Етилен плюс вода що вийде. Промислове виробництво етанолу

Історія відкриття етилену

Етилен вперше був отриманий німецьким хіміком Йоганном Бехером у 1680 році при дії купоросної олії (H 2 SO 4) на винний (етиловий) спирт (C 2 H 5 OH).

CH 3 -CH 2 -OH+H 2 SO 4 →CH 2 =CH 2 +H 2 O

Спочатку його ототожнювали з «горючим повітрям», тобто з воднем. Пізніше, в 1795 році етилен подібним чином отримали голландські хіміки Дейман, Потс-ван-Трусвік, Бонд і Лауеренбург і описали під назвою «олійного газу», так як виявили здатність етилену приєднувати хлор з утворенням маслянистої рідини - хлористого етилену хіміків»), (Прохоров, 1978).

Вивчення властивостей етилену, його похідних та гомологів почалося з середини XIXстоліття. початок практичного використанняцих з'єднань поклали класичні дослідження А.М. Бутлерова та його учнів у сфері ненасичених з'єднань і особливо створення Бутлерової теорії хімічної будови. В 1860 він отримав етилен дією міді на йодистий метилен, встановивши структуру етилену.

У 1901 році Дмитро Миколайович Нелюбов вирощував горох у лабораторії, у Санкт-Петербурзі, але насіння давало викривлені, укорочені проростки, у яких верхівка була зігнута гачком і не згиналася. У теплиці та на свіжому повітріпроростки були рівні, високі, і верхівка на світлі швидко розпрямляла гачок. Нелюбов запропонував, що фактор, що викликає фізіологічний ефект, знаходиться у повітрі лабораторії.

На той час приміщення освітлювали газом. У вуличних ліхтаряхгорів той самий газ, і давно було помічено, що під час аварії в газопроводі стоять поручз місцем витоку газу дерева передчасно жовтіють і скидають листя.

Освітлювальний газ містив різноманітні органічні речовини. Щоб видалити домішок газу, Нелюбов пропускав через розігріту трубку з оксидом міді. У "очищеному" повітрі проростки гороху розвивалися нормально. Для того, щоб з'ясувати, яка саме речовина викликає відповідь проростків, Нелюбов додавав різні компонентисвітильного газу по черзі, і виявив, що добавка етилену викликає:

1) уповільнення зростання в довжину та потовщення проростка,

2) «не розгинається» апікальну петельку,

3) Зміна орієнтації проростка у просторі.

Ця фізіологічна реакція проростків була названа потрійною відповіддю на етилен. Горох виявився настільки чутливим до етилену, що його стали використовувати у біотестах для визначення низьких концентрацій цього газу. Незабаром виявили, що етилен викликає й інші ефекти: листопад, дозрівання плодів тощо. Виявилося, що етилен здатні синтезувати рослини, тобто. етилен є фітогормоном (Петушкова, 1986).

Фізичні властивостіетилену

Етилен- Органічне хімічне з'єднання, що описується формулою 2 H 4 . Є найпростішим алкеном ( олефіном).

Етилен – безбарвний газ із слабким солодким запахом щільністю 1,178 кг/м³ (легше за повітря), його вдихання надає наркотичну дію на людину. Етилен розчиняється в ефірі та ацетоні, значно менше - у воді та спирті. При змішуванні з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш

Тверде при -169,5°C, плавиться при таких же температурних умовах. Кипить етен при -103,8 ° C. Запалює при нагріванні до 540°C. Газ добре горить, полум'я світиться, зі слабкою кіптявою. Округлена молярна маса речовини – 28 г/моль. Третій та четвертий представники гомологічного ряду етену – теж газоподібні речовини. Фізичні властивості п'ятого та наступних алкенів відрізняються, вони є рідинами та твердими тілами.

Отримання етилену

Основні способи одержання етилену:

Дегідрогалогенування галогенпохідних алканів під дією спиртових розчинів лугів

CH 3 -CH 2 -Br + KOH → CH 2 = CH 2 + KBr + H 2 O;

Дегалогенування дигалогенпохідних алканів під дією активних металів

Сl-CH 2 -CH 2 -Cl + Zn → ZnCl 2 + CH 2 = CH 2;

Дегідратація етилену при його нагріванні із сірчаною кислотою (t >150˚ C) або пропускання його пар над каталізатором

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O;

Дегідрування етану при нагріванні (500С) у присутності каталізатора (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2 .

Хімічні властивості етилену

Для етилену характерні реакції, що протікають за електрофільним механізмом, приєднання, реакції радикального заміщення, окислення, відновлення, полімеризації.

1. Галогенування(Електрофільне приєднання) - взаємодія етилену з галогенами, наприклад, з бромом, при якому відбувається знебарвлення бромної води:

CH 2 = CH 2 + Br 2 = Br-CH 2 -CH 2 Br.

Галогенування етилену можливе також при нагріванні (300С), у цьому випадку розриву подвійного зв'язку не відбувається – реакція протікає механізмом радикального заміщення:

CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 = CH-Cl + HCl.

2. Гідрогалогенування- взаємодія етилену з галогенводнями (HCl, HBr) з утворення галогенпохідних алканів:

CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

3. Гідратація- взаємодія етилену з водою у присутності мінеральних кислот (сірчаної, фосфорної) з утворенням граничного одноатомного спирту – етанолу:

CH 2 = CH 2 + H 2 Про → CH 3 -CH 2 -ВІН.

