Metaani seeria küllastunud süsivesinikud (alkaanid)

Alkaanid ehk parafiinid on alifaatsed küllastunud süsivesinikud, mille molekulides on süsinikuaatomid omavahel seotud lihtsa sidemega. s - suhtlemine. Ülejäänud süsinikuaatomi valentsid, mida ei kulutata teiste süsinikuaatomitega sidumiseks, on täielikult vesinikuga küllastunud. Seetõttu sisaldavad küllastunud süsivesinikud molekulis maksimaalset arvu vesinikuaatomeid.

Paljude alkaanide süsivesinikel on üldvalem C n H 2n+2. Tabelis on toodud mõned paljude alkaanide esindajad ja mõned nende füüsikalised omadused.

Valem	Nimi	Radikaalne nimi	T pl. 0 C	T kip. 0 C
CH 4	metaan	metüül
C2H6	etaan	etüül
C3H8	propaan	läbi lõikama
C4H10	butaan	butüül
C4H10	isobutaan	isobutüül
C5H12	pentaan	pentüül
C5H12	isopetaan	isopentüül
C5H12	neopetaan	neopentüül
C6H14	heksaan	heksüül
C7H16	heptaan	heptüül
C10H22	dekaan	detsiil
C15H32	pentadekaan
C20H42	eikosaan

Tabelist nähtub, et need süsivesinikud erinevad üksteisest rühmade arvu poolest - CH 2 - Sellist sarnaste struktuuride jada, millel on sarnased keemilised omadused ja mis erinevad üksteisest nende rühmade arvu poolest, nimetatakse homoloogseteks seeriateks. Ja aineid, millest see koosneb, nimetatakse homoloogid .

Simulaator nr 1 – homoloogid ja isomeerid

Koolitaja nr 2. - Homoloogne küllastunud süsivesinike seeria

Füüsikalised omadused

Metaani homoloogse seeria neli esimest liiget on gaasilised ained, alates pentaanist, need on vedelikud ja süsivesinikud süsinikuaatomite arvuga 16 ja rohkem on tahked ained (tavatemperatuuril). Alkaanid on mittepolaarsed ühendid ja neid on raske polariseerida. Need on veest kergemad ja selles praktiliselt lahustumatud. Samuti ei lahustu need teistes väga polaarsetes lahustites. Vedelad alkaanid on paljude orgaaniliste ainete head lahustid. Metaan ja etaan, aga ka kõrgemad alkaanid on lõhnatud. Alkaanid on tuleohtlikud ained. Metaan põleb värvitu leegiga.

Alkaanide valmistamine

Alkaanide saamiseks kasutatakse peamiselt looduslikke allikaid.

Gaasilised alkaanid saadakse looduslikest ja nendega seotud naftagaasidest ning tahkeid alkaane saadakse naftast. Tahkete suure molekulmassiga alkaanide looduslik segu on mägi vaha - looduslik bituumen.

1. Lihtsatest ainetest:

n C+2 n H 2 500 °C, kass → KOOS n H 2 n + 2

2. Metallilise naatriumi mõju alkaanide halogeenderivaatidele - A. Wurtzi reaktsioon:

2CH3-Cl + 2Na → CH3-CH3 + 2NaCl

Alkaanide keemilised omadused

1. Asendusreaktsioonid – Halogeenimine (etapp etapilt)

CH4+Cl2 hν → CH 3 Cl (klorometaan) + HCl (1. etapp);

metaan

CH 3 Cl + Cl 2 hν→ CH2Cl2 (diklorometaan) + HCl (2. etapp);

CH 2Cl 2 + Cl 2 hν → CHCl3 (triklorometaan) + HCl (3. etapp);

CHCl3 + Cl2 hν → CCl 4 (klorometaan) + HCl (4. etapp).

2. Põlemisreaktsioonid (põletada kerge, mittesuitsetava leegiga)

C n H 2n+2 + O 2 t → nCO2 + (n+1)H2O

3. Lagunemisreaktsioonid

A) Pragunemine temperatuuril 700-1000°C (-C-C-) sidemed katkevad:

C10H22 → C5H12 + C5H10

b) Pürolüüs temperatuuril 1000°C kõik sidemed katkevad, saadused on C (tahm) ja H 2:

CH 4 1000°С → C+2H2

Rakendus

· Küllastunud süsivesinikke kasutatakse laialdaselt paljudes inimelu ja -tegevuse valdkondades.

