цепью и алканом с разветвленной цепью.

    2. Нарисуйте структурные изомеры следующих алканов.

      1. Укажите, представляют ли структуры в каждом наборе одно и то же соединение или изомеры.

        1. CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 и

        2. CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 и

      Ответы
      1. Алканы с прямой цепью и алканы с разветвленной цепью имеют разные свойства, а также разную структуру.

      Дополнительная практика
      1. Напишите сокращенную структурную формулу для каждой структурной формулы.

      2. Сокращенная структурная формула изогексана может быть записана как (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 CH 3 . Нарисуйте формулу угла линии для изогексана.

      3. Нарисуйте формулу линии-угла для соединения CH 3 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 CH 2 CH 3 .

      4. Назовите структурную формулу соединения, представленного этой формулой угла линии:

        (наверх)

      Циклоалканы

      Циклоалканы очень важны для компонентов продуктов питания, фармацевтических препаратов и многого другого.Однако, чтобы использовать циклоалканы в таких приложениях, мы должны знать эффекты, функции, свойства и структуру циклоалканов. Циклоалканы представляют собой алканы в форме кольца; следовательно, префикс цикло- используется для обозначения этих алканов.   Стабильные циклоалканы не могут быть образованы с углеродными цепями любой длины. Напомним, что в алканах углерод принимает тетраэдрическую геометрию, в которой углы между связями составляют 109,5°.

      Источник: Википедия

      Для образования некоторых циклоалканов угол между связями должен отклоняться от этого идеального угла, эффект, известный как угловая деформация .Кроме того, некоторые атомы водорода могут приблизиться друг к другу ближе, чем желательно (затмить себя), эффект, называемый деформацией кручения . Эти дестабилизирующие эффекты, угловая деформация и деформация при кручении вместе известны как кольцевая деформация . Циклоалканы меньшего размера, циклопропан и циклобутан, имеют особенно высокие деформации кольца, потому что их валентные углы существенно отклоняются от 109,5 °, а их атомы водорода затмевают друг друга. Таким образом, обе эти кольцевые конформации крайне неблагоприятны и нестабильны.Циклопентан представляет собой более стабильную молекулу с небольшой деформацией кольца, в то время как циклогексан может принимать идеальную геометрию циклоалкана, в которой все углы составляют идеальные 109,5 °, и ни один водород не затмевается; у него вообще нет кольцевой деформации. Циклоалканы большего размера, чем циклогексан, имеют кольцевую деформацию и не так часто встречаются в органической химии. На рис. 7.6 приведены примеры структур циклоалканов.

      Рисунок 7.6. Репрезентативные циклоалкановые структуры. Указаны средние валентные углы и энергия деформации.

       


      Для вашего здоровья: циклопропан в качестве анестетика

      При температуре кипения -33°C циклопропан представляет собой газ при комнатной температуре. Это также мощный, быстродействующий анестетик с небольшим количеством нежелательных побочных эффектов в организме. Однако в хирургии он больше не используется, так как образует с воздухом взрывоопасные смеси практически при любых концентрациях.

      (наверх)
      Классификация углеродных связей

      Атомы углерода, участвующие в химических связях внутри молекулы, можно классифицировать на основе количества образующихся углерод-углеродных связей.

      • первичный атом углерода : один соседний атом углерода
      • вторичный атом углерода : два соседа углерода
      • третичный атом углерода : три соседа углерода
      • четвертичный атом углерода : четыре соседа углерода

      Число соседей углерода, которое имеет атом углерода, может помочь определить реакционную способность этого положения углерода. Таким образом, важно уметь распознавать, является ли атом углерода первичным, вторичным, третичным или четвертичным по своей структуре (рис.7.7).

      Рисунок 7.7. Классификация атомов углерода на первичные, вторичные, третичные и четвертичные.  В приведенных выше молекулах центральный углерод оценивается по количеству атомов углерода, которые связаны непосредственно с центральным углеродом. Первичный углерод связан с одним углеродом, вторичный углерод связан с двумя атомами углерода, третичный углерод связан с тремя атомами углерода, а четвертичный углерод связан с четырьмя атомами углерода.


      В любой данной молекуле можно классифицировать каждый атом углерода (рис.7.8).

      Рисунок 7.8. Классификация атомов углерода в молекуле

      (наверх)

      7.3 Свойства алканов

      Алканы — это простейшее семейство углеводородов — соединения, содержащие только углерод и водород только с углерод-водородными связями и углерод-углеродными одинарными связями. Алканы не очень реакционноспособны и обладают небольшой биологической активностью; все алканы бесцветны и не имеют запаха.Поскольку алканы обладают относительно предсказуемыми физическими свойствами и подвергаются относительно небольшому количеству химических реакций, кроме горения, они служат основой для сравнения свойств многих других семейств органических соединений. Сначала рассмотрим их физические свойства.

      В таблице 7.3 описаны некоторые свойства некоторых из первых 10 алканов с прямой цепью. Почти все алканы имеют плотность менее 1,0 г/мл и, следовательно, менее плотны, чем вода (плотность H 2 O равна 1.00 г/мл при 20°C).

      Таблица 7.3 Физические свойства некоторых алканов


      Взгляд ближе: плотность газа и пожароопасность

      Таблица 7.3 показывает, что первые четыре члена ряда алканов являются газами при обычных температурах. Природный газ состоит в основном из метана, который имеет плотность около 0,67 г/л. Плотность воздуха составляет около 1,29 г/л. Поскольку плотность природного газа меньше плотности воздуха, он поднимается вверх.Когда утечка природного газа обнаружена и перекрыта в помещении, газ можно удалить, открыв верхнее окно. С другой стороны, баллонный газ может быть либо пропаном (плотность 1,88 г/л), либо бутанами (смесь бутана и изобутана, плотность около 2,5 г/л). Оба вещества намного тяжелее воздуха (плотность 1,2 г/л). Если баллонный газ попадает в здание, он скапливается у пола. Это представляет гораздо более серьезную опасность возгорания, чем утечка природного газа, потому что из комнаты труднее избавиться от более тяжелого газа.

      (наверх)
      Температуры плавления и кипения

      Как температуры плавления, так и температуры кипения алканов характеризуют межмолекулярные силы, возникающие между молекулами. Разница электроотрицательностей между углеродом и водородом (2,1 – 1,9 = 0,2) невелика; поэтому связь C-H неполярна, а это означает, что единственными притяжениями между одной молекулой и ее соседями будут лондонские дисперсионные силы.Эти силы будут очень малы для такой молекулы, как метан, но будут увеличиваться по мере увеличения размера молекул. Следовательно, температуры плавления и кипения алканов увеличиваются с увеличением размера молекул из-за увеличения лондоновских дисперсионных сил. (т. е. межмолекулярные силы сильнее в более крупных углеводородах, поэтому требуется больше энергии, чтобы вызвать фазовые переходы). На рис. 7.9 показаны тренды температуры плавления и кипения первых 16 углеводородов. Обратите внимание, что первые четыре алкана являются газами при комнатной температуре, а твердые вещества не начинают появляться примерно до C 17 H 36 .

      Рисунок 7.9. Температуры плавления и кипения алканов с прямой цепью

      Адаптировано из: Techstepp


      Что касается изомеров, чем более разветвлена ​​цепь, тем ниже температура кипения. Лондонские дисперсионные силы меньше для более коротких молекул и действуют только на очень коротких расстояниях между одной молекулой и ее соседями. Коротким объемным молекулам (со значительным количеством разветвлений) труднее располагаться близко друг к другу (компактно) по сравнению с длинными тонкими молекулами.Циклоалканы похожи на алканы по своим общим физическим свойствам, но имеют более высокие температуры кипения, температуры плавления и плотности, чем алканы. Это связано с более сильными лондонскими силами, потому что форма кольца обеспечивает большую площадь контакта.


      (наверх)
      Растворимость

      Алканы (как нормальные, так и циклоалканы) практически нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Жидкие алканы являются хорошими растворителями для многих других ковалентных соединений.При растворении молекулярного вещества в воде должно происходить следующее:

      • нарушение межмолекулярных сил внутри вещества. В случае алканов это лондонские дисперсионные силы.
      • разрыв межмолекулярных сил в воде, чтобы вещество могло поместиться между молекулами воды. В воде основным межмолекулярным притяжением являются водородные связи.

      Для разрушения любого из этих притяжений требуется энергия, хотя количество энергии, необходимое для разрушения лондонских дисперсионных сил в соединении, таком как метан, относительно незначительно; это не относится к водородным связям в воде.Напомним, что водородные связи намного прочнее.

      Проще говоря, вещество растворяется, если при образовании новых связей между веществом и водой высвобождается достаточно энергии, чтобы компенсировать энергию, необходимую для разрушения первоначальных притяжений. Единственным новым притяжением между алканом и молекулами воды являются лондонские дисперсионные силы. Эти силы не выделяют достаточного количества энергии, чтобы компенсировать энергию, необходимую для разрыва водородных связей в воде.Следовательно, алкан не растворяется, как показано на рисунке 7.10.

       

       

       

       

      Рисунок 7.10. Углеводороды с длинной цепью нерастворимы в воде. Ни насыщенные, ни ненасыщенные углеводороды в этом подсолнечном масле не обладают достаточно сильными межмолекулярными силами, чтобы разрушить водородные связи между молекулами воды. Таким образом, масло не растворяется в воде и образует пузырьки масла на поверхности раздела вода/нефть.В этом случае нефть менее плотна, чем вода, и будет плавать поверх водного слоя.

      Растворимость в органических растворителях

      В большинстве органических растворителей основными силами притяжения между молекулами растворителя являются лондонские дисперсионные силы. Следовательно, когда алкан растворяется в органическом растворителе, лондонские дисперсионные силы разрушаются и заменяются новыми лондонскими дисперсионными силами между смесью. Два процесса более или менее энергетически компенсируют друг друга; таким образом, нет никаких препятствий для растворимости.

      (наверх)
      Свойства алканов и опасность для окружающей среды: подробный обзор

      Из-за растворимости и плотности алканов разливы нефти в океан или другие водоемы могут иметь разрушительные последствия для окружающей среды. Нефть не может растворяться или смешиваться с водой, и поскольку она менее плотная, чем вода, она плавает на поверхности воды, создавая нефтяное пятно, как показано на рис. 7.11. Поскольку нефтяное пятно остается на поверхности воды, от нефтяных пятен больше всего страдают организмы, обитающие на поверхности океана или вблизи береговой линии, включая морских выдр и морских птиц.Химические компоненты масла токсичны при приеме внутрь, вдыхании, раздражении кожи и глаз.

      Рисунок 7.11 Разливы нефти. Сырая нефть покрывает поверхность воды в Мексиканском заливе после того, как нефтяная платформа Deepwater Horizon затонула в результате взрыва. Утечка произошла на милю ниже поверхности, что затрудняет оценку размера разлива. Один литр нефти может создать пятно размером 2,5 га (6,3 акра). Этот и подобные разливы служат напоминанием о том, что углеводороды и вода не смешиваются.

      Источник: Фото предоставлено NASA Goddard / MODIS Rapid Response Team.

      Упражнения по обзору концепции
      1. Не обращаясь к таблице, угадайте, что имеет более высокую температуру кипения — гексан или додекан. Объяснять.

      2. Если к 100 мл воды в стакане добавить 25 мл гексана, что из следующего вы ожидаете? Объяснять.

        1. Гексан растворяется в воде.
        2. Гексан не растворялся в воде и всплывал на поверхность.
        3. Гексан не растворяется в воде и оседает на дно контейнера.
      Ответы
      1. додекан из-за его большей молекулярной массы

      2. б; гексан нерастворим в воде и менее плотен, чем вода.

      Вынос ключей
      • Алканы представляют собой неполярные соединения с низкой температурой кипения и нерастворимы в воде.
      Упражнения
      1. Не обращаясь к таблице или другой справке, предскажите, какой член каждой пары имеет более высокую температуру кипения.

        1. пентан или бутан
        2. гептан или нонан
      2. Для какого члена каждой пары гексан является хорошим растворителем?

        1. пентан или вода
        2. хлорид натрия или соевое масло

      (наверх)

      7.4 Химическая активность алканов Алканы

      содержат прочные одинарные связи углерод-углерод и сильные связи углерод-водород. Обе эти связи неполярны. Следовательно, нет части молекулы, которая несет значительное количество положительного или отрицательного заряда, необходимого для притяжения к ней других ионных и полярных молекул. Поэтому алканы обычно не реагируют с ионными соединениями, такими как большинство лабораторных кислот, оснований, окислителей или восстановителей.Рассмотрим бутан в качестве примера:

      Ни положительные, ни отрицательные ионы не притягиваются к неполярной молекуле. На самом деле алканы вступают в так мало реакций, что их иногда называют парафинами , от латинского parum affinis , что означает «малое сродство».

      В результате алканы обладают очень низкой реакционной способностью и подвергаются только трем основным типам реакций, включая следующие:

      • Реакции горения – сжечь их – уничтожить всю молекулу;
      • Реакции галогенирования (типа замещения)  – вступают в реакцию с некоторыми галогенами, разрывая углерод-водородные связи;
      • Реакции крекинга – используют тепло и/или катализатор для крекинга алканов, разрывая углерод-углеродные связи.

       


      Реакции горения

      Горение соединений углерода, особенно углеводородов, было самым важным источником тепловой энергии для человеческих цивилизаций на протяжении всей истории человечества. Практическое значение этой реакции нельзя отрицать, но массовые и неконтролируемые химические изменения, происходящие при горении, затрудняют вывод механизмов. Используя в качестве примера горение пропана, мы видим из следующего уравнения, что каждая ковалентная связь в реагентах была разорвана, и в продуктах образовался совершенно новый набор ковалентных связей.Никакая другая обычная реакция не вызывает столь глубоких и всеобъемлющих изменений, а механизм горения настолько сложен, что химики только начинают изучать и понимать некоторые его элементарные особенности.

      CH 3 CH 2 CH 3 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O + нагрев

      Обратите внимание, что в приведенной выше реакции соединения с левой стороны стрелки называются субстратами или реагентами , а соединения с правой стороны стрелки являются продуктами реакции.Энергия, чаще всего выделяющаяся в виде тепла, может быть либо субстратом, либо продуктом реакции, в зависимости от участвующих соединений. Также обратите внимание, что ни один из атомов не теряется в данных химических уравнениях. Закон сохранения массы гласит, что материя не может быть ни создана, ни уничтожена. Таким образом, уравнение должно быть сбалансированным и иметь такое же количество атомов в левой части уравнения, как и в правой. Напомним, что коэффициенты уравнения определяют, сколько молей соединения присутствует, и что если коэффициент не показан, по умолчанию он равен единице.Например, приведенное выше уравнение будет выглядеть так: 1 моль пропана (CH 3 CH 2 CH 3 ) реагирует с 5 молями кислорода (O 2 ) с образованием 3 молей углекислого газа (CO 2 ) и 4 моля воды (H 2 O) и выделяется тепло.

      Химические связи также обладают потенциальной энергией. Если вы думаете о природе связи, она удерживается вместе энергией притяжения. Для разрыва связей на стороне реагента в уравнении требуется энергия, в то время как образование связей на стороне продукта высвобождает энергию.Если энергия, выделяемая при образовании связи, выше, чем энергия, необходимая для диссоциации связи, в результате реакции будет выделяться энергия. Эта энергия обычно измеряется как теплота реакции, которая называется энтальпией .

      В отношении этой реакции важны два момента:

      1. Поскольку все ковалентные связи в молекулах реагентов разорваны, количество тепла, выделяющегося в этой реакции, связано с прочностью этих связей (и, конечно, с прочностью связей, образующихся в продуктах).Эти теплоты можно оценить с помощью энергий диссоциации/образования связи (энергия, необходимая для разрыва связи на стороне реагента уравнения, и энергия, выделяемая при образовании связи на стороне продукта уравнения).
      2. Также важна стехиометрия реагентов. Если подается недостаточно кислорода, некоторые из продуктов будут состоять из менее окисленного газообразного монооксида углерода (СО).

      Например, если бы присутствовало только 4 моля кислорода, при сгорании одного моля пропана образовалось бы только 1 моль двуокиси углерода и 2 моля моноксида углерода.

      CH 3 CH 2 CH 3 + 4O 2 → CO 2 + 2CO + 4H 2 O + тепло


      Бонд Энерджис

      Атомы соединяются вместе, образуя соединения, потому что при этом они достигают более низких энергий, чем те, которыми они обладают как отдельные атомы. Количество энергии, равное разности энергий связанных атомов и энергий разъединенных атомов, выделяется обычно в виде тепла.То есть связанные атомы имеют более низкую энергию, чем отдельные атомы как отдельные атомы. Когда атомы объединяются в соединение, всегда выделяется энергия, и соединение имеет более низкую общую энергию.

      Когда происходит химическая реакция, молекулярные связи разрываются и образуются другие связи, образующие другие молекулы. Например, связи двух молекул воды разрываются с образованием водорода и кислорода.

      2H 2 O → 2H 2 + O 2

      Для разрыва связи всегда требуется энергия

      , известная как энергия связи .Хотя концепция может показаться простой, энергия связи служит очень важной цели при описании структуры и характеристик молекулы. Его можно использовать для определения наиболее подходящей точечной структуры Льюиса при наличии нескольких точечных структур Льюиса.

      Основные выводы:
      •    Для разрыва связи всегда требуется энергия.
      •    Энергия всегда высвобождается при создании связи.