Серед реакцій електрофільного приєднання виділяють приєднання хлорнуватистої кислоти(1), реакції гідрокси-і алкоксимеркурювання(2, 3) (отримання ртуть органічних сполук) та гідроборування (4):

CH 2 = CH 2 + HClO → CH 2 (OH)-CH 2 -Cl (1);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH 2 = CH 2 + BH 3 → CH 3 -CH 2 -BH 2 (4).

Реакції нуклеофільного приєднання характерні для похідних етилену, які містять електроноакцепторні замісники. Серед реакцій нуклеофільного приєднання особливе місцезаймають реакції приєднання ціановодневої кислоти, аміаку, етанолу. Наприклад,

2 ON-CH = CH 2 + HCN → 2 ON-CH 2 -CH 2 -CN.

4. окиснення. Етилен легко окислюється. Якщо етилен пропускати через розчин перманганату калію, він знебарвиться. Ця реакція використовується для відмінності граничних та ненасичених з'єднань. В результаті утворюється етиленгліколь

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) +2MnO 2 + 2KOH.

При жорсткому окисненніетилену киплячим розчином перманганату калію кислому середовищівідбувається повний розрив зв'язку (σ-зв'язку) з освітою мурашиної кислотита вуглекислого газу:

Окисленняетилену киснемпри 200С у присутності CuCl 2 та PdCl 2 призводить до утворення ацетальдегіду:

CH 2 = CH 2 +1/2O 2 = CH 3 -CH = O.

5. гідрування. При відновленняетилену відбувається утворення етану, представника класу алканів. Реакція відновлення (реакція гідрування) етилену протікає за радикальним механізмом. Умовою перебігу реакції є наявність каталізаторів (Ni, Pd, Pt), а також нагрівання реакційної суміші:

CH 2 = CH 2 + H 2 = CH 3 -CH 3 .

6. Етилен входить у реакцію полімеризації. Полімеризація - процес утворення високомолекулярної сполуки – полімеру шляхом з'єднання один з одним за допомогою головних валентностей молекул вихідної низькомолекулярної речовини – мономеру. Полімеризація етилену відбувається під дією кислот (катіонний механізм) або радикалів (радикальний механізм):

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -) n -.

7. Горіння:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

8. Димерізація. Димеризація- процес утворення нової речовини шляхом з'єднання двох структурних елементів(молекул, у тому числі білків, або частинок) в комплекс (димер), що стабілізується слабкими та/або ковалентними зв'язками.

2CH 2 =CH 2 →CH 2 =CH-CH 2 -CH 3

Застосування

Етилен використовують у двох основних категоріях: як мономер, з якого побудовані великі вуглецеві ланцюги, і як вихідний матеріал для інших двох-вуглецевих сполук. Полімеризації - це об'єднання множини дрібних молекул етилену, що повторюються, у більші. Цей процес відбувається при високих тискахта температурах. Області застосування етилену численні. Поліетилен – це полімер, який використовується особливо масово у виробництві пакувальних плівок, дротяних покриттів та пластикових пляшок. Ще одне застосування етилену як мономер стосується формування лінійних α-олефінів. Етилен є вихідним матеріалом для приготування ряду двох-вуглецевих сполук, таких як етанол ( технічний спирт), окис етилену ( антифриз, поліефірні волокна та плівки), ацетальдегіду та вініл хлориду. Крім цих сполук, етилен з бензолом утворює етилбензол, який використовується у виробництві пластмас та синтетичного каучуку. Розглянута речовина є одним із найпростіших вуглеводнів. Однак властивості етилену роблять його біологічно та господарсько значущим.

Властивості етилену дають хорошу комерційну основу для великої кількостіорганічних (що містять вуглець та водень) матеріалів. Поодинокі молекули етилену можуть бути з'єднані разом для отримання поліетилену (що означає багато молекул етилену). Поліетилен використовується виготовлення пластмас. Крім того, він може бути використаний для виготовлення миючих засобів та синтетичних мастильних матеріалів, які є хімічні речовини, що використовуються для зменшення тертя. Застосування етилену для отримання стиролів є актуальним у процесі створення гуми та захисної упаковки. Крім того, він використовується у взуттєвій промисловості, особливо це стосується спортивного взуття, а також під час виробництва автомобільних покришок. Застосування етилену є комерційно важливим, а сам газ є одним із найчастіше вироблених вуглеводнів у глобальному масштабі.

Етилен використовується у виробництві скла спеціального призначеннядля автомобільної промисловості

Фізичні властивості

Етан за н. у.- безбарвний газ, без запаху. Молярна маса– 30,07. Температура плавлення –182,81 °C, кипіння -88,63 °C. . Щільність ρ газ. =0,001342 г/см³ або 1,342 кг/м³ (н. у.), ρ рідк. =0,561 г/см³ (T=-100 °C). Константа дисоціації 42 (у воді, прин. у.) [ джерело?]. Тиск пари при 0 ° С - 2,379 МПа.

