Физические свойства - Лекция, раздел Химия, Теоретические основы химии нефти и газа
Четыре Первых Представителя Ряда Метана – Газообразные Вещест...
Четыре первых представителя ряда метана – газообразные вещества, начиная с пентана (С5) до гексадекана (С16) углеводороды нормального строения – жидкости, С17 и выше – твёрдые вещества.
Алканы с разветвлённой цепью углеродных атомов кипят при более низких температурах по сравнению с алканами нормального строения; с увеличением числа заместителей, превращением молекул в более разветвлённые, разница в температурах кипения алканов нормального и разветвлённого строения возрастает.
Все алканы легче воды, их плотность не превышает 0,8 г/∙см-3.
Алканы практически не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Метан, этан и высшие гомологи не имеют запаха, средние обладают запахом бензина. В молекулах алканов цепочки углеродных атомов имеют зигзагообразную форму. Угол между валентностями составляет 1090281; центры углеродных атомов расположены друг от друга на расстоянии 0,154 нм, расстояние от центра углеродного атома до центра атома водорода 0,11 нм.
В процессе разработки месторождений физическое состояние и свойства углеводородов с изменением температуры и давления не остаются постоянными. Для правильного установления технологического режима эксплуатации месторождений и систем сбора нефти и газа необходимо знать изменение состояний и свойств углеводородов в широком диапазоне давления и температуры.
Химические свойства и переработка
В молекулах алканов, как известно, все атомы связаны между собой прочными σ-связями, а валентности углеродных атомов полностью насыщены водородом. Поэтому алканы не вступают в реакции присоединения. Они проявляют при обычных условиях чрезвычайно высокую химическую инертность: не взаимодействуют с ионными реагентами (кислотами, щелочами), окислителями, активными металлами (поэтому, например, металлический натрий можно хранить в керосине).
По этой причине предельные углеводороды в своё время получили название парафинов* (от лат. рarum affinis - малое сродство).
Основные химические превращения алканов идут только при сообщении им достаточно высокой энергии (за счёт нагревания или УФ-облучения). При этом может произойти или разрыв связи С-Н с последующей заменой атома водорода на другой атом или группу атомов (реакции замещения), или же разрыв молекулы по связи С-С (реакции расщепления).
* - В нефтяной практике парфинами называют твёрдые углеводороды, содержащиеся в нефтях и нефтепродуктах(Вопрос что же такое парафины?).
Наибольший интерес для нефтехимии представляют следующие реакции:
Галогенирование. Эта реакция идёт сравнительно легко с замещением атомов водорода в алканах на галогены. Из галогенов наиболее широко используется хлор, вследствие его доступности, дешевизны и высокой химической активности.
Молекулярный хлор под влиянием света расщепляется на атомный, который инициирует (начинает) радикальную реакцию; он отщепляет водород от метана, образуя радикал - метил и хлористый водород. Метильный радикал взаимодействует с молекулярным хлором и стабилизируется в первый продукт хлорирования метана - хлористый метил, который по аналогичной схеме подвергается дальнейшему хлорированию, образуя последовательно хлористый метилен, хлороформ и тетрахлорметан (четырёххлористый углерод):
Подобно метану могут подвергаться хлорированию и другие алканы. Хлорирование углеводородов проводится в промышленных масштабах в паровой и жидкой фазах различными способами: при нагревании до 400-500 0С (термическое хлорирование), в присутствии катализаторов (каталитическое хлорирование) при специальном освещении реагирующих компонентов (фотохимическое хлорирование).
Хлорпроизводные метана и других низших алканов являются хорошими растворителями жиров, синтетических смол и каучуков. Их можно использовать и для очистки призабойной зоны нефтяных скважин от асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Применяют также и при депарафинизации масел.
Хлорпроизводные алканов используют для получения спиртов, в том числе и высших спиртов.
При пропускании хлористого метила (или смеси его с хлорзамещёнными ароматическими углеводородами) над медно-кремниевым сплавом при 300 0С образуются алкил- и арилхлорсиланы которые являются исходным продуктом в синтезе кремнийорганических соединений, применяемых в производстве силиконовых жидкостей, консистентных смазок, смол и каучуков.
Хлорирование твёрдых парафинов осуществляют для получения присадок, понижающих температуру застывания масел (депрессорные присадки).
Нитрование. Нитрование алканов осуществляют с помощью азотной кислоты при температуре 200-450 0С. Нитрование всегда сопровождается частичным разложением углеводородов, что приводит к получению нитросоединений с меньшим числом атомов углерода.
Нитрометан, нитроэтан, нитропропан являются хорошими растворителями эфиров целлюлозы, полимеров, лаков. Они могут применяться в качестве добавок, снижающих температуру самовоспламенения дизельных топлив.
Восстановлением нитроалканов в кислой среде можно получить амины:
Амины используют для получения ингибиторов коррозии, поверхностно-активных веществ, для очистки газов от сероводорода.
Сульфирование. При слабом нагревании дымящая серная кислота сульфирует алканы, т. е. атом водорода в них замещается на сульфогруппу в результате образуются алкансульфокислоты.