      Хотя каждая молекула имеет свою характеристическую энергию связи, возможны некоторые обобщения.Например, хотя точное значение энергии связи С–Н зависит от конкретной молекулы, все связи С–Н имеют энергию связи примерно одинакового значения, поскольку все они являются связями С–Н. Чтобы разорвать 1 моль связи С-Н, требуется примерно 100 ккал энергии, поэтому мы говорим об энергии связи связи С-Н, равной примерно 100 ккал/моль. Связь C – C имеет приблизительную энергию связи 80 ккал / моль, а C = C имеет энергию связи около 145 ккал / моль. Мы можем рассчитать более общую энергию связи, найдя среднее значение энергии связи конкретной связи в разных молекулах, чтобы получить среднюю энергию связи.В таблице 7.2 приведен список средних энергий связи для обычных органических связей. Помните, что энергия может быть выражена в ккал или кДж и что коэффициент преобразования между ними составляет: 4,184 кДж = 1 ккал

      .
      Таблица 7.4: Средняя энергия связи (кДж/моль)
      Одинарные облигации Множественные облигации
      В—В

      432

      Н-Н

      391

      Я—Я

      149

      С = С

      614

      Н—Ф

      565

      Н—Н

      160

      I—Кл

      208

      С ≡ С

      839

      H—Cl

      427

      Н-Ф

      272

      И—Бр

      175

      О = О

      495

      H—Br

      363

      Н—Кл

      200

      С = О*

      745

      Н—Я

      295

      Н—Бр

      243

      Ш-В

      347

      С ≡ О

      1072

      201

      С-Ф

      327

      Н = О

      607

      С—Н

      413

      О—Н

      467

      S—Cl

      253

      Н = Н

      418

      К—К

      347

      О—О

      146

      С—Бр

      218

      Н ≡ Н

      941

      C—N

      305

      О-Ф

      190

      С-С

      266

      С ≡ N

      891

      К—О

      358

      О—Cl

      203

      С = Н

      615

      C—F

      485

      О—Я

      234

      Si—Si

      340

      C—Cl

      339

      Si-H

      393

      C—Br

      276

      Ф—Ф

      154

      Si-C

      360

      С—Я

      240

      F—Кл

      253

      Si-O

      452

      К—С

      259

      Ф—Бр

      237

      Кл—Кл

      239

      Кл—Бр

      218

      Бр—Бр

      193

      *C = O в (CO 2 ) = 799

      Когда связь прочная, энергия связи выше, поскольку для ее разрыва требуется больше энергии.Это коррелирует с порядком связи и длиной связи. Когда порядок связи выше, длина связи короче, и чем короче длина связи, тем больше энергия связи из-за увеличения электрического притяжения. Как правило, чем короче длина связи, тем больше энергия связи.


      Разрыв и образование связи

      Когда происходит химическая реакция, атомы реагентов перестраивают свои химические связи, образуя продукты. Новое расположение связей не имеет такой же полной энергии, как связи в реагентах.Следовательно, когда происходят химические реакции, всегда будет сопровождать изменение энергии . Изменение энергии реакции или теплоты реакции называется энтальпией . Он представлен математическим символом ΔH и рассчитывается как разница между энергией, необходимой для разрыва связей реагентов, и энергией, высвобождаемой при образовании связей в продуктах.

      ΔH = энергия реагентов – энергия продуктов

      Рисунок 7.12: Энтальпия реакции. (верхняя реакция) Экзотермические реакции. При экзотермической химической реакции энергия выделяется по мере того, как реагенты превращаются в продукты. (нижняя реакция) Эндотермические реакции. Для эндотермической химической реакции энергия поглощается по мере того, как реагенты превращаются в продукты.


      В некоторых реакциях энергия образующихся продуктов ниже энергии реагентов. Таким образом, в ходе реакции избыточная энергия, выделяемая при образовании продукта, будет выделяться в окружающую среду.Такие реакции являются экзотермическими и могут быть представлены диаграммой уровней энергии на рисунке 7.12 (вверху). В большинстве случаев энергия выделяется в виде тепла (хотя в некоторых реакциях энергия выделяется в виде света). В химических реакциях, где продукты имеют более высокую энергию, чем реагенты, реагенты должны поглощать энергию из окружающей среды, чтобы иметь возможность реагировать. Эти реакции являются эндотермическими и могут быть представлены диаграммами энергетических уровней, подобными рис. 7.12 (ниже).

      Экзотермические и эндотермические реакции можно рассматривать как имеющие энергию либо как «продукт» реакции, либо как «реагент» соответственно.Экзотермические реакции высвобождают энергию, поэтому энергия является продуктом. Эндотермические реакции требуют энергии, поэтому энергия является реагентом.

      Экзотермические реакции будут иметь отрицательную общую энтальпию, а эндотермические реакции будут иметь положительную общую энтальпию.

      ΔH = энергия реагентов – энергия продуктов

      Энергия реакции может рассматриваться стехиометрически в рамках реакции точно так же, как любое из соединений в реакции.При сгорании метана CH 4 каждый сожженный моль выделяет 824 кДж энергии. Таким образом, легко подсчитать, сколько энергии высвобождается при сгорании любого количества CH 4 . Мы также можем легко подсчитать, сколько CO 2 образуется на каждый моль сгоревшего CH 4 , поскольку на каждый моль сгоревшего CH 4 производится один моль CO 2 .

      (наверх)

      Полное сгорание (при достаточном количестве кислорода) любого углеводорода дает диоксида углерода (CO 2 )  и воды (H 2 O) .Очень важно, чтобы вы могли написать правильно сбалансированные уравнения для этих реакций, потому что они часто возникают как часть термохимических расчетов. Некоторые легче, чем другие. Например, алканы с четным числом атомов углерода немного тверже, чем с нечетным!

      Пример 1: сжигание пропана

      Например, с пропаном (C 3 H 8 ) вы можете сбалансировать углерод и водород, записывая уравнение.Ваш первый черновик будет:

      C 3 H 8   +  ?O →  3CO +  4H 2 O

      Подсчет кислорода приводит непосредственно к окончательной версии:

      C 3 H +  5O →  3CO +  4H 2 O

      Пример 2: сжигание бутана

      С бутаном (C 4 H 10 ) вы можете снова сбалансировать углерод и водород, записывая уравнение.

      C 4 H 10  +   ?O 2   →   4CO 2   +   5H 2 O

      Подсчет кислорода приводит к небольшой проблеме — 13 справа. Наличие нечетного количества кислорода на стороне продукта делает невозможным балансирование с четным числом на стороне реагента. В подобных случаях начните пытаться сбалансировать уравнение, изменив кофактор перед алканом на 2.  Затем сбалансируйте углерод и водороды на стороне продукта.В этом случае число кислорода должно стать положительным, и теперь вы сможете сбалансировать уравнение.

      2C 4 H 10   +   13O 2     →   8CO 2   +   10H 2 O

      Углеводороды труднее воспламеняются по мере того, как молекулы становятся больше. Это связано с тем, что более крупные молекулы не так легко испаряются — реакция идет намного лучше, если кислород и углеводород хорошо перемешаны в виде газов. Если жидкость не очень летучая, только те молекулы, которые находятся на поверхности, могут реагировать с кислородом.Молекулы большего размера имеют большее притяжение Ван-дер-Ваальса, что затрудняет их отрыв от своих соседей и превращение в газ.

      При полном сгорании все углеводороды будут гореть синим пламенем. Однако сгорание имеет тенденцию быть менее полным по мере увеличения числа атомов углерода в молекулах. Это означает, что чем крупнее углеводород, тем больше вероятность того, что вы получите желтое дымное пламя.


      Неполное сгорание

      Неполное сгорание (при недостатке кислорода) может привести к образованию углерода или окиси углерода.Проще говоря, водород в углеводороде получает первый шанс на образование воды в продукте, а углерод получает все, что осталось! Когда образуется только углерод, присутствие светящихся частиц углерода в пламени окрашивает его в желтый цвет, а в дыме часто виден черный углерод. Если некоторое количество кислорода может взаимодействовать с углеродом, но недостаточно для образования двуокиси углерода (CO 2 ), тогда образуется окись углерода (CO) в виде бесцветного ядовитого газа.

      Почему угарный газ ядовит: Кислород переносится кровью гемоглобином, белком, содержащимся в красных кровяных тельцах.Углекислый газ также связывается с гемоглобином. Гемоглобин переносит кислород из легких в каждую клетку вашего тела, где он выделяет кислород, собирает углекислый газ и переносит его обратно в легкие. Затем гемоглобин заменяет углекислый газ на кислород в воздухе, которым вы дышите. Когда вы выдыхаете, вы выделяете углекислый газ. Угарный газ также может связываться с гемоглобином. Разница в том, что монооксид углерода связывается необратимо (или очень сильно), что делает эту конкретную молекулу гемоглобина бесполезной для переноса кислорода.Если вы вдохнете достаточно угарного газа, вы умрете от внутреннего удушья!


      Теплота сгорания

      Теплота сгорания, ΔH c , определяется как полная энергия, выделяемая в виде тепла, когда вещество подвергается полному сгоранию с кислородом при наборе стандартных условий. Он рассчитывается так же, как и энтальпия, однако он специфичен для набора стандартных условий. Теплота сгорания является полезной величиной, поскольку это постоянная величина для типа сжигаемого материала, и ее можно использовать для сравнения эффективности и полезности различных источников топлива, наиболее часто используемых в обществе (нефть, бензин, природный газ, дизельное топливо, уголь). , древесина, водород, этанол и т. д.).В Соединенных Штатах показатели нагрева обычно указываются в британских тепловых единицах (БТЕ) ​​на фунт материала. Обычное преобразование в метрические единицы:

      .

      БТЕ/фунт  =  (кДж/кг)*2,326

      Теплота сгорания, ΔHc, значения общих источников топлива и связанные с ними выбросы CO2 указаны в таблице 7.5

      Таблица 7.5 Профиль теплоты сгорания и выбросов CO2 для обычных видов топлива

      Адаптировано из: EPA – (2014) и Википедии – Теплота сгорания


      Нефть (от греческого: петра: «скала» + олеум : «нефть») — это природная жидкость от желтого до черного цвета, обнаруженная в геологических формациях под поверхностью Земли, которая обычно перерабатывается в различные типы. топлива.Он состоит в основном из алканов, циклоалканов и алкенов различной длины и некоторых дополнительных второстепенных органических соединений. Алканы с пятью или более атомами углерода являются жидкостями и встречаются в качестве обычных компонентов нефти (также называемой сырой нефтью ). Многие циклоалканы также содержатся в нефтепродуктах, включая бензин, керосин, дизельное топливо, моторное масло и многие другие тяжелые масла. С другой стороны, природный газ состоит преимущественно из метана (CH 4 ), но также содержит этан (C 2 H 6 ), пропан (C 3 H 8 ) и бутан ( С 4 Н 10 ).Природный газ также содержит следовые количества азота, двуокиси углерода (CO 2 ) и сероводорода (H 2 S).

      Компоненты нефти разделяют по размеру с помощью метода, называемого фракционной перегонкой. Полученные образцы включают бензин с алканами длиной от пяти до десяти атомов углерода и керосин со смесью алканов длиной от десяти до семнадцати атомов углерода. Алканы с более длинными углеродными цепями встречаются в дизельном топливе, мазуте, вазелине, парафине, моторных маслах, а самая большая длина цепи используется в асфальте.Подсчитано, что в мире ежедневно используется около 95 миллионов баррелей нефти! По оценкам Агентства по охране окружающей среды, каждый баррель нефти производит 0,43 метрических тонны CO 2 . Обратите внимание, что метрическая тонна эквивалентна 1000 кг. Это означает, что 40 850 000 метрических тонн CO 2 или 40 850 000 000 кг CO 2 ежедневно выбрасываются в атмосферу только в результате потребления нефти! Это почти 15 миллиардов метрических тонн CO 2 в год! Этот расчет включает только потребление сырой нефти, а не других распространенных источников топлива, таких как природный газ, уголь, древесина и возобновляемые источники энергии, такие как этанол и биодизель.

      Для обсуждения:

      Подсчитано, что в зимние месяцы в Орегоне для обогрева среднего хорошо изолированного дома требуется около 40 БТЕ в час на квадратный фут. Если бы вы владели домом площадью 2000 квадратных футов, сколько БТЕ вам потребовалось бы для обогрева собственного дома в течение 1 месяца? (примерно 31 день в месяце). Если бы у вас был выбор обогрева дома природным газом, углем (лигнитом) или дровами, сколько кг каждого из этих видов топлива потребовалось бы для обогрева вашего дома в течение одного месяца? Сколько CO2 будет производиться каждым топливом каждый зимний месяц?

       
      (наверх)
      Реакции галогенирования (тип замещения)

      В присутствии тепла или света алканы могут реагировать с галогенами с образованием алкилгалогенидов (или галогеналканов). Этот тип реакции называется реакцией замещения , потому что атом галогена занимает место (или замещает) один из атомов водорода в структуре алкана. Следует отметить, что не все галогены одинаково реагируют с алканами.

      • Реакция между алканами и фтором: Эта реакция взрывоопасна даже на холоде и в темноте, и вы, скорее всего, получите углерод и фтористый водород, а не желаемую реакцию замещения.Для химиков-органиков это не представляет особого интереса, так как реакция может быть очень опасной и не дает желаемого продукта. Например, желаемым продуктом будет алкилфторид:

      CH 4   +   F 2   →   CH 3 F   +   HF

      Но реакция идет так быстро, что вот результат:

      CH 4   +   2F 2   →   C   +   4HF

      • Реакция между алканами и йодом: Йод никак не реагирует с алканами – по крайней мере, в нормальных лабораторных условиях.Так что эта реакция тоже бесполезна.
      • Реакции между алканами и хлором или бромом: В темноте реакции не происходит, но при наличии света и тепла реакция приведет к образованию желаемых алкилгалогенидов. Таким образом, мы сосредоточим наше обсуждение на реакциях галогенирования с хлором и бромом.
      Реакция метана и хлора

      В присутствии пламени реакции подобны реакции с фтором – образуется смесь углерода и галогеноводорода.Интенсивность реакции значительно падает по мере перехода от фтора к хлору и к брому. Интересные реакции происходят в присутствии ультрафиолетового света (подойдет солнечный свет). Это фотохимические реакции, которые происходят при комнатной температуре. Рассмотрим реакции с хлором, хотя реакции с бромом аналогичны, но развиваются медленнее.

      В реакции замещения атом водорода в метане заменяется атомом хлора. Это может происходить несколько раз, пока не будут заменены все атомы водорода.В конечном счете, чем дольше протекает реакция, тем больше атомов водорода в алкане заменяется. Таким образом, вы получите смесь хлорметана (CH 3 Cl), дихлорметана (CH 2 Cl 2 ), трихлорметана (CHCl 3 ) и тетрахлорметана (CCl 4 ).

      Исходная смесь бесцветного газа (CH 4 ) и зеленого газа (Cl 2 ) должна производить пары хлористого водорода (HCl) и туман органических жидкостей (смесь хлорированного метана).Все органические продукты являются жидкими при комнатной температуре, за исключением хлорметана (CH 3 Cl), который представляет собой газ.

      Эта реакция замещения является примером радикальной реакции, когда за один раз переносится только один электрон. Тепло или свет инициируют реакцию, разрывая связь между двумя атомами Cl в ионе хлорида. Это образует два радикала . Радикал  – это атом, молекула или ион с неспаренными валентными электронами.Таким образом, они очень нестабильны и реактивны. На приведенной ниже диаграмме показана первая стадия реакции галогенирования. Это называется посвящением .

       

                                      Инициирующая реакция

      Как только радикал инициируется, он атакует алкан, в данном случае метан (CH 4 ), и создает новый углеродный радикал. Эта стадия реакции называется размножением , поскольку один вид радикала создает или размножает другой радикал.

                                          Реакция распространения

      Заключительной стадией радикальной реакции является реакция обрыва , которая гасит присутствующие радикальные частицы. Для реакции метан-хлор это образование хлорметана (CH 3 Cl).

                                     Реакция завершения

      Таким образом, радикальные реакции протекают в три стадии:

      • Инициирование – , при котором образуются радикалы, как правило, под действием тепла, света или другого каталитического процесса.
      • Размножение — , когда один вид радикалов взаимодействует с другой молекулой с образованием другого вида радикалов.
      • Прекращение – , когда два вида радикалов взаимодействуют и гасят радикальную реакцию, образуя стабильный продукт.
      (наверх)
      Крупные алканы и хлор

      Как видно на примере с метаном, если вы галогенируете более крупные алканы, вы снова получите смесь продуктов замещения, но стоит просто кратко взглянуть на то, что происходит, если замещается только один из атомов водорода (монозамещение) — просто чтобы показать что все не так просто, как кажется! Например, с пропаном можно получить один из двух изомеров:

      .

       

      Если бы случай был единственным фактором, вы бы ожидали получить в три раза больше изомера с хлором на конце.Есть 6 атомов водорода, которые могут быть заменены на концевых атомах углерода, по сравнению только с двумя в середине. На самом деле вы получаете примерно одинаковое количество каждого из двух изомеров. Если вы используете бром вместо хлора, большая часть продукта образуется там, где бром присоединен к центральному атому углерода. Почему это происходит?