Хімічні властивості

Хімічна формула C 2 H 6 (раціональна CН 3 СН 3). Найбільш характерні реакції заміщення водню галогенами, які проходять вільно радикальним механізмом. Термічне дегідрування етану при 550-650 ° С наводить кетену, при температурах понад 800 ° С - кацетилену (утворюється також бензолісажу). Пряме хлорування при 300-450 ° С - кетилхлориду, нитрування в газовій фазі дає суміш (3:1) нітроетана інітрометану.

Отримання

У промисловості

У промисловості одержують із нафтових та природних газів, де він становить до 10 % за обсягом. У Росії вміст етану у нафтових газах дуже низький. У США та Канаді (де його вміст у нафтових та природних газах високо) служить основною сировиною для отримання етену.

У лабораторних умов

Одержують з йодметанапореакції Вюрца, ізацетату натріюелектролізомпореакції Кольбе, сплавленнямпропіонату натріяс лугом, ізетилбромідапореакції Гриньяра,гідруванняметена(над Pd) абоацетилену(у присутностіНікель Ренея).

Застосування

Основне використання етану у промисловості - отримання етилену.

Бутан(C 4 H 10) - органічна сполука класу алканів. У хімії назва використовується переважно для позначення н-бутану. Таку ж назву має суміш н-бутану та його ізомера ізобутану CH(CH 3) 3 . Назва походить від кореня «бут-» (англійська назва олійної кислоти - butyric acid) та суфікса «-ан» (приналежність до алканів). У великих концентраціях отруйний, вдихання бутану викликає дисфункцію легенево-дихального апарату. Міститься в природному газі, утворюється при крекінгу нафтопродуктівпри поділі попутного нафтового газу, "жирного" природного газу. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, малотоксичний, має специфічний характерний запах, має наркотичні властивості. За ступенем впливу на організм газ відноситься до речовин 4-го класу небезпеки (малонебезпечні) за ГОСТ 12.1.007-76. Шкідливо впливає на нервову систему .

Ізомерія

Бутан має два ізомера:

Фізичні властивості

Бутан - безбарвний горючий газ, зі специфічним запахом, що легко зріджується (нижче 0 ° C і нормальному тиску або при підвищеному тиску і звичайній температурі - легколетюча рідина). Точка замерзання -138 ° С (при нормальному тиску). Розчинністьу воді - 6,1 мг у 100 мл води (для н-бутану, при 20 °C, значно краще розчиняється в органічних розчинниках ). Може утворювати азеотропнусуміш з водою при температурі близько 100 °C та тиску 10 атм.

Знаходження та отримання

Міститься у газовому конденсаті та нафтовому газі (до 12 %). Є продуктом каталітичного та гідрокаталітичного крекінгунафтових фракцій. У лабораторії може бути отриманий реакції Вюрца.

2 C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr

Сіроочищення (демеркаптанізація) бутанової фракції

Прямогонну бутанову фракцію необхідно очищати від сірчистих сполук, які переважно представлені метил- та етил-меркаптанами. Метод очищення бутанової фракції від меркаптанів полягає у лужній екстракції меркаптанів з вуглеводневої фракції та подальшої регенерації лугу у присутності гомогенних або гетерогенних каталізаторів киснем повітря з виділенням дисульфідної олії.

Застосування та реакції

При вільнорадикальному хлоруванні утворює суміш 1-хлор-і 2-хлорбутану. Їх співвідношення добре пояснюється різницею міцності С-Нзв'язків у позиції 1 і 2 (425 і 411 кДж/моль). При повному згорянні повітря утворює вуглекислий газта воду. Бутан застосовується в суміші з пропаному запальничках, у газових балонах у зрідженому стані, де він має запах, оскільки містить спеціально додані одоранти. При цьому використовуються «зимові» та «літні» суміші з різним складом. Теплота згоряння 1 кг – 45,7 МДж (12,72 кВт·год).

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

При нестачі кисню утворюється сажаабо чадний газабо те й інше разом.

2C 4 H 10 + 5 O 2 → 8 C + 10 H 2 O

2C 4 H 10 + 9 O 2 → 8 CO + 10 H 2 O

Фірмою Дюпонрозроблено метод отримання малеїнового ангідридуз н-бутану при каталітичному окисненні.

2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + 7 O 2 → 2 C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O

н-Бутан - сировина для отримання бутена, 1,3-бутадієну, компонент бензинів із високим октановим числом. Бутан високої чистоти і особливо ізобутан може бути використаний як холодоагент у холодильних установках. Продуктивність таких систем трохи нижча, ніж фреонових. Бутан безпечний для довкілля, на відміну фреонових холодоагентів.

У харчовій промисловості бутан зареєстрований як харчової добавки E943a, а ізобутан - E943b, як пропелент, наприклад, в дезодорантах.

Етилен(за ІЮПАК: Етен) - органічне хімічне з'єднання, що описується формулою 2 H 4 . Є найпростішим алкеном (олефіном). У природі етилен мало зустрічається. Це безбарвний горючий газ із слабким запахом. Частково розчинний у воді (25,6 мл 100 мл води при 0°C), етанолі (359 мл у тих же умовах). Добре розчиняється в діетиловому ефірі та вуглеводнях. Містить подвійний зв'язок і тому відноситься до ненасичених або ненасичених вуглеводням. Грає надзвичайно важливу рольу промисловості, а також є фітогормоном. Етилен - органічне з'єднання, що найбільш виробляється в світі ; загальне світове виробництво етилену в 2008 рокустановило 113 мільйонів тонн і продовжує зростати на 2-3% на рік .