· Kasutamine kütusena - katlasüsteemides, bensiin, diislikütus, lennukikütus, propaani-butaani seguga balloonid majapidamispliitidele

· Vaseliini kasutatakse meditsiinis, parfümeerias, kosmeetikas; kõrgemaid alkaane leidub määrdeõlides; alkaaniühendeid kasutatakse külmutusagensitena kodukülmikutes

· Isomeersete pentaanide ja heksaanide segu nimetatakse petrooleetriks ja seda kasutatakse lahustina. Tsükloheksaani kasutatakse laialdaselt ka lahustina ja polümeeride sünteesiks.

· Metaani kasutatakse rehvide ja värvide tootmiseks

· Alkaanide tähtsus tänapäeva maailmas on tohutu. Naftakeemiatööstuses on küllastunud süsivesinikud aluseks erinevate orgaaniliste ühendite tootmisele, mis on oluline tooraine plastide, kummide, sünteetiliste kiudude, detergentide ja paljude teiste ainete tootmise vahesaaduste saamise protsessides. Sellel on suur tähtsus meditsiinis, parfümeerias ja kosmeetikas.

Ülesanded konsolideerimiseks

nr 1. Kirjutage üles etaani ja butaani põlemisreaktsioonide võrrandid.

№2. Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid butaani tootmiseks järgmistest haloalkaanidest:

CH 3 - Cl (klorometaan) ja C 2 H 5 - I (jodoetaan).

nr 3. Tehke ümberkujundamine vastavalt skeemile, nimetage tooted:

C → CH 4 → CH 3 Cl → C 2 H 6 → CO 2

nr 4. Lahenda ristsõna

Horisontaalselt:

1. alkaan, mille molekulvalem on C3H8.
2. Küllastunud süsivesinike lihtsaim esindaja.
3. Prantsuse keemik, kelle nimi on antud reaktsioonile pikema süsinikuahelaga süsivesinike tootmisel küllastunud süsivesinike halogeenderivaatide reageerimisel metallilise naatriumiga.
4. Geomeetriline kujund, mis meenutab metaani molekuli ruumilist struktuuri.
5. Triklorometaan.
6. Radikaali nimi C 2 H 5 –.
7. Alkaanide kõige tüüpilisem reaktsiooni tüüp.
8. Alkaanide nelja esimese esindaja füüsiline seisund normaaltingimustes.

Kui vastasid küsimustele õigesti, siis esiletõstetud veerus vertikaalselt saada üks küllastunud süsivesinike nimedest. Nimetage see sõna?

Metaan on looduslik tuleohtlik gaas, mida leidub maapõue settekihis vaba akumulatsioonina, lahustunud (naftas, kihistu ja pinnavees), hajutatud, sorbeeritud (kivimite ja orgaanilise ainega) ja tahke ainena (gaashüdraat) osariigid.

Riis. 1

Riis. 2 - metaani struktuurne molekulvalem.

See on kõige lihtsam süsivesinik, värvitu lõhnatu gaas, mis põleb kahvatu sinaka leegiga. See on süsiniksideme (C-C) puudumise tõttu kõige stabiilsem ja inertsem süsivesinik. Oma omaduste tõttu lahustub see vees vähe ja on õhust kergem.

90-95% metaanist on looduslikku päritolu, kuid selle vabanemiseks on ka inimtekkelised allikad: riisipõllud, loomakasvatus, prügilad, söekaevandamine, kaod nafta- ja gaasitööstuses, biomassi põletamine jne. Gaasiväljadel on 99% puhas, kuiv gaas ning naftapuurkaevudest pärinevad gaasid sisaldavad lisaks metaanile 10-40% kõrgemaid homolooge - propaani, butaani, pentaani ja heksaani (märg või märg gaas).

See on äärmiselt plahvatusohtlik, kui kontsentratsioon õhus on 4,4–17%. Plahvatusohtlikum kontsentratsioon on 9,5%. Sageli ravim; toimet nõrgendab tühine lahustuvus vees ja veres. Kuulub neljandasse ohuklassi (madala ohtlikkusega ained).

Metaani klassifikatsioon päritolu järgi:

Biogeenne – tekib orgaanilise aine keemilise muundamise tulemusena. Näiteks bakteriaalne (mikroobne) metaan tekib bakterite elutegevuse tulemusena ja termogeenne metaan tekib settekivimite termokeemiliste protsesside käigus, kui need on 3-10 km sügavuses, kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes.

Abiogeenne – tekib anorgaaniliste ühendite keemiliste reaktsioonide tulemusena, sageli maakera sügaval sügavusel.