      Это связано со стабильностью промежуточного углеродного радикала, который образуется во время реакции. Углерод, который имеет больше углеродных соседей, будет легче терять водород и образовывать промежуточный углеродный радикал.Соседние атомы углерода, будучи больше, чем соседние атомы водорода, могут помочь стабилизировать образование углеродного радикала. Таким образом, в реакции галогенирования третичные углероды будут наиболее реакционноспособными, за ними следуют вторичные углероды и, наконец, первичные углероды. Четвертичные углероды нереакционноспособны, так как у них нет доступных атомов водорода, которые могут быть заменены галогеном.


      Реакции галогенирования с циклоалканами

      Реакции циклоалканов, как правило, такие же, как и у алканов, с атомами водорода в циклической кольцевой структуре, замененными атомом галогена.Например, в присутствии УФ-излучения циклопропан будет вступать в реакцию замещения с хлором или бромом точно так же, как нециклический алкан.

      Однако небольшие кольцевые структуры, особенно циклопропан, также способны реагировать в темноте. В отсутствие УФ-света циклопропан может вступать в реакции присоединения, в которых цикл разрывается. Например, с бромом циклопропан дает следующее линейное соединение.

      Это все еще может происходить в присутствии УФ-излучения, но вы также получите смесь реакций замещения.Кольцо сломано, потому что циклопропан сильно страдает от деформации кольца. Напомним, что валентные углы в кольце составляют 60°, а не обычное значение около 109,5°, когда углерод образует четыре одинарные связи.

      Упражнения по обзору концепции
      1. Почему алканы иногда называют парафинами?

      2. Какой галоген наиболее легко реагирует с алканами? Что реагирует наименее легко?

      Ответы
      1. Алканы не реагируют со многими обычными химическими веществами.Иногда их называют парафинами, от латинского parum affinis , что означает «мало родства».

      2. наиболее легко: F 2 ; наименее охотно: I 2

      Множество интересных и часто полезных соединений содержат один или несколько атомов галогена на молекулу. Например, метан (CH 4 ) может реагировать с хлором (Cl 2 ), заменяя один, два, три или все четыре атома водорода на атомы Cl. Несколько галогенированных продуктов, полученных из метана и этана (CH 3 CH 3 ), перечислены в таблице 7.6 вместе с некоторыми из их применений.

      Таблица 7.6: Некоторые галогенированные углеводороды


      Для вашего здоровья: галогенированные углеводороды

      Когда-то широко использовавшиеся в потребительских товарах, многие хлорированные углеводороды считаются канцерогенами (веществами, вызывающими рак), а также известно, что они вызывают серьезные повреждения печени. Примером может служить четыреххлористый углерод (CCl 4 ), который когда-то использовался в качестве растворителя для химической чистки и в огнетушителях, но больше не рекомендуется ни для того, ни для другого.Даже в небольших количествах его пары могут вызвать серьезное заболевание при длительном воздействии. Более того, он реагирует с водой при высоких температурах с образованием смертоносного газа фосгена (COCl 2 ), что делает использование CCl 4 в огнетушителях особенно опасным.

      Этилхлорид, напротив, используется в качестве наружного местного анестетика. При распылении на кожу он быстро испаряется, охлаждая участок настолько, что он становится нечувствительным к боли. Его также можно использовать в качестве экстренного общего анестетика.

      Бромсодержащие соединения широко используются в огнетушителях и в качестве антипиренов для одежды и других материалов. Поскольку они также токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, ученые занимаются разработкой более безопасных заменителей для них, как и для многих других галогенсодержащих соединений.


      Для вашего здоровья: хлорфторуглероды и озоновый слой

      Алканы, замещенные атомами фтора (F) и хлора (Cl), использовались в качестве диспергирующих газов в аэрозольных баллончиках, в качестве пенообразователей для пластмасс и в качестве хладагентов.Два наиболее известных из этих хлорфторуглеродов (ХФУ) перечислены в таблице 7.6.

      Хлорфторуглероды способствуют возникновению парникового эффекта в нижних слоях атмосферы. Они также диффундируют в стратосферу, где разрушаются ультрафиолетовым (УФ) излучением с высвобождением атомов Cl. Они, в свою очередь, разрушают молекулы озона (O 3 ), которые защищают Землю от вредного ультрафиолетового излучения. Действия во всем мире привели к сокращению использования ХФУ и родственных соединений. ХФУ и другие хлор- или бромсодержащие озоноразрушающие соединения заменяются более безопасными веществами.Одной из альтернатив являются гидрофторуглероды (ГФУ), такие как CH 2 FCF 3 , которые не содержат Cl или Br для образования радикалов. Другим примером являются гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), такие как CHCl 2 CF 3 . Молекулы ГХФУ легче разрушаются в тропосфере, и меньше озоноразрушающих молекул достигает стратосферы.

      Рисунок 7.13. Истощение озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озон в верхних слоях атмосферы защищает поверхность Земли от солнечного УФ-излучения, которое может вызывать рак кожи у людей, а также вредно для других животных и некоторых растений.Озоновые «дыры» в верхних слоях атмосферы (серые, розовые и фиолетовые области в центре) представляют собой большие области значительного истощения озонового слоя. Они встречаются в основном над Антарктидой с конца августа по начало октября и заполняются примерно в середине ноября. Истощение озонового слоя также было отмечено в арктических регионах. Самая большая из когда-либо наблюдаемых озоновых дыр образовалась 24 сентября 2006 года.


      Крекинг-алканы

      Что трещит? Крекинг — это название, данное разбиению больших молекул углеводородов на более мелкие и более полезные фрагменты.Это достигается за счет использования высоких катализатора высоких давлений и температур или более низких температур и давлений в присутствии катализатора . Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, не претерпевая при этом каких-либо необратимых химических изменений.

      Источником больших молекул углеводородов часто является фракция нафты или фракция газойля, образующаяся при фракционной перегонке сырой нефти (нефти).Эти фракции получают в процессе дистилляции в виде жидкостей, но перед крекингом повторно испаряют в газообразную фазу. В взломщике не происходит ни одной уникальной реакции. Молекулы углеводородов распадаются довольно случайным образом, образуя смеси более мелких углеводородов, некоторые из которых имеют двойные углерод-углеродные связи. Одной из возможных реакций с участием углеводорода C 15 H 32 может быть:

      C 15 H 32 → 2C 2 H 4 + C 3 H 6 + C 9 1 8 1 H 190

      Или, более ясно показывая, что происходит с различными атомами и связями:

      Это только один из способов распада данной конкретной молекулы.Обратите внимание, что помимо образования более мелких алканов в результате реакции крекинга также могут образовываться алкены с двойными связями. В этом случае алкены — этен (C 2 H 4 ) и пропен (C 3 H 6 ) — являются важными материалами для производства пластмасс или других органических химикатов. Октан является одной из молекул, обнаруженных в бензине (бензине).


      Взгляд ближе: Алкановая основа свойств других соединений

      Понимание физических свойств алканов важно, поскольку нефть и природный газ, а также многие продукты, получаемые из них — бензин, газ в баллонах, растворители, пластмассы и т. д. — состоят в основном из алканов.Это понимание важно еще и потому, что оно является основой для описания свойств других семейств органических и биологических соединений. Например, большая часть структур липидов состоит из неполярных алкильных групп. Липиды включают пищевые жиры и жироподобные соединения, называемые фосфолипидами и сфинголипидами, которые служат структурными компонентами живых тканей. Эти соединения имеют как полярные, так и неполярные группы, что позволяет им ликвидировать разрыв между водорастворимыми и водонерастворимыми фазами.Эта характеристика необходима для избирательной проницаемости клеточных мембран.

      Рисунок 7.13 Сравнение липидов и алканов. Трипальмитин (а), типичная молекула жира, имеет длинные углеводородные цепи, типичные для большинства липидов. Сравните эти цепи с гексадеканом (б), алканом с 16 атомами углерода.

      (наверх)

      7.5 Краткое содержание главы

      Чтобы убедиться, что вы поняли материал этой главы, вам следует просмотреть значения следующих выделенных жирным шрифтом терминов в резюме и спросить себя, как они относятся к темам этой главы.

      Органическая химия — химия соединений углерода, а неорганическая химия — химия всех остальных элементов. Атомы углерода могут образовывать прочные ковалентные связи с другими атомами углерода и с атомами других элементов, и это свойство позволяет образовывать десятки миллионов органических соединений. Углеводороды содержат только атомы водорода и углерода.

      Углеводороды, в которых каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами, называются алканами или насыщенными углеводородами .Они имеют общую формулу C n H 2 n + 2 . Любой данный алкан отличается от следующего в ряду единицей CH 2 . Любое семейство соединений, в котором соседние члены отличаются друг от друга определенным фактором, называется гомологическим рядом .

      Атомы углерода в алканах могут образовывать прямые или разветвленные цепи. Два или более соединений, имеющих одинаковую молекулярную формулу, но разные структурные формулы, являются изомерами друг друга.Для трех самых маленьких алканов нет изомерных форм; начиная с C 4 H 10 , все остальные алканы имеют изомерные формы.

      Циклоалканы представляют собой углеводороды, молекулы которых представляют собой замкнутые кольца, а не прямые или разветвленные цепи. Циклический углеводород представляет собой углеводород с кольцом из атомов углерода.

      Напомним, что структурная формула показывает все атомы углерода и водорода и то, как они связаны друг с другом. Сокращенная структурная формула показывает атомы водорода рядом с атомами углерода, к которым они присоединены.Формула линия-угол — это формула, в которой атомы углерода подразумеваются в углах и концах линий. Подразумевается, что каждый атом углерода связан с достаточным количеством атомов водорода, чтобы дать каждому атому углерода четыре связи

      Физические свойства алканов отражают тот факт, что молекулы алканов неполярны. Алканы нерастворимы в воде и менее плотны, чем вода.

      Алканы обычно не вступают в реакцию с лабораторными кислотами, основаниями, окислителями и восстановителями.Они горят (проходят реакции горения ).

      Алканы реагируют с галогенами, замещая атомы водорода одним или несколькими атомами галогена с образованием галогенированных углеводородов. Эта реакция называется галогенированием . Алкилгалогенид (галогеналкан) представляет собой соединение, полученное в результате замены атома водорода алкана атомом галогена.

      Более крупные алканы можно разбить на более мелкие алканы и алкены с помощью высокой температуры или катализаторов.Эти реакции называются реакциями крекинга .

      (наверх)

      7.6 Упражнения в конце главы
      1. Вы нашли банку без этикетки, содержащую твердое вещество, плавящееся при 48°C. Он легко воспламеняется и легко горит. Вещество нерастворимо в воде и плавает на поверхности. Является ли вещество органическим или неорганическим?

      2. В чем опасность проглатывания жидкого алкана?

      3. Различают более легкие и более тяжелые жидкие алканы с точки зрения их воздействия на кожу.
      4. Ниже приведена линейная формула алкана. Нарисуйте сжатую структуру.

      5. Напишите уравнения полного сгорания каждого соединения.

        1. бутан, C 4 H 10 (обычная жидкость для зажигалок)
        2. октан, C 8 H 18 (типичный углеводород в бензине).
      6. Плотность образца бензина 0,690 г/мл. На основе полного сгорания октана рассчитайте количество в граммах двуокиси углерода (CO 2 ) и воды (H 2 O), образующихся на галлон (3.78 л) бензина при использовании в автомобиле.

      7. Нарисуйте структуры четырех из девяти изомерных гексанов (C 7 H 16 ).

      8. Укажите, представляют ли структуры в каждом наборе одно и то же соединение или изомеры.

      9. Рассмотрите приведенные здесь формулы линейного угла и ответьте на вопросы.

        1. Какая пара формул представляет изомеры? Нарисуйте каждую структуру.
        2. Какая формула представляет собой алкилгалогенид? Напишите его сокращенную структурную формулу.
        3. Какая формула представляет собой циклический алкан?
        4. Это молекулярная формула соединения, представленного (i)?

      (наверх)

      7.7 Каталожные номера

      Текст для этой главы был адаптирован из ресурсов Creative Commons, перечисленных ниже, если в тексте не указано иное.

      1. Органическая химия (2016) Libretexts, UC Дэвис, Лицензия: Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 United States License. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Core/Organic_Chemistry
      2. .
      3. Ингалант. (2017, 12 февраля). В Википедии , Свободной энциклопедии . Получено 01:21, 13 февраля 2017 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Inhalant&oldid=765135147
      4. .
      5. Аноним. (2012) Введение в химию: общая, органическая и биологическая (V1.0). Опубликовано Creative Commons by-nc-sa 3.0. Доступно по адресу: http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/index.html
      6. .
      7. Физическая и теоретическая химия (2017) Libretexts, UC Дэвис, Лицензия: Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 United States License. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Chemical_Bonding/General_Principles_of_Chemical_Bonding/Bond_Energies.
      8. Нефть. (2017, 14 февраля). В Википедии , Свободной энциклопедии . Получено 06:29, 16 февраля 2017 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Petroleum&oldid=765440823
      9. .
      10. Болл, Д.В., Хилл, Дж.В., и Скотт, Р.Дж. (2016) КАРТА: Основы общей, органической и биологической химии . Свободные тексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Introductory_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_The_Basics_of_GOB_Chemistry_(Ball_et_al.)

       

       

       

      Какая химическая формула бензина? – Restaurantnorman.com

      Какая химическая формула бензина?

      Октан | C8h28 — PubChem.

      Как называется бензин?

      Бензин, также называемый бензином, также называемый газом или бензином, смесь летучих легковоспламеняющихся жидких углеводородов, получаемых из нефти и используемых в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Он также используется в качестве растворителя для масел и жиров.

      Что быстрее дизель или бензин?

      Хотя дизельный вариант имеет более высокий крутящий момент, чем бензиновый, он делает это при более низких оборотах, из-за чего переключение передач необходимо раньше, чем на бензине. Таким образом, бензин производит больше мощности и быстрее разгоняется от 0 до 100.

      Могу ли я купить 15-летнюю машину?

      По норме нельзя использовать автомобили старше 15 лет. Хоть их и можно перевести в новое состояние для перерегистрации, но это хлопотно. Вместо этого можно утилизировать машину.Владельцы автомобилей имеют возможность продать или передать свои автомобили соседнему государству до истечения срока действия их регистрационного удостоверения (RC).

      20-летняя машина слишком старая?

      В каком состоянии будет двадцатилетняя машина? Двадцатилетние автомобили, скорее всего, будут в довольно хорошем состоянии, если они прожили свою жизнь в бессолевом состоянии, обслуживались и хранились в гараже. Вы всегда можете сказать гаражному автомобилю, что лакокрасочное покрытие будет оригинальным и по-прежнему свежим.

      13-летняя машина слишком старая?

      Re: 12- или 13-летняя машина – это слишком старая машина? Определенно не слишком старый.И Protege тоже отличные машины. Он должен работать очень долго, если вы хорошо к нему относитесь.

      Стоит ли ремонтировать 15-летнюю машину?

      Нет, если он не ржавый и не опасный. Если техническое обслуживание своевременное, пробег довольно низкий и нет механических проблем, оставьте его. Вы никогда не получите то, что он стоит, если вы его продадите, а новый будет стоить вам от 25 000 долларов.

      Когда не следует ремонтировать машину?

      Согласно автомобильному сайту Edmunds and Consumer Reports, когда затраты на ремонт начинают превышать стоимость автомобиля или сумму ежемесячных платежей за замену в течение одного года, пришло время расстаться с автомобилем.

      Сколько лет нужно хранить новую машину?

      Увеличение срока службы стало возможным благодаря более надежным механическим деталям. Поскольку детали служат дольше и работают более эффективно, автомобили с годами требуют меньше обслуживания. По данным автомобильной исследовательской компании iSeeCars.com, новый автомобиль хранится в среднем 8,4 года.

      Должен ли я оставить старую машину?

      Правило «50 процентов». С чисто прагматической точки зрения почти всегда дешевле поддерживать существующую машину в рабочем состоянии, чем покупать новую.Если автомобиль хорошо выглядит и тщательно обслуживается, устранение механической проблемы сейчас может продлить его жизнь на десятки тысяч миль в будущем.

      Стоит ли оставлять 10-летнюю машину?

      Ухоженный 10-летний автомобиль, возможно, может быть лучшим вложением, чем новая модель, за которой не следили. Как правило, автомобиль надежен до 5 лет, если его обслуживали.

      13.05.03: Химический взгляд: бензин или биодизель?

      Технологические достижения постоянно разрабатывают новые способы сделать жизнь людей более удобной и эффективной.Автомобили, компьютеры и сотовые телефоны когда-то были предметами роскоши, а теперь стали предметами первой необходимости. Однако все эти удобства потребляют энергию для работы. В результате потребление энергии в мире постоянно растет, причем большая часть энергии поступает из ископаемого топлива. В Соединенных Штатах 81% энергии поступает из невозобновляемых ископаемых видов топлива. 1 Из-за растущей энергетической зависимости люди опасаются, что в мире заканчиваются ископаемые виды топлива, но у нас осталось много ископаемого топлива, которое мы можем использовать. 2 Благодаря технологическому прогрессу мы теперь можем использовать ранее недоступные источники ископаемого топлива. 3 Настоящую озабоченность вызывает загрязнение, возникающее в результате сжигания ископаемого топлива, и его воздействие на окружающую среду. 4

      В этом учебном разделе я намереваюсь рассказать учащимся о влиянии ископаемого топлива на окружающую среду с химической точки зрения. В течение четырех недель мои ученики будут изучать части стандартов штата Калифорния по химии в разделах, озаглавленных «сохранение вещества и стехиометрия» и «химическая термодинамика».» 5 Тема энергии свяжет воедино стандарты реакций, стехиометрии и тепловой энергии. Цель состоит в том, чтобы учащиеся установили связи между сложными химическими понятиями, используя тему, имеющую отношение к их жизни. Кроме того, учащиеся будут анализировать научные статьи об энергии, чтобы сформировать собственное мнение по вопросу потребления и сохранения энергии.В качестве кульминационной задачи учащиеся будут сравнивать и противопоставлять два источника энергии и выбирать один из них для продвижения в качестве основного источника энергии для своего сообщества.