Застосування

Етилен є провідним продуктом основного органічного синтезута застосовується для отримання наступних сполук (перераховані в алфавітному порядку):

Вінілацетат;

Дихлоретан / вінілхлорид(3-е місце, 12% всього обсягу);

Окис етилену(2-е місце, 14-15% всього обсягу);

Поліетилен(1-е місце, до 60% всього обсягу);

Стирол;

Оцтова кислота;

Етилбензол;

Етиленгліколь;

Етиловий спирт.

Етилен у суміші з киснем використовувався в медицині для наркозааж до середини 80-х років ХХ століття в СРСР та на Близькому Сході. Етилен є фітогормономпрактично у всіх рослин , між іншим відповідає за опадання голок у хвойних.

Основні Хімічні властивості

Етилен - хімічно активна речовина. Так як в молекулі між атомами вуглецю є подвійний зв'язок, то одна з них менш міцна, легко розривається, і за місцем розриву зв'язку відбувається приєднання, окислення, полімеризація молекул.

Галогенування:

CH 2 =CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

Відбувається знебарвлення бромної води. Це якісна реакція на ненасичені сполуки.

Гідрування:

CH 2 = CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (під дією Ni)

Гідрогалогенування:

CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

Гідратація:

CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (під дією каталізатора)

Цю реакцію відкрив AM. Бутлерів, і вона використовується для промислового одержання етилового спирту.

Окислення:

Етилен легко окислюється. Якщо етилен пропускати через розчин перманганату калію, він знебарвиться. Ця реакція використовується для відмінності граничних та ненасичених з'єднань.

Окис етилену - неміцна речовина, кисневий місток розривається та приєднується вода, в результаті утворюється етиленгліколь:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Полімеризація:

nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

ІзопренСН 2 =С(СН 3)-СН=СН 2 2-метилбутадієн-1,3 - ненасичений вуглеводень дієнового ряду (C n H 2n−2 ) . У нормальних умовахбезбарвна рідина. Він являється мономеромдля натурального каучукуі структурною одиницеюдля безлічі молекул інших природних сполук - ізопреноїдів, або терпеноїдів. . Розчинимо в спирті. Ізопрем полімеризується, даючи ізопренові каучуки. Ізопрен також вступає в реакцію полімеризаціїіз сполуками вінілового ряду.

Знаходження та отримання

Натуральний каучук є полімером ізопрену - найчастіше цис-1,4-поліізопреном з молекулярною масою від 100,000 до 1,000,000. Як домішки містить кілька відсотків інших матеріалів, таких як білки, жирні кислоти, смоли та неорганічні речовини. Деякі джерела натурального каучуку називаються гутаперчаі складається з транс-1,4-поліізопрену, структурний ізомерщо має схожі, але не ідентичні властивості. Ізопрен виробляється та виділяється в атмосферу багатьма видами дерев (головний з них - дуб) Річне виробництво ізопрену рослинністю близько 600 млн т., причому половина виробляється тропічними широколистими деревами, решта виробляється чагарниками. Після потрапляння в атмосферу ізопрен перетворюється вільними радикалами (такими як гідроксил (OH) радикал) і меншою мірою озоном в різні речовини, такі як альдегіди, гідроксипероксиди, органічні нітрати та епоксиди, які змішуються з водними краплями, утворюючи аерозолі або серпанок. Цей механізм дерева використовують не тільки для того, щоб уникнути перегріву листя Сонцем, але й для захисту від вільних радикалів, особливо озону. Ізопрен вперше було отримано термічною обробкою натурального каучуку. Найбільш промислово доступний як продукт термічного крекінгу лігроїнуабо олії, а також як побічний продукт при виробництві етилену. Виробляється близько 20,000 тонн на рік. Близько 95% виробництва ізопрену використовується для виробництва цис-1,4-поліізопрену – синтетичного варіанту природного каучуку.

Бутадієн-1,3(Дівініл) СН 2 = СН-СН = СН 2 - ненасичений вуглеводень, Найпростіший представник дієнових вуглеводнів.

Фізичні властивості

Бутадієн - безбарвний газз характерним запахом, Температура кипіння−4,5 °C, Температура плавлення−108,9 °C, Температура спалаху−40 °C, гранично допустима концентраціяу повітрі (ГДК) 0,1 г/м³, густина 0,650 г/см³ при −6 °C.

Слабо розчинний у воді, добре розчинний у спирті, гасі з повітрям у кількості 1,6-10,8 %.

Хімічні властивості

Бутадієн схильний до полімеризаціїлегко окислюється повітрямз освітою перекиснихз'єднань, що прискорюють полімеризацію.

Отримання

Бутадієн отримують за реакцією Лебедєвапропусканням етилового спиртучерез каталізатор:

2CH 3 CH 2 OH → C 4 H 6 + 2H 2 O + H 2

Або дегідрогенізацією нормального бутилена:

CH 2 = CH-CH 2 -CH 3 → CH 2 = CH-CH = CH 2 + Н 2

Застосування

Полімеризацією бутадієну отримують синтетичний каучук. Сополімеризацією з акрилонітриломі стироломотримують АБС-пластик.