Сульфохлорирование. При действии на алканы смеси сернистого газа и хлора идёт реакция сульфохлорирования. Сульфохлориды легко гидролизуются до сульфокислот.
Взаимодействием сульфохлоридов с избытком аммиака получают сульфамиды.
Сульфокислоты могут быть получены также и реакцией сульфоокисления.
Алкансульфокислоты образуют со щелочами соли – сульфонаты.
Сульфонаты и сульфамиды с 12-18 и выше атомами углерода, получаемые на основе жидких парафинов, выделяемых из дизельных фракций, служат в качестве поверхностно-активных и моющих веществ, эмульгаторов нефти и флотационных реагентов.
Дегидрирование. В присутствии катализатора при нагревании из алканов за счёт разрыва связи С-Н происходит отщепление атомов водорода, что приводит к образованию алкенов.
Особенно важен процесс дегидрирования бутана с целью получения бутадиена, который необходим для синтеза каучуков
Дегидрированием изопентана, выделяемого из газового бензина и газов нефтепереработки, получают изопрен, также важный полупродукт для синтеза каучуков.
Окисление.В присутствии большого избытка кислорода (или воздуха) при высокой температуре алканы сгорают полностью до воды и диоксида углерода. Эта реакция используется, главным образом, при получении из природного газа и нефтепродуктов тепловой энергии.
Окислением метана и продуктов его окисления можно получить метиловый спирт, формальдегид, муравьиную кислоту.
Метиловый спирт применяют в качестве горючего, растворителя, для предотвращения образования газовых гидратов в трубопроводах.
Формальдегид применяется во многих органических промышленных синтезах, большое количество его используется для получения пластмасс, пластификаторов, взрывчатых веществ. Применяют также для предотвращения бактериальной коррозии металлов.
Продукты окисления низших алканов находят применение в качестве готовой продукции или полупродуктов при синтезе присадок, моющих средств, алкилирующих агентов, компонентов ракетного топлива, растворителей.
Раздел Теоретические основы химии нефти и газа... Начать лекцию с вопроса а что же такое нефть и от какого слова произошло... Нефть и ее производные используются человечеством с доисторических времен Слово нефть naphta в русский язык пришло...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Физические свойства
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Предмет химии горючих ископаемых.
ОСНОВЫ ХИМИИ НЕФТИ И ГАЗА.doc
Одной из важнейших задач курса химии нефти и газа является изучение состава нефтей и природных газов с помощью физических и физико-химических методов исследов
ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ
Химия нефти и газа включает, помимо собственно химизма нефти и газа, изучение вопросов геохимии биосферы, геохимии отдельных элементов (прежде всего углерода) и органических углеводородных соединен
И его круговорот в природе
Углерод (С) - элемент IV группы периодической системы элементов; его порядковый номер (заряд ядра) 6, атомная масса 12,011. Особенность электронной структуры атомов элементов этой группы - число ва
Круговорот (геохимический цикл) органического углерода.
Теоретический анализ круговорота Сорг был выполнен В. А. Успенским еще в 1956 г. Поведение органического углерода в геохимических процессах весьма своеобразно. Каждый атом органического
Органическая химия – химия соединений углерода.
Характеристика основных классов живого вещества(можно дать домой для конспекта)
Главный источник нефтяных углеводородов - это органические соединения, присутствующие в рас
Плотность нефти
Плотностьхарактеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объёма (по другому масса в единице объема) , [г/см3; кг/м3]: (задать
Вязкость нефти
Вязкость– свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению её частиц при движении, важнейшее технологическое свойство нефтяной системы. Величина вязкости учитывается при оценк
Давление насыщения нефти газом
Давление, при котором весь газ растворяется в жидкости (т.е. переходит в жидкое состояние), называется давлением насыщениянефти газом.
Если пластовое давление меньше давле
Сжимаемость нефти
Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять свой объём под действием внешнего давления. Уменьшение объёма характеризуется коэффициентом сжимаемости (b) или об
Объёмный коэффициент нефти
С количеством растворённого газа в нефти также связан объёмный коэффициент b, характеризующий соотношение объёмов нефти в пластовых условиях и после отделения газа на поверхности п
Тепловые свойства нефтей
Повышение температуры снижает вязкость нефти, увеличивает её текучесть. Количество энергии, которое необходимо затратить для нагревания аномольновязких или высокопарафинистых нефтей, зависит от их
Электрические свойства нефтей
Нефть – диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость (ε) показывает, во сколько раз взаимодействие между электрическими зарядами в данном веществе меньше, чем в вакууме, при прочих равных условия
Молекулярная масса
Молеккулярная масса -важнейшая характеристика нефти. Этот показательдает среднее значение веществ, входящих в состав той или иной фракций нефти и позволяет сделать заключение о сос
Температура кристаллизации, помутнения, застывания
Образование пространственной структуры или просто выпадение в осадок отдельных компонентов при охлаждении нефтей и нефтепродуктов (например, кристаллизация парафинов в дизельных топливах и смазочны
Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения
Температурой вспышки называется минимальная температура, при которой пары нефтепродукта образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в н
Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи
Физические свойства и состав нефти в пределах одного и того же пласта не всегда остаются постоянными. Изменение свойств нефти зависит, в основном, от глубины залегания пласта.