      Мои ученики посещают среднюю школу Yerba Buena High School (YBHS) в Сан-Хосе, Калифорния. YBHS — одна из 12 крупных средних школ округа средней школы Ист-Сайд Юнион. Население нашей школы колеблется от 1600 до 1700 учащихся, из которых 69,5% учащихся имеют низкий доход, а 66,8% изучают английский язык. Большинство нашего населения состоит из латиноамериканских/латиноамериканских (57%) и азиатских (32%) студентов. 6 В 2012 году YBHS набрал 683 балла по Индексу успеваемости (API) и не достиг целевого показателя в 689 баллов. 7 В настоящее время школа находится на четвертом году реализации Программы усовершенствования, которая называется Стадией реструктуризации, которая требует разработки альтернативного управления для создания плана крупной реструктуризации в школе. 8 YBHS также борется с процентом выпускников, составляющим всего 65%, что значительно ниже, чем показатель выпускников нашего округа, составляющий 76%. Многие из студентов, которые будут участвовать в этом подразделении, будут первыми в своей семье, кто получит высшее образование. 9

      Аудитория этого раздела учебной программы: 10 th /11 th /12 th учащиеся общей химии и учащиеся химии AP. Студенты, решившие изучать общую химию, обычно намереваются продолжить свое образование в колледже, потому что химия является обязательным курсом для подготовки к колледжу. Большинство студентов, сдающих AP Chemistry, заинтересованы в изучении естественных наук и выбирают AP Chemistry как способ подготовки к курсу общей химии в колледже.Блок будет в основном ориентирован на студентов общей химии в качестве аудитории, но может быть изменен для учебной программы по химии AP. Я намерен преподавать этот раздел студентам, изучающим общую химию, в начале четверти 4 й четверти во время раздела по стехиометрии и дать студентам возможность вернуться к термохимии. Студенты-химики AP будут сдавать этот блок в середине 6 -й четверти.

      Учащиеся старшей школы Йерба-Буэна посещают 6 классов каждый день, каждое занятие длится 58 минут.Классы естественных наук AP спроектированы как блочные классы, поэтому учащиеся, сдающие AP химию, встречаются в течение 2 последовательных периодов. Весь округ следует этому формату, чтобы на уроках естественных наук AP было достаточно времени для лабораторных работ. Блок разработан таким образом, что действия могут быть включены в виде подразделов в три последовательных блока реакций, стехиометрии и термохимии, с заключительным завершающим действием, которое связывает блоки вместе. В качестве альтернативы, мероприятия также могут быть самостоятельными единицами в качестве обзора трех стандартов, показывающего, как они взаимосвязаны.

      Что такое энергия?

      В 2003 году профессор Университета Райса и лауреат Нобелевской премии Ричард Смолли составил список под названием «Десять главных проблем, с которыми человечество столкнется в ближайшие 50 лет». 10 В своем списке он поставил энергию как проблему номер один. Если энергия, возможно, является самой большой проблемой для современного общества, то важно понимать значение энергии. Для некоторых это слово может показаться загадочным, потому что это абстрактная сущность, неуловимая и неконкретная.В научном контексте энергия определяется как способность производить изменения или выполнять работу. Энергия может производить свет, тепло, движение, звук, рост и может питать технологии. 11 Подобно тому, как наше тело может принимать пищу и преобразовывать ее в энергию, необходимую для его функционирования, миру нужны способы захвата, хранения и преобразования энергии для функционирования. Разработка новых технологий для эффективного производства дорогостоящей энергии, такой как электричество и топливо, с использованием природных ресурсов является быстро развивающейся областью исследований в области энергетики.

      Каковы источники энергии?

      Существуют две основные категории источников энергии: невозобновляемая и возобновляемая энергия. Невозобновляемые источники энергии, как следует из названия, не могут быть восполнены после того, как источник энергии израсходован. Конечным источником невозобновляемой энергии является ископаемое топливо. Ископаемое топливо получают из растительных и животных материалов, которые разлагались и перерабатывались естественным образом в течение миллионов лет. Они хранятся под поверхностью земли и должны быть извлечены из-под земли.Эти источники энергии включают уголь, нефть и природный газ. 12

      С другой стороны, возобновляемые источники энергии считаются лучшими вариантами, чем невозобновляемые источники энергии, потому что их можно пополнять, и мы никогда не исчерпаем их. 13 Некоторыми источниками возобновляемой энергии являются энергия ветра, солнца, гидроэнергия и биотопливо. Энергия ветра может быть использована с помощью ветряных турбин и для производства электроэнергии. Солнечная энергия — это энергия, получаемая от солнечных лучей, которая может быть уловлена ​​фотогальваническими элементами.Солнечная энергия может быть преобразована в тепло или электричество. Вода также может поставлять энергию через плотины, чтобы улавливать энергию текущей воды для выработки электроэнергии. Наконец, растения и животные могут быть превращены в биотопливо, просто сжигая их или превращая в жидкое топливо, такое как биодизель. 14

      Рисунок 1: Блок-схема показывает общий обзор различных типов источников энергии. Красные части блок-схемы обозначают конкретные типы энергии, которые будут в центре внимания этого раздела.

      Очевидно, что есть много путей, по которым мы можем собирать энергию для собственного использования. Невозможно подробно рассказать обо всех различных источниках энергии, поскольку их слишком много. В этом блоке основное внимание будет уделено двум источникам энергии, используемым специально для транспорта. Рисунок 1 представляет собой схему различных типов энергии. Это ни в коем случае не исчерпывающий список. Этот блок специально сравнивает два источника энергии. Высокооктановый бензин, произведенный из нефти, станет основой невозобновляемой энергии, а биодизельное топливо, изготовленное из семян растений, станет источником возобновляемой энергии.

      Высокооктановый бензин

      В настоящее время 28% всего производства энергии в США приходится на транспорт. Это вторая по величине область потребления энергии после электроэнергии с потреблением 40%. 15 В большинстве автомобилей в качестве топлива используется неэтилированный высокооктановый бензин. Высокооктановый газ представляет собой смесь не менее 500 различных углеводородов с числом атомов углерода от 5 до 12. Эта смесь создается из сырой нефти, прошедшей множество этапов очистки. 16 При воспламенении бензин выделяет много энергии, которая используется для движения автомобиля. Бензин с высоким октановым числом проходит через реакцию горения, которая расщепляет бензин при взаимодействии с кислородом на углекислый газ и воду. Для сравнения: в 2008 году в США было зарегистрировано более 244 миллионов автомобилей по сравнению с 79 000 зарегистрированных автомобилей в 1905 году, когда был представлен первый доступный автомобиль. 17

      Сырая нефть, также известная как нефть, представляет собой тип ископаемого топлива.Существуют разные сорта сырой нефти, и каждый сорт используется для разных целей. Некоторые из, возможно, неожиданных применений сырой нефти — это одежда, капсулы с витаминами, шины и даже зубная паста. Сырая нефть малопригодна, но ее можно перерабатывать для производства множества полезных продуктов, начиная от асфальта для строительства и заканчивая пластмассами. Существует три основных процесса переработки сырой нефти в желаемый продукт. Вот эти три шага: разделение, преобразование и очистка. 18

      На стадии сепарации сырая нефть перегоняется и разделяется, используя различные температуры кипения компонентов сырой нефти.Некоторыми примерами компонентов с низкой температурой кипения являются бутан и пропан, а примерами компонентов с высокой температурой кипения являются промышленные топлива и асфальтовая основа. Сырая нефть помещается в дистилляционную колонну, так что соединения с более низкой температурой кипения превращаются в пары и поднимаются вверх по дистилляционной колонне, а соединения с высокой температурой кипения остаются внизу. 19 Таким образом, смесь сырой нефти может быть разделена на различные компоненты.

      Некоторые компоненты можно использовать после этапа разделения, но другие должны пройти процесс преобразования для преобразования низкоценной нефти в высокоценную, особенно бензин.Это делается путем взятия низкоценных углеводородных масел с длинной цепью и разрыва цепей для создания более мелких молекул, которые имеют более высокую ценность. Некоторыми примерами этих более дорогих масел являются керосин, используемый в качестве топлива для реактивных двигателей, бензин и дизельное топливо. 20

      На последнем этапе преобразованные компоненты должны быть очищены. Основной целью этого шага является удаление серы. Это осуществляется путем гидроочистки, при которой компоненты реагируют с водородом при нагревании и высоком давлении в присутствии катализатора.Серу из преобразованных компонентов извлекают, в результате чего получают сероводород (H 2 S) и теперь уже десульфурированный продукт. Теперь продукт готов к использованию, а сероводород далее перерабатывается в элементарную серу и воду. 21

      Биодизель

      Одним из многих возможных возобновляемых источников энергии, которые в настоящее время изучаются, является биотопливо. Биодизель — это особый вид биотоплива, который можно производить путем переработки отработанного масла для жарки, такого как кукурузное масло, с кухни, или его можно использовать из семян растений.Некоторые из наиболее распространенных источников биодизеля поступают из рапсового масла, подсолнечного масла и соевого масла. 22 Масла преобразуются в биодизельное топливо с помощью химического процесса, чтобы они могли стать топливом для двигателей транспортных средств.

      Рисунок 2: Структура триглицеридов. Красная рамка указывает на часть глицерина, а зеленая рамка указывает на цепи жирных кислот. 23

      Структура растительного масла, используемого для производства биодизеля, называется триглицеридом.Оно содержит молекулу глицерина, которая присоединена к трем цепям жирных кислот, как показано на рис. 2. Растительное масло нельзя использовать непосредственно в дизельном двигателе, поскольку оно слишком вязкое, и поэтому его необходимо химически преобразовать в биодизель. Это делается с помощью процесса, называемого переэтерификацией, при котором глицерин из растительного масла заменяется метанолом, в результате чего образуются три цепи жирных кислот. Эти разделенные цепи жирных кислот теперь можно использовать в качестве биодизеля. 24

      Рисунок 3: Производство биодизеля.Слева показана структура глицерина. Правая структура показывает три отдельные цепи жирных кислот, которые теперь называются биодизельным топливом.

      Процесс производства биодизеля относительно прост. Одним из преимуществ биодизеля является то, что его можно производить в больших количествах в промышленности или в небольших количествах в домашних условиях. Первым шагом к созданию биодизеля является объединение метанола с гидроксидом натрия для получения метоксида натрия (NaOCH 3 ). Метоксид натрия добавляют к растительному маслу для удаления глицерина и высвобождения цепей жирных кислот в виде сложных эфиров.Глицерин более плотный, чем сложные эфиры жирных кислот, и будет оседать на дне смеси, после чего можно будет выделить биодизельное топливо. 25 Затем биодизель очищается водой, чтобы вымыть излишки глицерина, и затем может использоваться в качестве источника топлива.

      Энергетические реакции

      Химические реакции происходят, когда молекулы изменяют свой химический состав. Существует пять основных типов реакций: однократное замещение, двойное замещение, реакции разложения, синтеза и горения.Энергия как высокооктанового газа, так и биодизеля высвобождается в процессе, называемом сгоранием. Реакция горения происходит, когда органическая молекула, состоящая из атомов углерода, водорода и кислорода, взаимодействует с молекулами кислорода в воздухе. Искра необходима для преодоления энергии активации, необходимой для начала реакции. Как только она начинается, реакция высвобождает энергию и образует в качестве продуктов углекислый газ и молекулы воды. 26 Ниже приведено общее химическое уравнение.

      CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O 2 —> x CO 2 + (y/2)H 2 O(уравнение 1)

      При выражении реакций в виде химического уравнения оно также должно быть выражено в соответствии с законом сохранения материи, который гласит, что материя не может быть создана или уничтожена.В химических уравнениях это показано путем балансировки химического уравнения. И левая сторона (реагенты), и правая сторона (продукты) стрелки должны иметь одинаковое количество атомов. Приведенные ниже уравнения демонстрируют сгорание октана и биодизельного топлива (используется средняя молекула в правой части рисунка 3).

      2 C 8 C 8 H 8 9 1 8 + 2 o 2 -> 16 CO 2 + 18 H 2 o (Уравнение 2)

      C 1 9 9 3 9 3 9 6 O 2 + 9012 2 9 + 2 -> 2 -> 19 CO 2 + 9012 2 H 2 o (Уравнение 3)

      Уравнения баланса могут быть трудными, потому что не существует математического уравнения, которое каждый раз будет давать правильный ответ.Однако можно выполнить шаги, чтобы получить правильное сбалансированное уравнение. Первый шаг — написать химическое уравнение с правильными химическими формулами для реагентов слева и продуктов справа. Затем определите атомы в самом сложном веществе и сбалансируйте эти атомы. Атомы, встречающиеся в виде свободных элементов, должны уравновешиваться в последнюю очередь. Наконец, если какой-либо коэффициент в сбалансированном уравнении является дробью, то все уравнение необходимо умножить на знаменатель дроби, чтобы убедиться, что используются целые числа коэффициентов. 27

      Стехиометрия энергетических реакций

      После того, как энергетическая реакция записана в виде сбалансированного химического уравнения, можно проанализировать взаимосвязь между тем, что вводится, и тем, что получается в результате реакции. В частности, интерес в энергетических реакциях представляет собой выход молекул углекислого газа, парникового газа, представляющего интерес для этой установки. Коэффициенты для сбалансированных уравнений показывают мольные отношения между молекулами, участвующими в реакции.Из приведенных выше примеров видно, что две молекулы октана дадут 16 молей углекислого газа. Количество произведенных молей углекислого газа в 8 раз превышает количество сожженных молей октана. Для сравнения, биодизельное топливо представляет собой более крупную молекулу и производит 19 молей углекислого газа на один моль биодизеля.

      Мало того, что мы можем сделать эти расчеты, глядя на молекулярные отношения между продуктами и реагентами, более практично обсуждать эту реакцию с точки зрения массы.Октан имеет молярную массу 114,23 г/моль, а молярная масса диоксида углерода составляет 44,01 г/моль. Например, если было сожжено 500 граммов топлива с октановым числом, можно рассчитать массу образовавшегося углекислого газа, используя их стехиометрическое соотношение. 500 граммов октана выбрасывают в атмосферу 1540 граммов CO 2 . Молярная масса биодизеля составляет 296,50 г/моль, поэтому он более чем в два раза тяжелее октана. Используя тот же пример, 500 граммов биодизельного топлива выделяют 1410 граммов углекислого газа.

      Это может показаться нелогичным, поскольку уравнение 1 показывает, что образуется 16 молекул или молей углекислого газа, по сравнению с уравнением 2, которое показывает 19 молекул или молей биодизеля. Это хорошая возможность указать на разницу между отношением моль к молю, которое описывает количество, и отношением граммов к грамму, которое описывает массу. Поскольку биодизель представляет собой более крупную молекулу, 500 граммов биодизеля фактически содержат меньше молей, чем 500 граммов октана. В результате при сгорании биодизеля образуется меньше углекислого газа, чем при той же массе октанового бензина.

      Тепло, аккумулированное химическими связями

      Причина, по которой ископаемое топливо является таким ценным источником топлива, заключается в том, что из относительно небольшого его количества можно получить большое количество энергии. Энергия источника топлива хранится в связях молекул. Энергию, высвобождаемую из источников топлива, можно рассчитать численно, рассматривая энергии связи. Энергия должна быть вложена, чтобы разорвать связи, но энергия высвобождается, когда связи разрываются. Если происходит чистое выделение энергии, эта реакция является экзотермической, и числовому значению присваивается отрицательный знак, чтобы указать на выделение энергии. 28 Если имеет место чистое поглощение энергии, эта реакция является эндотермической, и числовое значение имеет положительный знак.

      Взглянув на молекулу октана из предыдущих примеров, учащиеся могут рассчитать энергию, необходимую для разрыва связей, и сравнить ее с энергией, выделяемой при образовании связей продуктов. Реакция из уравнения 2 записана ниже таким образом, что показывает количество разорванных связей на стороне реагента и количество связей, образованных на стороне продукта.

      2 (18 C-H + 7 C-C) +25 (O=O) -> 16 (2 C=O) + 18 (2 H-O) (уравнение 4)

      Таблица 1: Средняя энергия связи для связей, которые разрываются или образуются во время реакции горения топлива. 29

      Энергия разорванных связей в октане рассчитана как 32100 кДж, а образовавшиеся связи выделяют -42400 кДж энергии. Это означает, что на 2 моля октана выделяется -10300 кДж энергии. Это означает, что 1 моль октана выделяет -5150 кДж и что избыточная энергия — это то, что мы можем использовать для питания наших автомобилей.Такой же расчет можно сделать для уравнения 3, сжигание биодизеля. Моль биодизеля выделит -11300 кДж энергии. С точки зрения количества, биодизель выделяет больше энергии на моль, чем октан.