Бензол (C 6 H 6 , Ph H) - органічна хімічна сполука, безбарвна рідиназ приємним солодкуватим запахом. Найпростіший ароматичний вуглеводень. Бензол входить до складу бензину, широко застосовується в промисловості, є вихідною сировиною для виробництва ліків, різних пластмас, синтетичної гумибарвників. Хоча бензол входить до складу сирої нафти, в промислових масштабахвін синтезується з інших її компонентів. Токсичний, канцерогенний.

Фізичні властивості

Безбарвна рідина із своєрідним різким запахом. Температура плавлення = 5,5 °C, температура кипіння = 80,1 °C, щільність = 0,879 г/см³, молярна маса = 78,11 г/моль. Подібно до всіх вуглеводнів бензол горить і утворює багато кіптяви. З повітрям утворює вибухонебезпечні суміші, добре змішується з ефірами, бензиномта іншими органічними розчинниками з водою утворює азеотропну суміш з температурою кипіння 69,25 °C (91% бензолу). Розчинність у воді 1,79 г/л (25 °C).

Хімічні властивості

Для бензолу характерні реакції заміщення - бензол реагує з алкенами, хлор алканами, галогенами, азотноїі сірчаною кислотами. Реакції розриву бензольного кільця відбуваються у жорстких умовах (температура, тиск).

Взаємодія з хлором у присутності каталізатора:

6 H 6 + Cl 2 -(FeCl 3)→ З 6 H 5 Cl + HCl утворюється хлорбензол

Каталізатори сприяють створенню активної електрофільної частинки шляхом поляризації атомів галогену.

Cl-Cl + FeCl 3 → Cl ઠ - ઠ +

З 6 H 6 + Cl ઠ - -Cl ઠ + + FeCl 3 → [З 6 H 5 Cl + FeCl 4 ] → З 6 H 5 Cl + FeCl 3 + HCl

За відсутності каталізатора при нагріванні чи освітленні йде радикальна реакція заміщення.

С 6 H 6 + 3Cl 2 -(освітлення)→ C 6 H 6 Cl 6 утворюється суміш ізомерів гексахлорциклогексану відео

Взаємодія з бромом (чистий):

Взаємодія з галогенопохідними алканами ( реакція Фріделя-Крафтса):

З 6 H 6 + З 2 H 5 Cl -(AlCl 3)→ З 6 H 5 З 2 H 5 + HCl утворюється етилбензол

З 6 H 6 + HNO 3 -(H 2 SO 4)→ З 6 H 5 NO 2 + H 2 O

Структура

Бензол за складом відноситься до ненасичених вуглеводням(Гомологічний ряд C n H 2n-6), але на відміну від вуглеводнів ряду етилену C 2 H 4 виявляє властивості, властиві ненасиченим вуглеводням (їм характерні реакції приєднання) лише за жорстких умовах, тоді як до реакцій заміщення бензол більш схильний. Така «поведінка» бензолу пояснюється його особливою будовою: знаходженням усіх зв'язків і молекул на одній площині та наявністю в структурі сполученої 6π-електронної хмари. Сучасне уявлення про електронну природу зв'язків у бензолі ґрунтується на гіпотезі Лайнуса Полінга, який запропонував зображати молекулу бензолу у вигляді шестикутника з вписаним колом, підкреслюючи тим самим відсутність фіксованих подвійних зв'язків та наявність єдиної електронної хмари, що охоплює всі шість атомів вуглецю циклу.

Виробництво

На сьогоднішній день існує три принципово різні способи виробництва бензолу.

Коксування кам'яного вугілля. Цей процес історично був першим і був основним джерелом бензолу до Другої світової війни. Нині частка бензолу, одержуваного у такий спосіб, становить менше 1 %. Слід додати, що бензол, що отримується з кам'яновугільної смоли, містить значну кількість тіофену, що робить такий бензол сировиною, непридатною для ряду технологічних процесів.

Каталітичний риформінг(аромаїзинг) бензинових фракцій нафти. Цей процес є основним джерелом бензолу США. У Західної Європи, Росії та Японії цим способом отримують 40-60 % від загальної кількостіречовини. У цьому процесі крім бензолу утворюються толуолі ксилоли. Зважаючи на те, що толуол утворюється в кількостях, що перевищують попит на нього, його також частково переробляють у:

бензол - методом гідродеалкілування;

суміш бензолу та ксилолів – методом диспропорціонування;

Піролізбензинових та більш важких нафтових фракцій. До 50% бензолу виробляється цим методом. Поряд із бензолом утворюються толуол та ксилоли. У деяких випадках всю цю фракцію направляють на стадію деалкілування, де і толуол, і ксилоли перетворюються на бензол.

Застосування

Бензол входить до десятки найважливіших речовин хімічної промисловості. [ джерело не вказано 232 дні ] Більшу частину бензолу використовують для синтезу інших продуктів:

близько 50% бензолу перетворюють на етилбензол (алкілюваннябензолу етиленом);
близько 25% бензолу перетворюють на кумол (алкілюваннябензолу пропіленом);
приблизно 10-15% бензолу гідруютьв циклогексан;
близько 10% бензолу витрачається на виробництво нітробензолу;
2-3% бензолу перетворюють на лінійні алкілбензоли;
приблизно 1% бензолу використовується для синтезу хлорбензолу.