Metaan satub atmosfääri looduslikest ja inimtekkelistest allikatest. Looduslike allikate hulka kuuluvad sood, tundra, veehoidlad, putukad (termiidid), metaanhüdraadid ja geokeemilised protsessid. Inimtekkelised on riisipõllud, kaevandused, kaod nafta ja gaasi tootmisel, loomakasvatus, biomassi põletamine, prügilad.

Metaani vabanemise tüübid:

Tavaline - pidev ja ühtlane vabanemine kivisöe ja kivimite nähtamatutest pragudest ja pooridest. Seda saab salvestada ainult instrumentidega.

Sufflyarnoe - lokaalne intensiivne gaasi eraldumine söeõmbluse suurtest pragudest ja kivimitest, millega kaasneb susisemine, vilin, surve, kestab nädalaid, kuid.

Äkiline vabanemine on suure hulga metaani kiire vabanemine, millega kaasneb kivimite või kivisöe nihkumine teatud kaugusel näost. Metaani võib eralduda sadu ja tuhandeid m3.

Metaani allikad ja selle tootmine.

90-95% metaanist on bioloogilist päritolu. Taimtoidulised kabiloomad, nagu lehmad ja kitsed, eraldavad viiendiku aastasest metaaniheitest oma maos leiduvate bakterite kaudu. Muude oluliste allikate hulka kuuluvad termiidid, koorimata riis, sood, maagaasi filtreerimine (eelmise elu toode) ja taimede fotosüntees. Vulkaanid annavad Maa metaani üldisele tasakaalule alla 0,2%, kuid selle gaasi allikaks võivad olla ka varasemate ajastute organismid. Tööstuslikud metaaniheitmed on ebaolulised. Seega näitab metaani avastamine planeedilt nagu Maa, et seal on elu.

Metaan tekib nafta ja naftasaaduste termilisel töötlemisel (10-57% mahust), koksimisel ja kivisöe hüdrogeenimisel (24-34%). Laboratoorsed valmistamismeetodid: naatriumatsetaadi liitmine leelisega, vee toime metüülmagneesiumjodiidile või alumiiniumkarbiidile.

Laboris valmistatakse seda naatriumi (naatrium- ja kaaliumhüdroksiidi segu) või veevaba naatriumhüdroksiidi kuumutamisel äädikhappega. Selle reaktsiooni jaoks on oluline vee puudumine, mistõttu kasutatakse naatriumhüdroksiidi, kuna see on vähem hügroskoopne.

Metaani kasutamine.

Metaan on termiliselt kõige stabiilsem küllastunud süsivesinik. Seda kasutatakse laialdaselt kodu- ja tööstuskütusena ning tööstuse toorainena. Seega tekib metaani kloorimisel metüülkloriid, metüleenkloriid, kloroform ja süsiniktetrakloriid.

Metaani mittetäielikul põlemisel tekib tahm, katalüütilisel oksüdatsioonil formaldehüüdi ja koostoimel väävliga süsinikdisulfiid.

Metaani termiline-oksüdatiivne krakkimine ja elektrokrakkimine on olulised tööstuslikud meetodid atsetüleeni tootmiseks.

Metaani ja ammoniaagi segu katalüütiline oksüdeerimine on tsüaniidhappe tööstusliku tootmise aluseks.

Metaani kasutatakse vesiniku allikana ammoniaagi tootmisel, samuti vesigaasi (nn sünteesgaasi) tootmisel:

CH4 + H2O > CO + 3H2,

kasutatakse süsivesinike, alkoholide, aldehüüdide jne tööstuslikuks sünteesiks.

Metaani oluline derivaat on nitrometaan.

Tänapäeval kasutatakse metaani laialdaselt autode mootorikütusena. Loodusliku metaani tihedus on aga tuhat korda väiksem kui bensiini tihedus. Seega, kui täidate auto atmosfäärirõhul metaani, on sama kütusekoguse jaoks kui bensiini jaoks vaja 1000 korda suuremat paaki. Selleks, et mitte vedada tohutut haagist kütusega, on vaja gaasi tihedust suurendada. Seda saab saavutada metaani kokkusurumisel rõhuni 20-25 MPa (200-250 atmosfääri). Gaasi hoidmiseks selles olekus kasutatakse spetsiaalseid silindreid, mis paigaldatakse autodele.