      Как упоминалось в предыдущих параграфах, также важно сравнивать энергосодержание для эквивалентной массы, поскольку октан и биодизель имеют разные молярные массы. Это показывает более четкую картину сравнения энергии, потому что в реальной жизни более практично измерять массы топлива, чем моли топлива.Используя пример 500. граммов каждого вида топлива, октановое число будет выделять -22500 кДж, а биодизельное топливо будет производить -19100 кДж энергии. В этом случае октан выделяет больше энергии по массе.

      Так в чем смысл?

      Энергетический кризис

      Взглянув на потребление энергии в британских тепловых единицах (БТЕ) ​​в Соединенных Штатах, потребление энергии в 1949 году составило 31,982 квадриллиона БТЕ. Сегодня страна использует 97 301 квадриллион БТЕ энергии. 30 Резкое увеличение количества потребляемой энергии в Соединенных Штатах привело к переходу от невозобновляемых источников энергии к возобновляемым или устойчивым источникам энергии.

      Несмотря на данные, свидетельствующие о значительном увеличении потребления энергии, утверждается, что нет необходимости опасаться исчерпания источников энергии. Как видно из предыдущих энергетических кризисов, эти кризисы преодолеваются с развитием технологий для удовлетворения потребностей потребителей. 31 Энергетика сегодня озабочена не дефицитом ресурсов, а дефицитом темпов добычи нефти. 32

      Если ископаемого топлива действительно достаточно для поддержания жизни населения, то следующим шагом будет рассмотрение последствий использования текущего количества энергии и определение того, сможет ли окружающая среда справиться с текущим потреблением энергии.Основной проблемой использования энергии является увеличение выбросов парниковых газов, вызывающих глобальное изменение климата. В частности, при сгорании бензина и биодизеля в воздух выделяется углекислый газ, который является одним из крупнейших факторов изменения климата. Однако между двумя источниками энергии есть два ключевых различия.

      Как упоминалось ранее, биодизель является возобновляемым источником энергии, в то время как высокооктановый бензин не возобновляем. Кроме того, биодизель производится с использованием растений, которые являются частью текущего углеродного цикла и, следовательно, не выбрасывают в атмосферу новый углекислый газ.Растения получают энергию от солнца и используют эту энергию для фотосинтеза. Фотосинтез — это процесс, при котором растения поглощают солнечный свет, углекислый газ и воду из атмосферы для производства газообразного кислорода, который выбрасывается в воздух, и сахара, который накапливается в растении (уравнение 5)

      .

      Солнечный свет + CO 2 + H 2 O —> O 2 + (CH 2 O) (уравнение 5)

      (CH 2 O) + O 2 —> H 2 O + CO 2 (уравнение 6)

      (CH 2 O) — это сокращенное обозначение углевода.Животные зависят от фотосинтеза растений как источника кислорода и сахара (в пищу). Когда животные дышат, они возвращают растениям углекислый газ, необходимый для фотосинтеза (см. уравнение 6). 33 Сжигание биодизельного топлива не приводит к увеличению выбросов углекислого газа в атмосферу, но превращает углерод, который уже является частью углеродного цикла из растительных веществ, в атмосферный углекислый газ. Другими словами, в биодизельном топливе не используется секвестрированный углерод, поэтому он фактически считается углеродно-нейтральным соединением.

      Сжигание ископаемого топлива также приводит к выбросу CO 2 в воздух. Однако проблема с выбросами углекислого газа возникает из-за того, что ископаемое топливо представляет собой секвестрированные молекулы углерода. Эти молекулы углерода были погребены глубоко под землей и не являются частью атмосферного углеродного цикла. При сгорании этих видов топлива в атмосферу поступает новый углекислый газ. Повышенное содержание углекислого газа предотвращает утечку нежелательного тепла из атмосферы. Дополнительное тепло, содержащееся в земной атмосфере, воздействует на окружающую среду. 34 Этот эффект называется глобальным изменением климата.

      Бензин или биодизель: что лучше?

      Хотя верно то, что высокооктановый бензин вносит большой вклад в глобальное изменение климата, он по-прежнему является предпочтительным топливом для транспорта. Идеальное топливо, которое обеспечивает большое количество чистой энергии, которую можно эффективно использовать при низких затратах, еще предстоит найти. Многие другие факторы, такие как экономика топливной и энергетической политики, должны быть проанализированы, чтобы понять причины, по которым люди предпочитают бензин с более высоким содержанием углерода, а не более чистое топливо.

      Одной из главных движущих сил для бензина является наличие достаточных запасов нефти, которая может быть преобразована в бензин. Новые технологии, которые позволяют нам добывать нефть из источников, которые мы когда-то считали невозможными, открыли возможности для добычи нефти. Например, сланцевая нефть — это осадочная порода, которая при нагревании может выделять нефтяные жидкости. 35 До недавнего времени считалось, что извлечь жидкую нефть из твердой породы невозможно.Однако это новое открытие открыло для нас новый источник нефти, который мы можем использовать вместо обычной сырой нефти.

      Помимо обилия нефтяного топлива, стоимость высокооктанового бензина относительно дешева. 36 С экономической точки зрения более целесообразно использовать в качестве топлива высокооктановый бензин, поскольку он относительно дешев (3,99 долл. США за галлон) по сравнению с коммерческим биодизелем (4,11 долл. США за галлон). 37 Трудно побудить людей платить больше за биодизельное топливо из соображений защиты окружающей среды, когда бензин дешевле и более доступен на заправочных колонках.

      Другая проблема биодизеля заключается в том, что его производство неэффективно. В 2011 году 9% энергии в США приходилось на возобновляемые источники энергии, а из этих 9% только 13% использовалось на транспорте. 38 Проблема заключается в том, что, поскольку биодизельное топливо получают из растений, для производства топлива должно быть достаточно растительного материала. Чтобы биодизель оказал существенное влияние, энергия может производиться путем преднамеренного выращивания энергетических культур. Однако для этого требуется значительное количество земли и воды.Кроме того, фотосинтез — неэффективный процесс, который преобразует только 1% солнечной энергии в биомассу. 39 В свете этих проблем биодизельное топливо может оказаться нецелесообразным источником энергии.

      Ответ на вопрос, что лучше, зависит от личных убеждений каждого человека и его потребностей. На этот вопрос сложно ответить, но он также дает учащимся возможность взвесить все «за» и «против» каждой стороны и принять собственное решение. Конечно, это не единственные варианты источников энергии, как указано на рисунке 1.Хотя есть большой толчок к поиску одного источника энергии, который обеспечит все энергетические потребности мира, возможно, поиск способов использования нескольких источников энергии в умеренных количествах является вариантом, который также следует изучить.

      Студенты учатся по-разному. Некоторые учатся визуально, в то время как другие лучше понимают идеи и концепции, выполняя действия. Проблема с обучением большой группы студентов в классе заключается в том, что очень трудно дифференцировать обучение, чтобы удовлетворить потребности стилей обучения каждого отдельного учащегося.Этот модуль будет включать в себя несколько стратегий обучения, так что на протяжении всего модуля студенты будут учиться, участвуя в различных мероприятиях.

      Химия — сложный предмет, потому что концепции могут быть трудными для понимания. Студенты не могут видеть атомы, не говоря уже о том, чтобы сосчитать моль атомов. Им трудно понять, как образуются связи и идею передачи энергии. Тем не менее, это также класс, который позволяет учащимся увидеть доказательства этих концепций через реакции. Одна из стратегий, которая включена в этот раздел, — это демонстрации.Поскольку источники топлива опасны, демонстрации — отличный способ безопасно показать учащимся химические понятия.

      Наряду с демонстрациями лабораторные занятия также помогают учащимся проводить химические реакции, о которых они узнают в курсе. Студенты часто борются с лабораторными навыками, особенно в химической лаборатории, и безопасность является серьезной проблемой, потому что учащиеся иногда могут работать с токсичными химическими веществами и открытым огнем. Тем не менее, это ценный инструмент, потому что лабораторные занятия дают кинестетическим учащимся возможность учиться на практике и помогают им практиковать навыки безопасности.Общий базовый стандарт для 9-10 классов естественных наук -го класса заключается в том, что учащиеся смогут «точно следовать сложной многоступенчатой ​​процедуре при проведении экспериментов, проведении измерений или выполнении технических задач, уделяя внимание особым случаям или исключениям, определенным в текст.» 40 Этот стандарт хорошо вписывается в этот модуль, и учащиеся не только пройдут лабораторные этапы, но и попытаются понять цель каждого этапа и то, как он вписывается в содержание, которое они изучают.

      Уроки естественных наук также играют важную роль в развитии критического мышления учащихся. Поскольку мы изучаем вопросы об энергии, на которые нет четких ответов, учащиеся также будут проводить исследования и анализировать статьи, чтобы сформировать собственное мнение по теме энергии. Еще один общий базовый стандарт научной грамотности заключается в том, что учащиеся смогут анализировать текст и определять основные идеи. 41 Цель состоит в том, чтобы учащиеся также творчески мыслили нестандартно, чтобы даже разрабатывать свои собственные идеи по созданию эффективной, возобновляемой, чистой энергии.

      Наконец, учащиеся будут выражать свое мнение и защищать его, используя прочитанные статьи и собственные исследования. Публичное выступление является важным навыком, который учащиеся должны развивать, но им не предоставляется много возможностей для этого в классе. В этом блоке они проведут презентацию, в которой объяснят классу свою точку зрения, а также предложат решения нашего энергетического кризиса.

      Мероприятие 1: Демонстрации сжигания метана и изопропилового спирта

      CH 4 + 2 O 2 —> CO 2 + 2 H 2 O (уравнение 7)

      Студенты смогут визуально увидеть 2 реакции горения.Первой реакцией является сжигание газообразного метана (уравнение 7). В этой демонстрации газообразный метан захватывается мыльным пузырем, а затем поджигается. Студенты увидят пламя в воздухе, когда метан сгорает, и четко продемонстрируют реакцию горения.

      Для проведения этой демонстрации необходим легкий доступ к газопроводу. В большинстве школьных газопроводов используется метан, но учителям следует перепроверить, прежде чем проводить этот эксперимент. Для этой демонстрации требуется три установки.Во-первых, необходимо приобрести резиновую трубку длиной около 3 метров. Один конец подключается к газовой линии, а другой конец прикрепляется к пластиковой воронке. Второй набор представляет собой неглубокое ведро со смесью мыла и воды. Чтобы проверить мыльную воду, поместите отверстие воронки в мыльную воду, и на отверстии воронки должна появиться пленка. Окончательная установка — это длинная палка, например метровая линейка, со свечой на конце.

      Начните демонстрацию, поместив отверстие воронки в мыльную воду.Убедитесь, что мыльная пленка закрывает отверстие воронки. Когда газ включается, газообразный метан проходит через трубку в воронку и образует пузырь, заполненный газообразным метаном. Требуется только небольшое количество газа, иначе пузырь лопнет, поэтому необходима практика, чтобы освоиться с этим шагом. Пузырь осторожно высвобождается из воронки легким движением руки. Поскольку метан менее плотный, чем воздух, пузырь будет всплывать к потолку. Пока пузырь находится в воздухе, в него помещается зажженная свеча, которая лопает пузырь и воспламеняет газ метан.Учащиеся увидят реакцию горения в воздухе (см. Приложение B)

      2 C 3 H 7 OH + 9 O 2 —> 6 CO 2 + 8 H 2 O (уравнение 8)

      Вторая демонстрация включает сжигание изопропилового спирта в 5-галлонной пластиковой бутылке (уравнение 8). Эта демонстрация уместна после того, как учащиеся попрактиковались в уравновешивании уравнений и в некоторой степени освоились со стехиометрическими расчетами. Поскольку уравновешивание этого уравнения сложнее, чем сжигание газообразного метана, оно может быть использовано учащимися как возможность для выполнения некоторых расчетов.Перед самой демонстрацией попросите учащихся самостоятельно сбалансировать уравнение и предсказать, сколько воды должно получиться при сгорании определенного количества изопропилового спирта.

      Чтобы выполнить эту демонстрацию, 15 мл (примерно 11,80 г) изопропилового спирта наливают в 5-галлонную пластиковую бутылку. Затем бутылку закрывают крышкой и поворачивают так, чтобы спирт покрывал стенки бутылки. Это делается для того, чтобы спирт испарился внутри бутылки и был готов к сгоранию.Если жидкость все еще осталась во флаконе, откройте крышку, выбросьте жидкость и немедленно закройте крышкой. Взвесьте выброшенную жидкость, чтобы рассчитать, сколько изопропилового спирта осталось в бутылке. Рассчитанная масса будет использоваться для определения массы воды, которая должна быть получена в результате реакции. Затем крышку бутылки открывают и в отверстие помещают зажженную свечу, прикрепленную к метровой палочке. Когда спирт воспламеняется, учащиеся могут видеть реакцию горения в бутылке, после чего в бутылке остается вода, продукт реакции горения.Эта демонстрация поможет учащимся попрактиковаться в уравнениях баланса и найти стехиометрическое соотношение между массой сгоревшего изопропилового спирта и массой оставшейся воды. Кроме того, учащиеся могут рассчитать процентную доходность и обсудить источники ошибок (см. Приложение C).

      Мероприятие 2: Производство биодизеля

      Лабораторная деятельность для этого блока будет заключаться в производстве биодизеля из растительного масла. Студенты начнут с растительного масла и разорвут связи триглицеридов с помощью метоксида натрия.После изготовления биодизеля учащиеся могут сравнить его с растительным маслом с помощью теста на вязкость, чтобы увидеть разницу между исходным растительным маслом и их конечным биодизельным продуктом.

      Сама процедура производства биодизеля из растительного масла проста, но требует много времени. Студенты должны работать в парах для этой лабораторной работы, если имеется достаточное оборудование. Лаборатория продлится два дня. В первый день студенты возьмут растительное масло и сделают биодизельное сырьё методом переэтерификации.Для этого учащиеся отмеряют 14,0 мл метанола и помещают реагент в банку с крышкой. Затем они отмеряют 0,50 грамма гидроксида натрия и добавляют гидроксид натрия в банку с метанолом. Надев крышку, учащиеся встряхивают банку, чтобы растворить весь гидроксид натрия. Это экзотермическая реакция, поэтому учащиеся должны заметить, что банка нагревается. Давление также будет расти, поэтому учащиеся должны периодически открывать крышку банки, чтобы сбросить давление. Конечным продуктом этой реакции является метоксид натрия.

      Затем учащиеся получат 60 мл теплого растительного масла (около 50 o C). Затем к метоксиду натрия медленно добавляют теплое растительное масло. Закрыв крышку еще раз, учащиеся осторожно, но энергично встряхивают смесь в течение не менее 10 минут. Затем банку следует пометить и отложить на следующий день, чтобы глицерин и биодизель отделились.

      На следующий день учащиеся должны увидеть два слоя в своей банке. Глицерин будет казаться мутным на дне банки, а биодизель в верхнем слое должен быть светло-желтым и прозрачным.Образовавшийся продукт представляет собой сырое биодизельное топливо, которое можно промыть для дальнейшей очистки. Это делается путем заливки только верхнего слоя биодизеля в делительную воронку, добавления дистиллированной воды к неочищенному биодизелю и встряхивания смеси. Полярность молекул воды удаляет все примеси, оставляя более чистое биодизельное топливо. Промывку неочищенного биодизеля лучше всего проводить в качестве демонстрации, так как она может быть грязной и занимать много времени. Кроме того, при отсутствии делительной воронки этап промывки можно пропустить.

      Сравнение вязкости продукта и исходного растительного масла поможет учащимся определить, удалось ли им создать биодизель. Если капли биодизеля и растительного масла стекают по наклонной поверхности, биодизельное топливо должно двигаться быстрее, потому что оно менее вязкое, чем растительное масло. В постлабораторной работе учащиеся рассчитывают процент выхода, используя объем использованного растительного масла и объем произведенного ими биодизеля. Объем используется для процентной доходности вместо массы, потому что заправочные станции используют доллары/объем для ценообразования.Затем учащиеся посчитают, сколько растительного масла потребуется для заправки 10-галлонной цистерны биодизельным топливом. См. Приложение D для лабораторного листа биодизеля.

      Занятие 3: Чтение научных статей и отчетов

      Часть этого модуля предназначена для студентов, чтобы рассчитать энергию, выделяемую из высокооктанового бензина и биодизеля. После того, как учащиеся рассчитали выход энергии, они могут задаться вопросом, почему существует толчок к биодизелю, когда выход энергии меньше, чем у высокооктанового бензина. В это время студенты познакомятся с идеей глобального изменения климата и воздействием высокооктанового бензина, произведенного из ископаемого топлива, на окружающую среду.Они будут читать статьи, взятые из научных источников, которые выражают разные точки зрения. В некоторых статьях утверждается, что в мире заканчивается ископаемое топливо, в то время как в других утверждается, что энергии из ископаемого топлива предостаточно. Некоторые статьи поддерживают производство биодизеля, в то время как другие указывают на его недостатки.

      После прочтения нескольких статей и проведения собственных исследований в Интернете учащимся будет предложено составить собственное мнение о том, что, по их мнению, будет лучшим топливом для их сообщества, и подтвердить свое мнение фактами из собственных исследований.Учащиеся напишут убедительное эссе на основе рубрики в Приложении E.

      .