У значно менших кількостях бензол використовується для синтезу деяких інших сполук. Зрідка і в крайніх випадках, через високу токсичність, бензол використовується як розчинника. Крім того, бензол входить до складу бензину. Зважаючи на високу токсичність, його зміст новими стандартами обмежений введенням до 1 %.

Толуол(від вик. Tolu, Толуанський бальзам) - метилбензол, безбарвна рідина з характерним запахом, відноситься до арен.

Толуол отриманий вперше П. Пельтьє у 1835 р. при перегонці соснової смоли. У 1838 виділено А. Девілем з бальзаму, привезеного з міста Толу до Колумбії, на честь якого отримав свою назву.

Загальна характеристика

Безбарвна рухлива летюча рідина з різким запахом, виявляє слабку наркотичну дію. Змішується в необмежених межах з вуглеводнями, багатьма спиртамиі ефірамине змішується з водою. Показник заломленнясвітла 1,4969 за 20 °C. Горючий, згоряє полум'ям, що коптить.

Хімічні властивості

Для толуолу характерні реакції електрофільного заміщення в ароматичному кільці та заміщення у метильній групі за радикальним механізмом.

Електрофільне заміщенняв ароматичному кільці йде переважно в орто-і пара-положення щодо метильної групи.

Крім реакцій заміщення, толуол входить у реакції приєднання (гідрування), озонолізу. Деякі окислювачі (лужний розчин перманганату калію, розведена азотна кислота) окислюють метильну групу до карбоксильної. Температура спалахування 535 °C. Концентраційна межа поширення полум'я, %об. Температурна межа поширення полум'я, °C. Температура спалаху становить 4 °C.

Взаємодія з перманганатом калію в кислому середовищі:

5С 6 H 5 СH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5С 6 H 5 СOOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O утворення бензойної кислоти

Отримання та очищення

Продукт каталітичного риформінгу бензиновихфракцій нафти. Виділяється селективною екстракцією та наступною ректифікацією. Також хороші виходи досягаються при каталітичному дегідруванні гептанучерез метилциклогексан. Очищають толуол аналогічно бензолу, тільки у разі застосування концентрованою сірчаної кислотине можна забувати, що толуол сульфуєтьсялегше бензолу, отже, необхідно підтримувати нижчу температуру реакційної суміші(менше 30 °C). Толуол також утворює з водою азеотропну суміш .

Толуол можна отримати з бензолу по реакції Фріделя-Крафтса:

Застосування

Сировина для виробництва бензолу, бензойної кислоти, нітротолуолів(в тому числі тринітротолуолу), толуїлендіізоціанатів(через динітротолуол та толуїлендіамін) бензилхлоридута ін. органічних речовин.

Є розчинникомдля багатьох полімерів, входить до складу різних товарних розчинників для лаківі фарб. Входить до складу розчинників: Р-40, Р-4, 645, 646 , 647 , 648. Застосовується як розчинник у хімічному синтезі.

Нафталін- З 10 Н 8 тверде кристалічна речовиназ характерним запахом. У воді не розчиняється, але добре - у бензоле, ефірі, спирті, хлороформі.

Хімічні властивості

Нафталін за хімічними властивостями подібний до бензолом: легко нітрується, сульфується, взаємодіє з галогенами. Відрізняється від бензолу тим, що ще легше входить у реакції.

Фізичні властивості

Щільність 1.14 г/см³, температура плавлення 80.26 °C, температура кипіння 218 °C, розчинність у воді приблизно 30 мг/л, температура спалаху 79 - 87 °C, температура самозаймання 525 °C, молярна маса 128.17052 г/моль.

Отримання

Отримують нафталін з кам'яновугільної смоли. Також нафталін можна виділяти з важкої смоли піролізу (загартована олія), яка застосовується у процесі піролізу на етиленових установках.

Також нафталін виробляють терміти. Coptotermes formosanus , щоб захистити свої гнізда від мурах, грибків та нематод .

Застосування

Важлива сировина хімічної промисловості: застосовується для синтезу фталевого ангідриду, тетраліну, декаліна, різноманітних похідних нафталіну.

Похідні нафталіну застосовують для отримання барвниківі вибухових речовин, в медицині, як інсектицид.

Ненасичені вуглеводні з подвійний хімічним зв'язкому молекулах відносять до групи алкенів. Першим представником гомологічного ряду є етен або етилен, формула якого: C 2 H 4 . Алкени часто називають олефінами. Назва є історичною і виникла у 18-му столітті, після отримання продукту взаємодії етилену з хлором - етилхлориду, що має вигляд маслянистої рідини. Тоді етен і назвали олійним газом. У нашій статті ми вивчимо його хімічні властивості, а також отримання та застосування у промисловості.

Взаємозв'язок між будовою молекули та властивостями речовини

Відповідно до теорії будови органічних речовин, запропонованої М. Бутлеровим, характеристика сполуки повністю залежить структурної формулита виду зв'язків його молекули. Хімічні властивості етилену також визначаються просторовою конфігурацією атомів, гібридизацією електронних хмар та наявністю у його молекулі пи-зв'язку. Два негібридизовані p-електрони атомів вуглецю перекриваються в площині, перпендикулярній площинісамої молекули. Формується подвійний зв'язок, розрив якого обумовлює здатність алкенів до реакцій приєднання та полімеризації.