Metaan klassifitseeritakse kasvuhoonegaasiks, kuna selle sisalduse suurenemine atmosfääris aitab kaasa kasvuhooneefekti tekkele. Metaan on õhust mitu korda kergem ja tugevama kasvuhooneefektiga kui süsihappegaas, seetõttu kanti see koos teiste kahjulike ainetega ÜRO kliimamuutuste raamkonventsiooni ja Kyoto protokolliga reguleeritud ainete nimekirja kasvuhoonegaaside vähendamiseks. heitkogused.

Metaan on küllastunud süsivesinike lihtsaim esindaja. See põleb hästi ja eraldab suurel hulgal soojust, seetõttu kasutatakse seda tööstuses laialdaselt.

Kuidas saada tööstuses metaani

Metaan on osa maagaasist ja naftaväljadega kaasnevatest gaasidest. Seetõttu saab tööstus neist gaasidest metaani.

Kuidas saada kodus metaani

Metaanil on ka teine ​​nimi – rabagaas. Et seda koju saada, tuleks raba põhjast võtta veidi mulda ja panna see purki, valades peale vett. Purk suletakse tihedalt ja asetatakse pimedasse ja sooja kohta. Mõne päeva pärast märkate veepinnale väikeste gaasimullide tekkimist. Saadud metaani saab purgist eemaldada gaasi väljalasketoru kaudu.

Kuidas saada metaani laboritingimustes

Metaani laboris saamiseks on mitu võimalust:

1. Vesiniksulfiidi ja süsinikdisulfiidi segu juhtimine läbi toru, mille põhjas on kuum vask: CS 2 + 2H 2 S + 8Cu = CH 4 + Cu 2 S. See oli kõige esimene meetod metaani tootmiseks. Hiljem leiti, et metaani saab saada vesiniku ja süsiniku segu kuumutamisel nikkelkatalüsaatori juuresolekul 475 kraadini. Ilma katalüsaatorit kasutamata tuleb segu kuumutada 1200 kraadini. C + 2H2 = CH4
2. Praegu toodetakse metaani naatriumhüdroksiidi ja naatriumatsetaadi segu kuumutamisel: CH 3 COONa + NaOH = Na 2 CO 3 + CH 4.
3. Puhta metaani saab alumiiniumkarbiidi ja vee reaktsioonil: Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 3CH 4
4. Metaani sünteesi saab läbi viia ka vesiniku ja süsinikmonooksiidi kombinatsiooni alusel: CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O

Kuidas metaanist atsetüleeni saada

Atsetüleeni saab metaanist, kuumutades seda temperatuurini poolteist tuhat kraadi:

2 CH4 > C 2 H 2 + H 2

Kuidas saada metanooli metaanist

Metaanist metanooli saamiseks tuleb läbi viia mitmeid keemilisi reaktsioone. Esiteks toimub reaktsioon kloori ja metaani vahel. See reaktsioon toimub ainult valguses, sest selle käivitavad valguse footonid. Selle reaktsiooni käigus moodustuvad triklorometaan ja vesinikkloriidhape: CH 4 + Cl 2 > CH 3 Cl + HCl. Seejärel viiakse saadud triklorometaani ja naatriumhüdroksiidi vesilahuse vahel läbi reaktsioon. Tulemuseks on metanool ja naatriumkloriid: CH 3 Cl + NaOH > NaCl + CH 3 OH

Kuidas saada aniliini metaanist

Metaanist on võimalik saada aniliini, viies läbi vaid terve reaktsiooniahela, mis skemaatiliselt näeb välja järgmine: CH 4 > C 2 H 2 > C 6 H 6 > C 6 H 5 NO 2 > C 6 H 5 NH 2 .

Esiteks kuumutatakse metaan 1500 kraadini, mille tulemusena moodustub atsetüleen. Seejärel saadakse Zelinsky reaktsiooni abil atsetüleenist benseen. Selleks juhitakse atsetüleen läbi 600 kraadini kuumutatud toru, mis on pooleldi täidetud aktiivsöega: 3C 2 H 2 = C 6 H 6

Nitrobenseeni saadakse benseenist: C 6 H 6 + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + H 2 O, mis on aniliini tootmise lähteaine. See protsess järgib Zinini reaktsiooni:

C6H5NO2 + 3(NH4)2S = C6H5NH2 + 6NH3 + 3S + 2H2O.

Metaani füüsikalis-keemilised omadused.

Ohtlikud lisandid kaevandusõhus

Kaevandusõhu mürgiste lisandite hulka kuuluvad süsinikmonooksiid, lämmastikoksiidid, vääveldioksiid ja vesiniksulfiid.