      Упражнение 4: Презентация

      Когда учащиеся закончат писать сочинение и смогут уверенно изложить свои взгляды, они вместе с партнером создадут презентацию о наилучшем источнике энергии для своего сообщества. Изюминка этой презентации заключается в том, что каждой паре будет назначена определенная группа, интересующаяся энергией, и презентация должна быть сделана с точки зрения этой конкретной группы.Некоторыми примерами этих групп являются нефтяные компании, школы, студенты колледжей и защитники окружающей среды. Цель презентации состоит в том, чтобы учащиеся осознали сложность этой темы в том смысле, что каждая заинтересованная группа имеет свою точку зрения и нет четкого решения этого очень важного вопроса.

      Внедрение окружных стандартов

      9-12 классы: Стандарты штата Калифорния по химии:

      3.а. Учащиеся умеют описывать химические реакции, составляя сбалансированные уравнения.

      3.д. Учащиеся умеют вычислять массы реагентов и продуктов химической реакции по массе одного из реагентов или продуктов и соответствующим атомным массам.

      3.f* Учащиеся знают , как рассчитать процентный выход в химической реакции.

      7.б. Учащиеся знают, что химических процессов могут либо выделять (экзотермические), либо поглощать (эндотермические) тепловую энергию.

      Инициатива Common Core State Standards: наука и технические предметы

      9-10 классы: общие базовые стандарты

      СССС.ELA-Literacy.RST.9-10.3 Точно следовать сложной многоэтапной процедуре при проведении экспериментов, проведении измерений или выполнении технических задач, обращая внимание на особые случаи или исключения, определенные в тексте.

      CCSS.ELA-Literacy.RST.9-10.9 Сравнивайте и сопоставляйте результаты, представленные в тексте, с данными из других источников (включая их собственные эксперименты), отмечая, когда результаты подтверждают или противоречат предыдущим объяснениям или отчетам.

      11–12 классы: общие базовые стандарты

      СССС.ELA-Literacy.RST.11-12.1 Приведите конкретные текстовые доказательства в поддержку анализа научных и технических текстов, обращая внимание на важные различия, которые делает автор, а также на любые пробелы или несоответствия в изложении.

      Демонстрация метанового пузыря

      (модифицировано из Flinn Scientific «Chem Fax: Methane Bubbles»)

      Материалы:

      1-метровая палка со свечой на одном конце

      1 спичка или зажигалка

      3-4 метра резиновой трубки

      1 воронка

      120 мл жидкого средства для мытья посуды

      800 мл воды

      1 небольшое ведро или контейнер

      газопровод метана

      Безопасность:

      1.Наденьте термостойкий фартук и защитные очки.

      2. Образовавшийся пузырь метана не должен быть больше 4-5 дюймов в диаметре. Большие пузыри могут быть опасны.

      3. Не поджигайте пузыри рядом с лампочками или детекторами дыма.

      4. Имейте наготове огнетушитель на случай аварии.

      Подготовка к демонстрации:

      1. Возьмите резиновую трубку и подсоедините один конец к газовой линии, а другой конец к воронке.

      2.Добавьте 120 мл средства для мытья посуды в маленькое ведро и добавьте 800 мл воды.

      Процедуры демонстрации

      1. Поместите воронку в мыльную воду так, чтобы на отверстии воронки образовалась мыльная пленка.

      2. Откройте линию газообразного метана, чтобы заполнить воронку газообразным метаном. В конце воронки появится пузырь.

      3. Аккуратным движением запястья стряхните пузырек с воронки.

      4. Пузырь начнет подниматься к потолку.Когда пузырь подвешен в воздухе, прикоснитесь к пузырю зажженной свечой и наблюдайте за большим пламенем.

      Советы:

      1. Всегда тренируйтесь на демонстрациях, прежде чем демонстрировать их в классе.

      2. Эту демонстрацию трудно провести в одиночку. Шаги 1-3 процедуры может выполнить студент-добровольец, но с зажженной свечой должен работать учитель.

      Демонстрация сжигания изопропилового спирта

      (модифицировано из Flinn Scientific «Chem Fax: Woosh Bottle»)

      Материалы:

      Пластиковый кувшин для воды объемом 5 галлонов с крышкой

      15 мл изопропилового спирта

      1-метровая палка со свечой на одном конце

      Градуированный цилиндр 25 мл

      1 спичка или зажигалка

      Безопасность:

      1.Наденьте термостойкий фартук и защитные очки.

      2. Всегда закрывайте бутылку со спиртом и убирайте ее подальше от демонстрационной зоны.

      3. Никогда не выполняйте эту демонстрацию в стеклянной бутылке. Он может разбиться и нанести серьезные травмы.

      4. Имейте наготове огнетушитель на случай аварии.

      Процедуры демонстрации

      1. Отмерьте 15 мл изопропилового спирта и запишите массу.

      2. Добавьте изопропиловый спирт в 5-галлонный пластиковый кувшин.Закройте бутылку со спиртом и уберите ее подальше от демонстрационной зоны.

      3. Наденьте крышку на 5-галлонный кувшин и медленно вращайте кувшин, чтобы спирт распылился по всей внутренней поверхности. Это позволяет алкоголю испаряться внутри кувшина.

      4. Откройте крышку и удалите лишнюю жидкость. Запишите массу жидкости.

      5. Поставьте кувшин на устойчивую поверхность. Зажгите свечу, прикрепленную к метру, и осторожно поместите зажженную свечу в отверстие кувшина.

      6. Учащиеся увидят пламя внутри бутылки и услышат звук «свист».

      7. После реакции внутри бутылки скапливается вода. Удалите воду и запишите ее массу.

      Советы:

      1. Всегда тренируйтесь на демонстрациях, прежде чем демонстрировать их в классе.

      2. Эта демонстрация хорошо работает в плохо освещенной комнате.

      3. Не используйте пластиковый кувшин сразу после демонстрации. Углекислый газ должен выйти из кувшина, и кувшин будет горячим.

      4. Учащиеся могут написать уравнение сгорания изопропилового спирта и вычислить массу воды, которая должна была образоваться. Используя эту информацию и фактическую массу воды из шага 7, учащиеся могут рассчитать процент выхода и обсудить источники ошибок.

      Лаборатория по производству биодизеля

      (модифицировано Чикагским университетом Лойолы: Biodiesel Labs)

      Материалы (на пару)

      1 Банка Мейсона с крышкой

      Мерный цилиндр на 250 мл

      Градуированный цилиндр 25 мл

      1 весы или весы

      1 лодка для взвешивания

      1 шпатель

      100 мл растительного масла

      20 мл метанола

      1.0 г гранул NaOH

      Безопасность:

      1. Метанол легко воспламеняется, а гидроксид натрия очень едкий.

      2. Наденьте защитные очки, фартуки и перчатки.

      Процедура:

      День 1: Получение метоксида натрия

      1. С помощью мерного цилиндра на 25 мл отмерьте метанол в вытяжном шкафу и перелейте его в банку Мейсона. Закройте крышку.

      2. Используя весы, взвесьте гранулы NaOH. Этот шаг нужно сделать быстро, так как гранулы NaOH поглощают воду из атмосферы, и это изменит массу.

      3. Поместите NaOH в банку Мейсона, закройте крышкой и встряхивайте, пока все гранулы не растворятся.

      4. Периодически открывайте банку Мейсона под вытяжным шкафом, чтобы сбросить давление. Отметьте любые наблюдения.

      День 1: Производство неочищенного биодизеля

      1. Мерным цилиндром на 250 мл отмерьте растительное масло.

      2. Налейте растительное масло в банку Мейсона и закройте крышкой.

      3. Тщательно, но энергично встряхивайте смесь в течение примерно 10 минут.

      4. Подпишите банку вашей группы и поставьте ее на ночь в указанное место.

      День 2: Выделение биодизеля

      1. Получите банку Мейсона вашей группы и запишите все изменения.

      2. Биодизель находится вверху, а глицерин (отходы) будет внизу.

      3. Удалите как можно больше биодизеля и запишите его объем.

      4. Найдите обозначенное место в лаборатории с наклонной стеклянной подставкой с маркировкой «начало» и «конец».

      5. Поместите две капли растительного масла в «начальное» положение и засеките время, за которое масло переместится в «конечное» положение.

      6. Повторите шаг 5 с новым биодизелем. Запишите время.

      День 2: Уборка

      1. Вымойте всю стеклянную посуду и рабочее пространство водой с мылом.

      2. Поместите банку Мейсона в специально отведенное место под вытяжной шкаф.

      Вопросы учащихся:

      1. Что вы наблюдали, смешивая растительное масло и метоксид натрия? Как вы думаете, почему это произошло?

      2.Почему в конечном продукте глицерин оказался на дне, а биодизель наверху банки?

      3. Сколько биодизеля было получено из 100 мл растительного масла?

      4. Рассчитайте процент выхода, используя объемы растительного масла и биодизеля.

      5. Если бы вы хотели заполнить 10-галлонный бак биодизельным топливом, сколько потребуется растительного масла?

      Рубрика эссе об энергетике

      (Создано с помощью Rubistar)

      Энергетическая презентация Рубрика

      (Создано с помощью Rubistar)

      1.«Общая энергия — данные». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб. 26 июня 2013 г. Total Energy — Данные — Управление энергетической информации США (EIA)

      2. Ергин Даниил. Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. 242

      .

      3. Там же. 244-249

      4. MacKay, David J.C. Устойчивая энергетика — без горячего воздуха . Кембридж, Англия: UIT, 2009.9

      5. «Стандарты контента — стандарты и рамки (Департамент образования штата Калифорния)». Департамент образования Калифорнии . Веб. 14 июля 2013 г.

      6. «Отчет SARC средней школы Йерба-Буэна». Округ средней школы Ист-Сайд Юнион . Веб. 25 июня 2013 г.

      7. «Отчет школы Base API за 2012 год — старшая школа Йерба-Буэна». Индекс академической успеваемости (API) (Департамент образования штата Калифорния) . Веб. 26 июня 2013 г.

      8.«Требования к улучшению школьной программы Раздела I — Раздел I, Часть A — Подотчетность (Департамент образования штата Калифорния)». Департамент образования Калифорнии . Веб. 26 июня 2013 г.

      9. «Отчет SARC средней школы Йерба-Буэна». Округ средней школы Ист-Сайд Юнион . Веб. 25 июня 2013 г.

      10. «Большие задачи: Институт Смолли». Институт нанотехнологий и науки Ричарда Смолли . Веб. 14 июля 2013 г.

      11.«Информационная книга о вторичной энергии». Национальный проект развития энергетического образования . Веб. 14 июля 2013 г.

      12. «DOE — Энергия ископаемого топлива: как образовалось ископаемое топливо». Управление ископаемой энергии, Министерство энергетики . Веб. 15 июля 2013 г.

      13. «Почему возобновляемые источники энергии важны?». Renewable Energy World — сеть №1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация . Веб. 15 июля 2013 г.

      14.«Мир возобновляемых источников энергии». Сеть № 1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация . Веб. 15 июля 2013 г.

      15. «Общая энергия — Данные». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб. 26 июня 2013 г.

      16. «Бензин». Колледж Элмхерст: Элмхерст, Иллинойс, . Веб. 27 июня 2013 г.

      17. «Факты о функциях: *Special Edition* Model T Centennial (1 октября) — Факты о функциях и специальных выпусках — Отдел новостей — U.S. Бюро переписи населения. Домашняя страница Бюро переписи населения . Интернет. 26 июня 2013 г.

      18. «Простое руководство по переработке нефти». ЭксонМобил . Веб. 14 июля 2013 г. 1

      19 там же. 2

      20 там же. 3

      21 там же. 4

      22. Крейт, Франк и Д. Йоги Госвами. «Хранение, передача и распределение энергии». Справочник по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии .Бока-Ратон: CRC Press, 2007. 18-20

      23. Шефер, Вольфганг. «Триглицерид». Википедия . 21 апреля 2005 г. Интернет. 15 июля 2013 г.

      24. Нельсон, Вилли. Снова на чистую дорогу: биодизель и будущее семейной фермы . Голден, Колорадо: Паб Fulcrum, 2007. 33

      25. «Химия биодизеля». Гошен Колледж . Веб. 15 июля 2013 г.

      26. Смут, Роберт С., Джек Прайс и Ричард Г. Смит. Химия Меррилла . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, Гленко, 1995. 230

      27. Андерсон, Джеймс Г.. «Атомная и молекулярная структура: энергия химических связей». Университетская химия: в контексте энергетики и климата на глобальном и молекулярном уровне .2.26

      28. «Экзотермические или эндотермические реакции». Ресурсы для учащихся по общей химии . Веб. 15 июля 2013 г.

      29.Zumdahl, Steven S., and Susan A. Zumdahl.Chemistry, 8 th edition (2010) Brooks/Cole Publisher, Belmont, CA. 362.

      30. «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 гг.». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб. 26 июня 2013 г.

      31. Ергин Даниил. Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. 231–241

      .

      32.«Ископаемое топливо: я еще не умер, посчитайте». Калифорнийский университет в Сан-Диего — факультет физики . Веб. 27 июня 2013 г.

      33. Уокер, Дэвид. Энергия, растения и человек . 2-е изд. Брайтон: Оксиграфика, 1992. 125

      .

      34. MacKay, David J.C. Устойчивая энергетика — без горячего воздуха . Кембридж, Англия: UIT, 2009. 5–6

      .

      35. «О горючих сланцах». Информационный центр ИПИС по горючим сланцам и битуминозным пескам .Веб. 15 июля 2013 г.

      36. «Переход на биодизель — недешевая альтернатива — Beyond the Barrel (usnews.com)». Деловые новости и финансовые новости — Бизнес новостей США . Веб. 15 июля 2013 г.

      37. «Центр данных по альтернативным видам топлива: публикации». EERE: Домашняя страница центра данных по альтернативным видам топлива . Веб. 15 июля 2013 г.

      38. «Общая энергия — данные». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб.26 июня 2013 г.

      39. Спиро, Томас Г. и Уильям М. Стиглиани. Химия окружающей среды . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 1996. 71-72.

      40. «Инициатива общих базовых государственных стандартов, стандарты английского языка, науки и техники, 9–10 классы». Common Core State Standards Initiative, Home . Веб. 15 июля 2013 г.

      41. «Инициатива общих базовых государственных стандартов, стандарты английского языка, науки и техники, 9-10 классы. Common Core State Standards Initiative, Home . Интернет. 15 июля 2013 г.

      «Отчет школы Base API за 2012 год — школа Йерба Буэна». Индекс академической успеваемости (API) (Департамент образования штата Калифорния) . Веб. 26 июня 2013 г. 330015>.

      «Простое руководство по переработке нефти». ЭксонМобил . Веб. 14 июля 2013 г. .

      «О горючих сланцах». Информационный центр ИПИС по горючим сланцам и битуминозным пескам . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Центр данных по альтернативным видам топлива: публикации». EERE: Домашняя страница центра данных по альтернативным видам топлива . Веб. 15 июля 2013 г. .

      Андерсон, Джеймс Г.. «Атомная и молекулярная структура: энергия химических связей. Университетская химия: в контексте энергетики и климата на глобальном и молекулярном уровне . Печать.

      «Инициатива общих базовых государственных стандартов, стандарты английского языка, науки и техники, 9–10 классы». Common Core State Standards Initiative , Home . Веб. 15 июля 2013 г. .

      Connell, D.W. Основные концепции химии окружающей среды .Бока-Ратон: Издательство Льюиса, 1997. Печать.

      «Стандарты контента — стандарты и концепции (Департамент образования штата Калифорния)». Департамент образования Калифорнии . Веб. 14 июля 2013 г. .

      «DOE — Ископаемая энергия: как образовалось ископаемое топливо». Управление ископаемой энергии, Министерство энергетики . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Экзотермические или эндотермические реакции». Ресурсы для учащихся по общей химии . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Факты о характеристиках: * Специальное издание * Model T Centennial (1 октября) — Факты о характеристиках и специальных выпусках — Отдел новостей — Бюро переписи населения США». Домашняя страница Бюро переписи населения . Веб. 26 июня 2013 г..

      «Ископаемое топливо: я еще не умер, подсчитайте». Калифорнийский университет в Сан-Диего — факультет физики . Веб. 27 июня 2013 г. .

      «Бензин». Колледж Элмхерст: Элмхерст, Иллинойс, . Веб. 27 июня 2013 г. .

      «Переход на биодизель — недешевая альтернатива — Beyond the Barrel (usnews.com)». Деловые новости и финансовые новости — Бизнес новостей США . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Большие задачи: Институт Смолли». Институт нанотехнологий и науки Ричарда Смолли . Веб. 14 июля 2013 г. .

      Крейт, Фрэнк и Д. Йоги Госвами. «Хранение, передача и распределение энергии». Справочник по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии . Бока-Ратон: CRC Press, 2007. Печать.

      MacKay, David J.C. Устойчивая энергия — без горячего воздуха . Кембридж, Англия: UIT, 2009. Печать.

      «Метановые пузыри». В Химический Факс! . Батавия: Flinn Scientific, Inc., 2010. Публикация № .

      Нельсон, Вилли. Снова на чистую дорогу: биодизель и будущее семейной фермы . Голден, Колорадо: Паб Fulcrum, 2007. Печать.

      Пал, Грег. Биодизель: развитие новой экономики энергии . Узел Уайт-Ривер, штат Вермонт: паб Chelsea Green, 2005. Печать.

      «Мир возобновляемых источников энергии». Сеть № 1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация . Веб.15 июля 2013 г. .

      «РубиСтар Дом». Рубистар дома. http://rubistar.4teachers.org (по состоянию на 28 июля 2013 г.)