Фізичні властивості

Етен - це газоподібна речовиназ ледь вловимим своєрідним запахом. Воно погано розчинне у воді, але добре розчиняється в бензолі, тетрахлорметані, бензині та інших органічних розчинниках. Виходячи з формули етилену С 2 Н 4 його молекулярна масадорівнює 28, тобто етен трохи легше за повітря. У гомологічному ряді алкенів зі збільшенням їхньої маси агрегатний стан речовин змінюється за схемою: газ - рідина - тверда сполука.

Одержання газу в лабораторії та промисловості

Нагріваючи етиловий спирт до 140 ° С у присутності концентрованої сірчаної кислоти, можна отримати етилен у лабораторних умовах. Ще один спосіб – відщеплення атомів водню від молекул алканів. Діючи їдким натріємабо калієм на галогензаміщені сполуки граничних вуглеводнівнаприклад, на хлоретан, добувають етилен. У промисловості найперспективнішим способом його отримання є переробка природного газу, а також піроліз та крекінг нафти. Усі хімічні властивості етилену - реакції гідратації, полімеризації, приєднання, окислення - пояснюються наявністю у його молекулі подвійного зв'язку.

Взаємодія олефінів з елементами головної підгрупи сьомої групи

Всі члени гомологічного ряду етену приєднують атоми галогенів за місцем розриву пі-зв'язку у своїй молекулі. Так, водний розчинброма червоно-коричневого кольору знебарвлюється, у результаті утворюється рівняння етилену - диброметан:

C 2 H 4 + Br 2 = C 2 H 4 Br 2

Аналогічно протікає реакція з хлором та йодом, у ній приєднання атомів галогенів також відбувається за місцем руйнування подвійного зв'язку. Усі сполуки - олефіни можуть взаємодіяти з галогеноводородами: хлороводнем, фтороводнем і т.д. В результаті реакції приєднання, що протікає за іонним механізмом, утворюється речовини - галогенопохідні граничних вуглеводнів: хлоретан, фторетан.

Промислове виробництво етанолу

Хімічні властивості етилену часто використовують для отримання важливих речовин, що широко застосовуються в промисловості та побуті. Наприклад, нагріваючи етен з водою в присутності ортофосфорної або сірчаної кислот під дією каталізатора відбувається процес гідратації. Він іде із заснуванням етилового спирту - багатотоннажного продукту, одержуваного на хімічних підприємствах органічного синтезу. Механізм реакції гідратації відбувається за аналогією з іншими реакціями приєднання. Крім того, взаємодія етилену з водою також відбувається в результаті розриву пі-зв'язку. До вільних валентностей атомів вуглецю етену приєднуються атоми водню та гідроксогрупа, що входять до складу молекули води.

Гідрогенізація та горіння етилену

Незважаючи на все сказане вище, реакція сполуки водню не має великого практичного значення. Однак вона показує генетичний зв'язокміж різними класами органічних сполук, даному випадкуалканів та олефінів. Приєднуючи водень, етен перетворюється на етан. Протилежний процес – відщеплення від граничних вуглеводнів атомів водню призводить до утворення представника алкенів – етену. Жорстке окислення олефінів, зване горінням, супроводжується виділенням великої кількості тепла, реакція є екзотермічною. Продукти згоряння однакові для речовин усіх класів вуглеводнів: алканів, ненасичених сполук ряду етилену та ацетилену, ароматичних речовин. До них відносяться вуглекислий газ та вода. Повітря реакції з етиленом утворює вибухову суміш.

Реакції окиснення

Етен може окислюватись розчином перманганату калію. Це одна з якісних реакцій, за допомогою якої доводять наявність подвійного зв'язку у складі речовини, що визначається. Фіолетове забарвленнярозчину зникає внаслідок розриву подвійного зв'язку та утворення двоатомного граничного спирту – етиленгліколю. Продукт реакції має широкий спектр застосування в промисловості як сировина для отримання синтетичних волокон, наприклад лавсана, вибухових речовинта антифризів. Як бачимо, хімічні властивості етилену використовуються для отримання цінних сполук та матеріалів.

Полімеризація олефінів

Підвищення температури, збільшення тиску та застосування каталізаторів - це необхідні умовидля проведення процесу полімеризації. Його механізм відрізняється від реакцій приєднання чи окислення. Він є послідовне зв'язування багатьох молекул етилену в місцях розриву подвійних зв'язків. Продуктом реакції є поліетилен, Фізичні характеристикиякого залежить від величини n - ступеня полімеризації. Якщо вона невелика, то речовина знаходиться в рідкому агрегатному стані. Якщо показник наближається до 1000 ланок, з такого полімеру виготовляють поліетиленову плівку, гнучкі шланги. Якщо ступінь полімеризації перевищує 1500 ланок у ланцюгу, то матеріал є тверда речовина білого кольору, жирне на дотик.

Він йде на виготовлення суцільнолитих виробів та пластикових труб. Галогенпохідна сполука етилену - тефлон має антипригарні властивості і є широко застосовуваним полімером, затребуваним при виготовленні мультиварок, сковорід, жаровень. Його висока здатністьпротистояти стирання використовується у виробництві мастил до автомобільних двигунів, а низька токсичність та толерантність до тканин людського організмудозволили застосовувати тефлонові протези у хірургії.

У нашій статті ми розглянули такі хімічні властивості олефінів, як горіння етилену, реакції приєднання, окислення та полімеризації.