Süsinikoksiid (CO) – värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mille erikaal on 0,97. Põleb ja plahvatab kontsentratsioonidel 12,5–75%. Süttimistemperatuur, kontsentratsioonil 30%, 630-810 0 C. Väga mürgine. Surmav kontsentratsioon – 0,4%. Lubatud kontsentratsioon kaevanduses on 0,0017%. Peamine abi mürgistuse korral on kunstlik hingamine värske õhuga.

Süsinikmonooksiidi allikad hõlmavad lõhketööd, sisepõlemismootoreid, kaevanduste tulekahjusid ning metaani ja söetolmu plahvatusi.

Lämmastikoksiidid (NO)- on pruuni värvi ja iseloomuliku terava lõhnaga. Väga mürgine, põhjustab hingamisteede ja silmade limaskestade ärritust ning kopsuturset. Surmav kontsentratsioon lühiajalise sissehingamise korral on 0,025%. Maksimaalne lämmastikoksiidide sisaldus kaevandusõhus ei tohiks ületada 0,00025% (dioksiidi osas - NO 2). Lämmastikdioksiidi puhul – 0,0001%.

Vääveldioksiid (SO 2)– värvitu, tugeva ärritava lõhna ja hapu maitsega. 2,3 korda raskem kui õhk. Väga mürgine: ärritab hingamisteede ja silmade limaskesti, põhjustab bronhide põletikku, kõri ja bronhide turset.

Vääveldioksiid tekib lõhkamisel (väävelkivimites), põlemisel ja eraldub kivimitest.

Maksimaalne sisaldus kaevandusõhus on 0,00038%. 0,05% kontsentratsioon on eluohtlik.

Vesiniksulfiid (H2S)- magusa maitse ja mädamuna lõhnaga värvitu gaas. Tihedus – 1,19. Vesiniksulfiid põleb ja plahvatab kontsentratsioonis 6%. Väga mürgine, ärritab hingamisteede ja silmade limaskesti. Surmav kontsentratsioon – 0,1%. Esmaabi mürgistuse korral on kunstlik hingamine värske vooluga, kloori sissehingamine (valgendiga leotatud taskurätikuga).

Vesiniksulfiid eraldub kivimitest ja mineraalveeallikatest. See tekib orgaanilise aine lagunemise, kaevanduste tulekahjude ja lõhketööde käigus.

Vesiniksulfiid lahustub vees hästi. Seda tuleb arvesse võtta, kui inimesed liiguvad läbi mahajäetud töökohtade.

Lubatud H 2 S sisaldus kaevanduse õhus ei tohiks ületada 0,00071%.

2. loeng

Metaan ja selle omadused

Metaan on tulekindluse peamine, kõige levinum osa. Kirjanduses ja praktikas on metaani kõige sagedamini identifitseeritud tulipaisugaasiga. Kaevanduse ventilatsioonis pälvib see gaas oma plahvatusohtlikkuse tõttu kõige rohkem tähelepanu.

Metaani füüsikalis-keemilised omadused.

Metaan (CH 4)– värvi, maitse ja lõhnata gaas. Tihedus – 0,0057. Metaan on inertne, kuid hapnikku välja tõrjudes (väljatõrjumine toimub järgmises vahekorras: 5 ruumalaühikut metaani asendab 1 ruumalaühikut, s.o 5:1), võib see ohustada inimesi. Süttib temperatuuril 650-750 0 C. Metaan moodustab õhuga tule- ja plahvatusohtlikke segusid. Kui see sisaldub õhus kuni 5-6%, põleb see soojusallika juures, 5-6% kuni 14-16% plahvatab, üle 14-16% see ei plahvata. Suurim plahvatusjõud on kontsentratsioonil 9,5%.

Üks metaani omadusi on välgu aeglustumine pärast kokkupuudet süüteallikaga. Välgu viivitusaega nimetatakse induktiivne periood. Selle perioodi olemasolu loob tingimused puhangute vältimiseks ohutuslõhkeainetega (HE) lõhketöödel.

Gaasirõhk plahvatuskohas on ligikaudu 9 korda kõrgem gaasi-õhu segu algrõhust enne plahvatust. See võib põhjustada survet kuni 30 juures ja kõrgemale. Erinevad takistused töös (kitsendused, väljaulatuvad osad jne) aitavad kaasa rõhu suurenemisele ja suurendavad lõhkelaine levimiskiirust kaevanduses.