      Шефер, Вольфганг. «Триглицерид». Википедия . 21 апреля 2005 г. Интернет. 15 июля 2013 г. .

      «Информационная книга по вторичной энергии». Национальный проект развития энергетического образования . Веб. 14 июля 2013 г..

      Смут, Роберт С., Джек Прайс и Ричард Г. Смит. Химия Меррилла . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Гленко, 1995. Распечатать.

      Спиро, Томас Г. и Уильям М. Стиглиани. Химия окружающей среды . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 1996. Печать.

      «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 годы». Управление энергетической информации США (EIA) .Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 гг.». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб. 26 июня 2013 г. .

      «Часто задаваемые вопросы о биотопливе: факты о биотопливе: биодизель». Домашняя страница , Коалиция «Энергетическое будущее» (EFC) . Веб.26 июня 2013 г. .

      «Химия биодизеля». Гошен Колледж . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Требования к улучшению школьной программы Раздела I — Раздел I, Часть A — Подотчетность (Департамент образования штата Калифорния)». Департамент образования Калифорнии . Веб. 26 июня 2013 г. .

      «Общая энергия — данные». Управление энергетической информации США (EIA) . Веб. 26 июня 2013 г. .

      Вайкман, Зак. «Изготовление биодизеля из растительного масла первого отжима: руководство для учителя». Биодизельные лаборатории . Чикаго: Центр исследований и политики в области городской окружающей среды, 2012 г., стр. 4–8.

      Уокер, Дэвид. Энергия, растения и человек .2-е изд. Брайтон: Оксиграфика, 1992. Печать.

      «Почему возобновляемые источники энергии важны?» Renewable Energy World — сеть №1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация . Веб. 15 июля 2013 г. .

      «Бутылка Вуша». В Химический Факс! . Батавия: Flinn Scientific, Inc., 2012. Публикация № 95010.

      «Отчет SARC средней школы Йерба-Буэна». Округ средней школы Ист-Сайд Юнион .Веб. 25 июня 2013 г. .

      Ергин Даниил. Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. Печать.

      Зумдал, Стивен С. и Сьюзен А. Зумдал. Химия . 8-е изд. Бельмонт, Калифорния: Брукс/Коул, Cengage Learning, 2010.Распечатать.

      Рекомендуемая дополнительная литература для преподавателей и студентов

      «Ископаемое топливо в изобилии, но какой ценой? , Энергетика, окружающая среда, LiveScience». Научные новости » Научные статьи и текущие события , LiveScience . http://www.livescience.com/37469-fuel-endures.html

      «Основы, изменение климата, Агентство по охране окружающей среды США». Агентство по охране окружающей среды США. http://www.epa.gov/climatechange/basics/

      «Биодизель.» Экономия топлива. http://www.fueleconomy.gov/feg/biodiesel.shtml

      Коннор, Стив. «Предупреждение: запасы нефти быстро заканчиваются — Science — News — The Independent». The Independent, Новости, Великобритания и мировые новости, Газета. http://www.independent.co.uk/news/science/warning-oil-supplies-are-running-out-fast-1766585.html

      Манн, Чарльз К. «Что, если у нас никогда не закончится нефть?» Атлантический океан. http://www.theatlantic.com/magazine/archive/2013/05/what-if-we-never-run-out-of-oil/309294/

      «Что растения могут рассказать о глобальном изменении климата?» Ежедневная наука.

      www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130726112209.

      Что такое бензол? — Использование, структура и формула — Видео и стенограмма урока

      История использования бензола

      Одно из первых применений бензола относится к 19-му и началу 20-го веков. В этот период запах бензола считался приятным, поэтому его использовали в качестве лосьона после бритья. В 1903 году Людвиг Розелиус , немецкий торговец кофе, сделал бензол популярным, используя его для удаления кофеина из кофе.Конечно, теперь, когда мы знаем, что бензол является канцерогеном, мы больше не используем его в качестве лосьона после бритья и кофе.

      Людвиг Розелиус использовал бензол для удаления кофеина из кофе.

      Еще одним ранним применением бензола было обезжиривание металла. Однако, поскольку позже стало известно, что бензол является канцерогенным и токсичным, другие химические вещества, менее токсичные и канцерогенные, заменили бензол.

      В настоящее время бензол входит в число 20 наиболее широко используемых химических веществ в Соединенных Штатах. Он до сих пор используется во многих промышленных процессах для производства пластмасс, смазочных материалов, каучуков, синтетических волокон и красителей. Однако его непромышленное использование ограничено, поскольку бензол канцерогенен и токсичен.

      Бензол в производстве других химических веществ

      Большая часть произведенного бензола используется для производства других химических веществ. Однако около 80% бензола используется для производства в основном трех химических веществ: этилбензола, кумола и циклогексана.

      Бензол: используется для производства других химических веществ.

      Что именно делает этилбензол, кумол и циклогексан настолько важными, что для их производства используется большая часть бензола? Этилбензол фактически необходим для производства стирола, который необходим для производства пластмасс. Кумол, с другой стороны, необходим для производства фенола, который используется для смол и клеев. Циклогексан используется для производства нейлона. Все эти химические вещества — этилбензол, кумол и циклогексан — необходимы для производства продуктов в различных промышленных процессах.

      Бензол в бензине

      Бензол используется в качестве добавки к бензину для повышения октанового числа и уменьшения детонации. Октановое число , равное в бензине, говорит нам о степени сжатия бензина, которую он может выдержать, прежде чем воспламенится. Более высокое октановое число лучше, потому что это означает, что бензин может выдержать большее сжатие, прежде чем бензин сможет воспламениться. Когда бензин воспламеняется, он может повредить двигатель, чего мы явно не хотим. Так что чем выше октановое число, тем лучше.

      А что такое стук в двигателе и почему мы хотим его уменьшить? Вам когда-нибудь не везло, и вы слышали зловещие звуки, похожие на стук в двигателе вашего автомобиля? Это называется «стучать». Это происходит при неправильном воспламенении топлива и может повредить компоненты двигателя. Хорошо, что присутствие бензола в бензине может снизить вероятность этого.

      Бензол — добавка к бензину.

      Краткий обзор урока

      Бензол представляет собой бесцветную, легковоспламеняющуюся и токсичную жидкость с канцерогенными свойствами и сладковатым запахом бензина.Химическая формула бензола C6H6 , поэтому он состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода. Бензол — это ароматический углеводород , представляющий собой химическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода с чередующимися двойными связями, образующими кольцо.

      Бензол используется в производстве химикатов, используемых в промышленных процессах для создания смол, клеев и пластмасс. Он также используется в качестве присадки к бензину, которая повышает октановое число , что говорит нам о степени сжатия бензина, которую он может выдержать, прежде чем он воспламенится, и уменьшает детонацию двигателя в автомобилях.

      Условия для запоминания

      Бензол запрещен в некоторых продуктах.
      • Бензол : легковоспламеняющаяся токсичная жидкость, являющаяся канцерогеном
      • Ароматический углеводород : химическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода
      • Октановое число : относится к количеству компрессионного бензина, которое может выдержать перед воспламенением

      Результаты обучения

      Завершение этого урока по бензолу поможет вам убедиться, что вы можете:

      • Описать бензол
      • Укажите многочисленные применения бензола
      • Назовите некоторые химические вещества, которые получают из бензола
      • Обсудите наличие бензола в бензине

      Углеводороды

      Углеводороды

      органических молекул:

       

      Органическая химия изучает свойства соединений углерода.Все соединения углерода, за исключением нескольких неорганических соединений углерода, являются органическими. Неорганические соединения углерода включают оксиды углерода, бикарбонаты и карбонаты ионов металлов, цианиды металлов и некоторые другие.

       

      Углеводороды

      Простейшие органические соединения состоят только из атомов углерода и водорода. Соединения только углерода и водорода называются Углеводороды .

       

      Алканы

      Простейший углеводород – метан, CH 4 .Это простейший член ряда углеводородов. Каждый последующий член ряда имеет на один атом углерода больше, чем предыдущий член. Эта серия соединений называется алканы ( C n H 2n+2 ) . Более легкие газы и используются в качестве топлива. Средние (от 7 углеродов до 12 углеродов) — это жидкости, используемые в бензине (бензине). Высшие представляют собой воскообразные твердые вещества. Свечной воск представляет собой смесь алканов. Алканы являются насыщенными, что означает, что они содержат максимальное количество атомов водорода на углерод и не содержат двойных или тройных связей.

       

      Наименование органических соединений относится к органической номенклатуре . Существует множество правил именования органических соединений, которые были систематизированы Международным союзом теоретической и прикладной химии

      .

      Правила ИЮПАК для номенклатуры алканов

       1.   Найдите и назовите самую длинную непрерывную углеродную цепь.
      2. Определите и назовите группы, присоединенные к этой цепочке.
      3.Пронумеруйте цепь последовательно, начиная с конца, ближайшего к группе заместителей.
      4. Обозначьте расположение каждой группы заместителей соответствующим номером и названием.
      5.  Соберите название, перечислив группы в алфавитном порядке.
      Приставки ди, три, тетра и т. д., употребляемые для обозначения нескольких однородных групп, при алфавитной расстановке не учитываются.

       

       

      Количество атомов углерода

      Префикс

      Структура

      1

      Мет ан

      Ч 4

      2

      Eth ан

      CH 3 CH 3

      3

      Стойка Ане

      CH 3 CH 2 CH 3

      4

      Бут ане

      CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3

      5

      Пент ан

      CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3

      6

      Шестигранник Ан

      CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3

      7

      Гепт ан

      CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3

      8

      октябрь ан

      CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3

      9

      Не ан

      CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3

      10

      декабрь ан

      CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3

      11

      Ундек ан

      CH 3 (CH 2 ) 9 CH 3

      12

      Додек ане

      CH 3 (CH 2 ) 10 CH 3

      Изомерия

      Все алканы с 4 и более атомами углерода проявляют структурную изомерию .Это означает, что для каждой молекулярной формулы можно нарисовать две или более различных структурных формул.

      Например, C 4 H 10 может быть любой из этих двух разных молекул:

      Они называются соответственно бутан и 2-метилпропан .

      Наименование структурных изомеров алканов

      Номенклатура усложняется, если алкан разветвляется.В таком случае есть несколько правил, которым вы должны следовать, чтобы дать алкану правильное название.

      1. Найдите самую длинную углеродную цепь в молекуле. Число атомов углерода в самой длинной цепи становится родительским именем (см. таблицу выше)
      2. Найдя исходную цепь, вы нумеруете исходную цепь, начиная с конца, ближайшего к первому заместителю (заместителем является любой фрагмент, выступающий за пределы основной цепи).
      3. Далее определите названия всех заместителей . Заместители называются так, как если бы часть была отдельной молекулой, за исключением того, что используется суффикс yl, а не ane. Таким образом, двухуглеродный заместитель будет этильным заместителем (а не этановым заместителем).
      4. Поместите заместители в алфавитном порядке (т.е. этил перед метилом) перед исходным названием.
      5. Затем определите положения всех заместителей в названии, поместив перед ним число атомов углерода, в котором заместитель присоединяется к исходной цепи.Например, 2-метилгептан указывает на то, что метильный заместитель присоединен к углероду номер 2.

      Применение правил

      Теперь попробуйте применить эти правила, чтобы назвать следующую молекулу (это не так сложно, как может показаться).

      Действуйте шаг за шагом, как описано выше.

      1) Найдите самую длинную углеродную цепь в молекуле. Во-первых, найдите исходную цепь в молекуле, то есть максимально длинную цепочку соединяющих атомов углерода.Обратите внимание, что родительская цепочка не обязательно является цепочкой, которая просто следует слева направо. Например, если бы вы посчитали количество атомов углерода в этой молекуле слева направо, вы бы получили 7 атомов углерода. Однако это не родительская цепочка! Если вы начнете слева, а затем подсчитаете, где молекула разветвляется, вы обнаружите, что в ней 8 атомов углерода. Это самая длинная цепь (не дайте себя обмануть профессорам, прячущим атомы углерода в ответвлениях), и, таким образом, исходной цепью является октан (см. таблицу выше).

      2) Номер родительской цепочки. Второй шаг — пронумеровать атомы углерода в исходной цепи, начиная с конца, ближайшего к первому заместителю. Важно нумеровать молекулу с правильного конца (другими словами, в этом примере вы нумеруете алкан справа налево или слева направо). Следуя этому правилу, на этой молекуле вы нумеруете справа налево, так как 2-углеродный заместитель находится ближе к этому концу.


      Правильная нумерация Неправильная нумерация

      3.Назовите все заместители. Затем вы определяете названия заместителей. В этом случае единственным заместителем является 2-углеродная группа у 4-го атома углерода. Это этильная группа.

      4. Расположите заместители в алфавитном порядке. Следующим шагом является расположение заместителей в алфавитном порядке (т.е. этил перед метилом), но так как есть только один заместитель, в этом нет необходимости.

      5. Найдите заместитель в родительском изменении, присвоив ему номер .Таким образом, правильная номенклатура этого алкана — 4-этилоктан. Обратите внимание, что тире используется для отделения числа от заместителя.

       

      Циклоалканы снова содержат только углерод-водородные связи и углерод-углеродные одинарные связи, но на этот раз атомы углерода объединены в кольцо. Наименьшим циклоалканом является циклопропан.

      Если вы посчитаете атомы углерода и водорода, вы увидите, что они больше не соответствуют общей формуле C n H 2n+2 .Соединяя атомы углерода в кольцо, вы должны были потерять два атома водорода.

      Вряд ли он вам когда-нибудь понадобится, но общая формула циклоалкана C n H 2n .

      Не думайте, что это все плоские молекулы. Все циклоалканы от циклопентана и выше существуют в виде «сморщенных колец».

      Циклогексан

      , например, имеет кольцевую структуру, которая выглядит следующим образом:

      Эта форма циклогексана известна как «кресло» из-за его формы, отдаленно напоминающей стул.

       

      Правила ИЮПАК для номенклатуры циклоалканов

       1.  Для монозамещенного циклоалкана кольцо дает название корня, а замещающая группа называется как обычно. Номер места необязателен.
      2. Если алкильный заместитель большой и/или сложный, кольцо может быть названо замещающей группой алкана.
      3. Если в кольце присутствуют два разных заместителя, они перечислены в алфавитном порядке, и первый указанный заместитель соответствует углероду №1.Затем нумерация атомов углерода в кольце продолжается в направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки), которое дает второму заместителю меньший возможный номер положения.
      4.  Если в кольце присутствует несколько заместителей, они перечислены в алфавитном порядке. Номера положений присваиваются заместителям таким образом, что один из них находится у углерода № 1, а другие положения имеют наименьшие возможные номера, считая либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
      5.Название собирается, перечисляя группы в алфавитном порядке и присваивая каждой группе (если их две или более) номер местоположения. Приставки ди, три, тетра и т. д., используемые для обозначения нескольких однородных групп, при алфавитном алфавите не учитываются.

       

       

      Алкены

      Другая серия соединений называется алкенов . Они имеют общую формулу: C n H 2n .Алкены содержат меньше атомов водорода, чем алканы. Оставшиеся дополнительные валентности возникают в виде двойных связей между парой атомов углерода. Двойные связи более реакционноспособны, чем одинарные связи, что делает алкены химически более реакционноспособными.

       

      Правила ИЮПАК для номенклатуры алкенов и циклоалкенов

       1.  Суффикс ene (окончание) указывает на алкен или циклоалкен.
      2. Самая длинная цепь, выбранная для корневого названия, должна включать 94 183 обоих атомов углерода двойной связи 94 184 .
      3. Корневая цепь должна быть пронумерована с конца, ближайшего к атому углерода двойной связи . Если двойная связь находится в центре цепи, для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
      4. Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода двойной связи, используется в качестве локатора двойной связи. Если присутствует более одной двойной связи, соединение называется диеновым, триеновым или эквивалентным префиксом, указывающим количество двойных связей, и каждой двойной связи присваивается локаторный номер.
      5. В циклоалкенах атомам углерода двойной связи отведены кольцевые позиции №1 и №2. Какой из двух является номером 1, можно определить по правилу ближайшего заместителя.
      6.   Группы заместителей, содержащие двойные связи:
      H 2 C=CH– Винильная группа
      H 2 C=CH–CH 2 – Аллильная группа

       

      Алкины

      Третьей серией являются алкины .Они имеют следующую формулу: C n H 2n-2 .

      Алкины имеют два атома углерода, соединенных тройной связью. Это очень реакционноспособно, что делает эти соединения нестабильными.