Элементный и изотопный состав нефтей и природных газов
Несмотря на то, что нефть залегает в различных геологических условиях, элементный состав её колеблется в узких пределах. Он характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов - углерод
Групповой химический состав нефтей
Из элементного состава следует, что нефть в основном состоит из углеводородов. Наиболее широко в нефти представлены углеводороды трёх классов: алканы, циклоалканы и арены.
Присутствуют так
Фракционный состав нефти
Для оценки качества добываемой нефти и выбора методов её дальнейшей переработки большое значение имеет распределение содержащихся в ней углеводородов по температурам кипения. Лабораторные исследова
Углеводороды нефти и нефтепродуктов
Углеводороды – наиболее простые по составу органические соединения. Их молекулы построены из атомов только двух элементов – углерода и водорода. Общая формула CnHm
Строение, изомерия, структурные формулы
Строение, изомерия.Алканы – алифатические углеводороды, в молекуле которых атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода одинарной связью (σ-связь).
Алканы нефти
Алканы занимают исключительно важное место среди углеводородов нефти. Так, природные газы представлены почти исключительно алканами.
Общее содержание алканов в нефтях составляет 40-50% (об
Номенклатура и изомерия
Моноцикланы.
Название циклоалканов образуется путём добавления приставки цикло- к названию соответствующего линейного алкана с тем же числом атомов углерода:
Физические свойства
Циклоалканы имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем соответствующие алканы. Наличие одного алкильного заместителя в структуре циклоалкана нарушает симметрию молекул
Арены и углеводороды смешанного строения
Непредельными или ненасыщенными углеводородами называются соединения, содержащие двойные или тройные связи. Непредельные углеводороды образуют несколько гомологических рядов, состав которых вы
Физические свойства аренов
Название
Формула
Температура плавления,
0С
Температура кипения при 0,098 Мпа, 0С
Плотность
&#
Применение
Общее содержание аренов в нефтях составляет 10-20 % масс., а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые нефти.
Общим для всех нефт
Алкены и циклоалкены
Алкены - ненасыщенные соединения, содержащие двойную связь С=С. Раньше эти соединения называли олефинами. Общая формула алкенов CnH2n.
Физические свойства
Физические свойства алкенов представлены в табл.
Для алкенов характерно избирательное поглощение инфракрасных лучей, поэтому инфракрасные спектры используются при обнаружении и установлени
Физические свойства
Физические свойства некоторых алкинов приведены в табл.
Таблица
Физические свойства алкинов
Название
Температура ки
Химические свойства
Химические свойства алкинов обусловлены природой тройной связи, особенностями углеродных атомов, находящихся в состоянии sp-гибридизации. Типичными реакциями алкинов, так же как и для алкенов, явля
Влияние на качество топлив, применение
Ранее считалось, что алкены либо не содержатся в нефтях, либо содержатся в незначительных количествах. В конце 80-х годов было показано, что в ряде нефтей Восточной Сибири, Татарии
Компоненты нефти
Гетероатомными называют соединения, в которых кроме атомов углерода содержатся гетероатомы (O, S, N). Во всех нефтях присутствуют гетероатомные соединения: кислородные, сернистые, а
Кислоты
Органическими или карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, которые содержат в молекуле одну или несколько карбоксильных групп:
Сернистые соединения
В нефтях содержатся как неорганические, так и органические соединения серы: элементарная сера, сероводород, тиолы, сульфидыи т.д. Из них основную долю составляют сульфиды и тиофены.
В наст
Дисульфиды
Дисульфиды - соединения общей формулы R-S-S-R1. Называют их аналогично сульфидам, но с тем исключением, что окончание -сульфид заменяется окончани
Сернистые соединения нефтей
В зависимости от природы нефти содержание серы в нефтях может изменяться от десятых долей до нескольких процентов.
Содержание различных классов сернистых соедин
Происхождение сернистых соединений нефти
Существуют различные предположения о происхождении сернистых соединений, содержащихся в нефтях.
Наиболее вероятно, что сернистые соединения образовались в природных нефтях в результате оки
Происхождение азотистых соединений нефтей.
Влияние на свойства нефтепродуктов и применение
Считается, что основные азотистые соединения унаследованы от животного и растительного вещества, составляющего исход
Смолисто-асфальтовые вещества
Смолы – вязкие полужидкие образования, содержащие кислород, азот, серу и растворимые в органических растворителях. Молекулярная масса варьирует от 600 до 2000.
Минеральные компоненты
К минеральным компонентам нефти относят содержащиеся в нефти соли и комплексные органические соединения металлов. Общее содержание их в нефти не превышает 0,03% масс. Часть металлов попадает в нефт
ГАЗОКОНДЕНСАТЫ
Газоконденсаты. Не только газ способен растворяться в нефти, но и нефть может растворяться в газе. Это происходит при определённых условиях, а именно:
Новости и инфо для студентов