       

      Правила ИЮПАК для номенклатуры алкинов

       1. Суффикс yne (окончание) указывает на алкин или циклоалкин.
      2. Самая длинная цепь, выбранная для корневого названия, должна включать обоих атома углерода тройной связи .
      3. Корневая цепь должна быть пронумерована с конца, ближайшего к атому углерода тройной связи . Если тройная связь находится в центре цепи, для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
      4. Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода тройной связи, используется в качестве локатора тройной связи.
      5.   Если присутствует несколько множественных связей, каждой из них должен быть присвоен номер локатора. Двойные связи предшествуют тройным связям в названии IUPAC, но цепочка нумеруется с конца, ближайшего к кратной связи, независимо от ее природы.
      6. Поскольку тройная связь является линейной, она может быть размещена только в кольцах размером более десяти атомов углерода. В простых циклоалкинах атомам углерода тройной связи назначаются кольцевые положения № 1 и № 2. Какой из двух является номером 1, можно определить по правилу ближайшего заместителя.
      7.   Группы заместителей, содержащие тройные связи:
      HC≡C– Этинильная группа
      HC≡CH–CH 2 –   Пропаргильная группа

       

      Проблемы:

      1. Нарисуйте структурную формулу 2-бром-4,4-дихлор-5,5-диметилгептана

      2. Нарисуйте структурную формулу 4-бром-1-этилциклопентена

      3. Нарисуйте структурную формулу 7-метил-6-октен-1,3-диина

       

      Прямое превращение CO2 в бензиновое топливо

      CO

      2 производительность гидрогенизации

      Сначала мы приготовили нанокатализатор Na–Fe 3 O 4 простым однореакторным методом синтеза, а затем применили его к гидрогенизации CO 2 реакция.Как показано на рис. 1а, катализатор Na–Fe 3 O 4 показал 12 % селективность по CH 4 , 38 % селективность по C 5 –C 11 , а также низкую селективность по СО (14 %) при конверсии CO 2 34%. Примечательно, что распределение углеводородов для Na-Fe 3 O 4 имеет довольно линейный характер, что указывает на распределение продуктов ASF (рис. 1c). В поисках совместимого цеолита ряд цеолитов, таких как HY, HBEA, HMOR, HZSM-23, HMCM-22 и HZSM-5, обладающих способностью в разной степени катализировать реакцию олигомеризации олефинов, был соединен с Na–Fe . 3 O 4 катализатор для гидрирования CO 2 .Описание цеолитных каналов и результаты NH 3 -TPD были перечислены в дополнительной таблице 1 и на дополнительном рисунке 1. Как показано на рисунке 1a, конверсия CO 2 и селективность по CO не связаны явно с типом цеолита, в основном определяемым первым компонентом Na–Fe 3 O 4 , тогда как на распределение углеводородных продуктов, очевидно, влияет структура пор цеолита на Na–Fe 3 O 4 /Цеолитовые катализаторы гидрирования СО 2 .Примечательно, что три типа цеолитов с 10-членными кольцевыми (MR) каналами проявляют более высокую селективность C 5 –C 11 в порядке HZSM-5 (3-мерный)>HMCM-22 (2-мерный)> ХЗСМ-23 (1-мерный). Этот результат предполагает, что цеолиты с 10 каналами MR могут способствовать олигомеризации олефинов и производству углеводородов C 5 –C 11 . Помимо пористой структуры, еще одним важным фактором, влияющим на распределение углеводородов, является кислотность, которая зависит от соотношения SiO 2 /Al 2 O 3 цеолита.Это предполагает, что более сильная кислотность HZSM-5(27) может вызвать чрезмерный крекинг тяжелых углеводородов до углеводородов C 1 –C 4 , в то время как более слабая кислотность HZSM-5(300) не полезна для олигомеризация/изомеризация/ароматизация первичных продуктов CO 2 -FT, таким образом, обе неблагоприятны для селективного получения углеводородов C 5 –C 11 (рис. 1а). Таким образом, цеолит HZSM-5(160) подходит для синтеза углеводородов C 5 –C 11 благодаря наличию средних/сильных кислотных центров и трехмерной структуре пор.

      Рисунок 1: Каталитические характеристики для гидрирования CO 2 .

      ( a ) CO 2 конверсия и селективность продукта по сравнению с различными катализаторами Na-Fe 3 O 4 /Цеолитовые катализаторы; условия реакции: H 2 /CO 2 =3320 °C, 3 МПа и 4000 мл ч -1 г кат -1 . ( b ) CO 2 конверсия и селективность по продукту при различных соотношениях H 2 /CO 2 над катализатором Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5(160) при 320 °C,  3°C, МПа и 4000 мл ч −1 г кат −1 .( c , d ) Детальное распределение углеводородных продуктов, полученное для Na–Fe 3 O 4 ( c ) и Na–Fe 3 O 4 (160133(160SM)-5 d ), дополнительный график ASF и сравнение значений α для двух вышеуказанных катализаторов также изображены; W n – массовая доля продукта с n атомами углерода.

      Многофункциональный катализатор Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5(160) обеспечивает конверсию CO 2 34% и селективность по CH 4 , C 2 –C 3 9013 С 5 –С 11 и С 12+ углеводородов 8, 18, 73 и 1 % соответственно при 320 °С, 3 МПа и соотношении Н 2 /СО 2 , равном 3 ( Инжир.1а). Более того, при переводе соотношения исходного газа Н 2 /СО 2 на 1 наблюдалась еще более высокая селективность по бензиновой фракции (78%) и только 4% СН 4 при конверсии СО 2 . 22 % на катализаторе Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5(160) (рис. 1б). Насколько нам известно, это самая высокая селективность для углеводородов бензинового диапазона, указанная для гидрирования CO 2 (дополнительная таблица 2). Более высокое отношение Н 2 /СО 2 способствует конверсии СО 2 , которая повышается до 54%, например, при Н 2 /СО 2 =6, тогда как оно препятствует селективному образованию бензиновой фракции.Селективность варьировала в пределах от 68 до 78 % для С 5 –С 11 и от 4 до 10 % для СН 4 в исследованном соотношении Н 2 /СО 2 (1 к 6).

      Для дальнейшего выяснения функции HZSM-5 было проведено подробное распределение продукта на катализаторе Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5(160) (рис. 1d). По сравнению с катализатором Na–Fe 3 O 4 (рис. 1в) использование HZSM-5 в качестве второго компонента значительно снижает селективность по CH 4 и C 2 –C 4 , и изменило распределение продуктов в сторону изопарафинов и ароматических углеводородов бензинового ряда.Более того, образование оксигенатов подавляется в присутствии цеолита (дополнительная таблица 3). Дополнительный график ASF и сравнение значения вероятности роста цепи ( α ) двух вышеуказанных катализаторов также приведены на рис. 1c, d. Относительно, катализатор Na-Fe 3 O 4 /HZSM-5 показал значение α , равное 0,70, что выше, чем значение 0,59 для катализатора Na-Fe 3 O 4 , подтверждая, что образование длинных -цепные углеводороды промотированы на многофункциональном катализаторе.Распределение продукта на многофункциональном катализаторе сильно отклонялось от типичного распределения ASF, что можно было бы объяснить вторичными реакциями, такими как олигомеризация, изомеризация и ароматизация, протекающими на кислотных центрах цеолита.

      Кроме того, регулируемое соотношение изопарафин/ароматическое соединение в бензиновых углеводородах достигается простым изменением типа цеолита (дополнительный рисунок 2). В тех же условиях HZSM-5(27), HZSM-5(160) и HZSM-5(300) с топологией MFI давали большее количество ароматики (до 61% ароматики в бензиновой фракции), тогда как HMCM-22 с MWW топология продуцирует в основном изопарафины (46% изопарафинов в бензиновой фракции).Это явление тесно связано с топологией различных цеолитов. Цеолит HMCM-22 с 10 отверстиями MR имеет уникальную пластинчатую структуру, состоящую из двух независимых систем пор, что приводит к HMCM-22 с потенциальными каталитическими свойствами в процессах изомеризации, алкилирования и диспропорционирования 25 . Кроме того, было установлено, что основными ароматическими соединениями, образующимися на катализаторе Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5, являются толуол, ксилол, этилтолуол, триметилбензол и диметилэтилбензол, в то время как бензола и дурола образуется меньше (оба <1% в бензине) (дополнительная таблица 4).Такое распределение ароматических продуктов явно отличается от распределения, полученного в процессе MTG. Для этого не потребуется дополнительный процесс разделения, обычно применяемый в процессе MTG, из-за более высокого содержания дурола в бензине.

      Структурная характеристика

      Чтобы выявить природу активных центров, способствующих образованию углеводородов бензинового ряда, мы прибегли к множеству методов характеризации для исследования структуры многофункционального катализатора. Катализатор Na–Fe 3 O 4 состоял из наноразмерного Fe 3 O 4 со средним размером 13.1 нм, а остаточный Na (0,7 мас.%, определено методом индуктивно-связанной плазмы (ИСП)) хорошо распределялся по поверхности наночастиц Fe 3 O 4 без явного расслоения (рис. 2а,б,д). ; Дополнительные рисунки 3 и 4e). HZSM-5 (160) был высококристаллическим и представлял собой кубовидные кристаллы размером от 200 до 500 нм (дополнительный рисунок 4). Характеристика просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM), рентгеновской дифракции (XRD) и мессбауэровских спектров показала, что в отработанном катализаторе Na-Fe 3 O 4 были обнаружены два разных типа железной фазы, с 32.4% фазы Fe 3 O 4 и 67,6% фазы χ-Fe 5 C 2 (рис. 2c–f; дополнительная таблица 5). Металлическое железо образуется, когда Na-Fe 3 O 4 восстанавливается в H 2 перед реакцией (дополнительный рис. 4c). При выдержке катализатора в реакционной атмосфере Fe 5 C 2 и Fe 3 O 4 образуются в результате взаимодействия металлического железа с частицами углерода и кислорода из диссоциированных оксидов углерода 26 .Соответствующее соотношение и расположение Fe 3 O 4 (активные центры для RWGS) и Fe 5 C 2 (активные центры для FTS) 26 , как мы предположили, ответственны за низкую селективность по CO (ниже, чем 20%) с относительно высокой конверсией СО 2 при гидрировании СО 2 .

      Рисунок 2: Структурная характеристика катализатора Na–Fe 3 O 4 .

      ( a , c ) ПЭМ изображения свежего ( a ) и отработанного ( c ) Na–Fe 3 O 4 катализатора.Масштабная линейка, 100 нм. ( b , d ) HRTEM изображения свежего ( b ) и отработанного ( d ) Na-Fe 3 O 4 катализатора. Масштабная линейка, 10 нм. ( e ) Рентгенограммы свежего и отработанного катализатора Na–Fe 3 O 4 . ( f ) Мессбауэровские спектры отработанного катализатора Na–Fe 3 O 4 .

      Схема реакции гидрирования CO

      2

      На основании вышеприведенных результатов мы предлагаем схему реакции гидрирования CO 2 до углеводородов над Na–Fe 3 O 4 /Цеолитовый многофункциональный катализатор, как показано на рисунке. на рис.3. Эта схема показывает, что многофункциональный катализатор с тремя типами активных центров проявляет взаимодополняющие и совместимые свойства. Во время гидрирования CO 2 , CO 2 первоначально восстанавливается до CO с помощью H 2 через RWGS на участках Fe 3 O 4 с последующим гидрированием CO до α-олефинов с помощью FTS на Fe 5 C 2 сайтов. Промежуточные олефины, образующиеся на катализаторе на основе железа, затем диффундируют к кислотным центрам цеолита, на которых они подвергаются реакциям, катализируемым кислотой (олигомеризация, изомеризация и ароматизация), как следствие, селективно образуются изопарафины бензинового ряда и ароматические соединения и, наконец, диффундируют. из пор цеолита.Кроме того, конверсию CO 2 и селективность продукта можно регулировать, изменяя массовое соотношение Na–Fe 3 O 4 по отношению к цеолиту (дополнительный рис. 5), что обеспечивает дополнительное подтверждение вышеупомянутой гипотезы о том, что Na– Fe 3 O 4 /Цеолитовый катализатор является многофункциональным, и реакция включает промежуточную миграцию между различными активными центрами.

      Рисунок 3: Схема реакции гидрирования CO 2 до углеводородов бензинового ряда.

      Реакция гидрирования CO 2 над Na–Fe 3 O 4 /Цеолитный многофункциональный катализатор происходит в три этапа: (1) первоначальное восстановление промежуточного продукта до CO с помощью RWGS, (2) последующее гидрирование CO в промежуточные α-олефины через FTS и (3) образование углеводородов бензинового ряда посредством реакций олигомеризации, изомеризации и ароматизации, катализируемых кислотой.

      Эффект близости в многофункциональных катализаторах

      Сообщается, что близость двух компонентов в многофункциональных катализаторах оказывает значительное влияние на каталитическую активность (ссылки 27, 28, 29).В нашем случае мы обнаружили, что это также необходимо для селективной конверсии СО 2 в углеводороды (рис. 4а). Когда Na–Fe 3 O 4 и HZSM-5 были объединены путем смешивания порошков, ближайшая близость между центрами на основе железа и кислотными центрами цеолита оказалась вредной, демонстрируя очень низкую конверсию CO 2 (13 %) и высокую нежелательную селективность по CH 4 до 60%. Причина, по нашему предположению, заключается в том, что кислотные центры цеолита отравляют индуцированные Na щелочные центры на поверхности Fe 3 O 4 , что приводит к снижению основности поверхности и степени науглероживания Fe 3 O 4 Катализатор .Точно так же другой катализатор 2% Na–10% Fe / HZSM-5 с близкой степенью близости, который мы подготовили методом пропитки начальной влажности в качестве сравнения, также показал плохие характеристики при гидрировании CO 2 (дополнительная таблица 3). Когда Na–Fe 3 O 4 и HZSM-5 смешивали путем смешивания гранул, расстояние между кислотными центрами на основе железа и цеолитом увеличивалось, а олефиновые интермедиаты, образующиеся на центрах на основе железа, диффундировали через широкие поры в цеолит. , где они сразу подвергались реакциям олигомеризации, изомеризации и ароматизации, что приводило к наивысшей селективности C 5 –C 11 (73%) при конверсии CO 2 34%.Он продемонстрировал, что соответствующее расстояние между участками на основе железа и кислотой имеет решающее значение для достижения отличных характеристик. Что касается двухслойной конфигурации, где HZSM-5 был упакован ниже Na–Fe 3 O 4 и разделен тонким слоем инертного кварцевого песка, расстояние между железистыми и кислотными центрами увеличилось. Он показал несколько более низкую селективность C 5 –C 11 (67%) и такую ​​же конверсию CO 2 , как способ смешивания гранул.

      Рисунок 4: Производительность гидрирования CO 2 на многофункциональных катализаторах с различной степенью близости.

      ( a ) конверсия CO 2 и селективность по продуктам при различных комбинациях катализаторов Na–Fe 3 O 4 и HZSM-5, проведенных при тех же условиях реакции, что и на рис. 1а; УВ: углеводороды. ( b ) Состав углеводородов бензинового ряда на различных композиционных катализаторах Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5(160). ( c ) Стабильность катализатора Na–Fe 3 O 4 /HZSM-5 с двухслойной конфигурацией при тех же условиях реакции, что и на рис.1а. Селективность по углеводородам нормирована, за исключением СО.

      Отметим, что состав углеводородов бензинового ряда также зависит от различных комбинаций катализаторов Na–Fe 3 O 4 и HZSM-5 (рис. 4б). Он склонен производить больше ароматических соединений при смешивании гранул, в то время как больше изопарафинов производится при конфигурации с двойным слоем. Далее мы измерили стабильность катализатора Na-Fe 3 O 4 /HZSM-5 с двухслойной конфигурацией (рис.4с). Он продемонстрировал хорошую стабильность в течение 1000 часов в потоке. Селективность C 5+ стабильно поддерживалась на уровне 67±2% на протяжении всего испытания. Конверсия CO 2 снизилась только на 6% в течение первых 300  часов работы, что связано с потерей активной поверхности Fe в результате спекания железа, происходящего на этой стадии (рис. 2c) 30 . После этого частицы железа имели тенденцию быть стабильными, и, таким образом, конверсия CO 2 оставалась постоянной в течение следующих нескольких сотен часов. Общее количество кокса на ХЗСМ-5 составило всего 3.7% масс. (дополнительный рис. 6). Таким образом, настоящий многофункциональный катализатор стабилен и подходит для прямого превращения CO 2 в бензин.

      Молекула октана. Химические и физические свойства

      Для просмотра молекулы октана в 3D —>>в 3D с Jsmol

      Октан является органическим химическое вещество, в частности алкан, с формулой C8h28. (8-углеродный алкен).Октан имеет много изомеров. Один из тех изомеров, изооктан (2,2,4-триметилпентан) особенно важно, потому что его октановое число по определению 100. Таким образом, это важный компонент бензина (США: бензин).

      Октановое число – это число, используемое для представляют антидетонационные характеристики бензина, давая процентное содержание октана в смеси октан-гептан это будет иметь ту же производительность.

      Октан как топливо

      «Октан» в просторечии используется как краткая форма «октанового числа» (показатель способности топлива противостоять детонации в двигателе при высоких степенях сжатия, что является характеристикой изомеров октана с разветвленной цепью, особенно изооктана), особенно в выражении «высокооктан.»

      Первоначально октановое число определялось путем смешивания бензина, полностью состоящего из гептана и 2,2,4-триметилпентана (сильно разветвленного октана), и присвоения антидетонационной стойкости 0 для чистого гептана и 100 для чистого 2,2,4. -триметилпентан. Антидетонационные свойства этой смеси будут такими же, как процентное содержание 2,2,4-триметилпентана в смеси. Современным октановым числам бензина присваиваются октановые числа, равные октановым числам по этой исходной шкале гептан / октан. Различные изомеры октана могут способствовать повышению или понижению октанового числа.Например, н-октан (прямая цепь из 8 атомов углерода без разветвлений) имеет октановое число -10 (отрицательное), а чистый 2,2,4-триметилпентан (сильно разветвленный октан) имеет октановое число 100. [1] Некоторые виды топлива имеют октановое число выше 100, особенно те, которые содержат метанол или этанол.

       

      Каталожные номера

      Объяснение октанового числа

      .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.