Фізичні властивості етилену:
Етилен – безбарвний газ із слабким запахом, малорозчинний у воді, розчинний у спирті, добре розчинний у діетиловому ефірі. При змішуванні з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш.
Хімічні властивості етилену:
Для етилену характерні реакції, що протікають за електрофільним механізмом, приєднання, реакції радикального заміщення, окислення, відновлення, полімеризації.

Галогенування(Електрофільне приєднання) - взаємодія етилену з галогенами, наприклад, з бромом, при якому відбувається знебарвлення бромної води:

CH2 = CH2 + Br2 = Br-CH2-CH2Br.

CH2 = CH2 + Cl2 → CH2 = CH-Cl + HCl.

Гідрогалогенування - взаємодія етилену з галогенводнями (HCl, HBr) з утворенням галогенпохідних алканів:

CH2 = CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl.

Гідратація - взаємодія етилену з водою у присутності мінеральних кислот (сірчаної, фосфорної) з утворенням граничного одноатомного спирту – етанолу:

CH2 = CH2 + H2О → CH3-CH2-ОН.

Серед реакцій електрофільного приєднання виділяють приєднання хлорнуватистої кислоти(1), реакції гідрокси- та алкоксимеркурування (2, 3) (отримання ртутьорганічних сполук) та гідроборування (4):

CH2 = CH2 + HClO → CH2(OH)-CH2-Cl(1);

CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + H2O → CH2(OH)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);

CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + R-OH → R-CH2(OCH3)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);

CH2 = CH2 + BH3 → CH3-CH2-BH2 (4).

Реакції нуклеофільного приєднання характерні для похідних етилену, які містять електроноакцепторні замісники. Серед реакцій нуклеофільного приєднання особливе місце посідають реакції приєднання ціановодневої кислоти, аміаку, етанолу. Наприклад,

2ON-CH = CH2 + HCN →2ON-CH2-CH2-CN.

У результаті реакцій окислення етилену можливе утворення різних продуктів, причому склад визначається умовами проведення окислення. Так, при окисленні етилену в м'яких умовах (окислювач – перманганат калію) відбувається розрив π-зв'язку та утворення двоатомного спирту - етиленгліколю:

3CH2 = CH2 + 2KMnO4 +4H2O = 3CH2(OH)-CH2(OH) +2MnO2 + 2KOH.

При жорсткому окисленні етилену киплячим розчином перманганату калію в кислому середовищі відбувається повний розрив зв'язку (σ-зв'язку) з утворенням мурашиної кислоти та вуглекислого газу:

Окислення етилену киснем при 200С у присутності CuCl2 та PdCl2 призводить до утворення ацетальдегіду:

CH2 = CH2 +1/2O2 = CH3-CH = O.

При відновленні етилену відбувається утворення етану, представника класу алканів. Реакція відновлення (реакція гідрування) етилену протікає за радикальним механізмом. Умовою перебігу реакції є наявність каталізаторів (Ni, Pd, Pt), а також нагрівання реакційної суміші:

CH2 = CH2 + H2 = CH3-CH3.

Етилен входить у реакцію полімеризації. Полімеризація - процес утворення високомолекулярної сполуки – полімеру шляхом з'єднання один з одним за допомогою головних валентностей молекул вихідної низькомолекулярної речовини – мономеру. Полімеризація етилену відбувається під дією кислот (катіонний механізм) або радикалів (радикальний механізм).

ВИЗНАЧЕННЯ

Етилен (етен)– перший представник низки алкенів – ненасичених вуглеводнівз одним подвійним зв'язком.

Формула - З 2 Н 4 (СН 2 = СН 2). Молекулярна маса (маса одного моль) – 28 г/моль.

Вуглеводневий радикал, утворений від етилену, називається вініл (-CH = CH 2). Атоми вуглецю в молекулі етилену знаходяться в sp 2 -гібридизації.

Хімічні властивості етилену

Галогенування(Електрофільне приєднання) - взаємодія етилену з галогенами, наприклад, з бромом, при якому відбувається знебарвлення бромної води:

CH 2 = CH 2 + Br 2 = Br-CH 2 -CH 2 Br.

CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 = CH-Cl + HCl.

Гідрогалогенування- взаємодія етилену з галогенводнями (HCl, HBr) з утворення галогенпохідних алканів:

CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

Гідратація- Взаємодія етилену з водою в присутності мінеральних кислот (сірчаної, фосфорної) з утворенням граничного одноатомного спирту - етанолу:

CH 2 = CH 2 + H 2 Про → CH 3 -CH 2 -ВІН.

Серед реакцій електрофільного приєднання виділяють приєднання хлорнуватистої кислоти(1), реакції гідрокси-і алкоксимеркурювання(2, 3) (отримання ртутьорганічних сполук) та гідроборування (4):

CH 2 = CH 2 + HClO → CH 2 (OH)-CH 2 -Cl (1);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH 2 = CH 2 + BH 3 → CH 3 -CH 2 -BH 2 (4).

2 ON-CH = CH 2 + HCN → 2 ON-CH 2 -CH 2 -CN.

В ході реакцій окисненняетилену можливе утворення різних продуктів, причому склад визначається умовами проведення окислення. Так, при окисленні етилену у м'яких умовах(окислювач – перманганат калію) відбувається розрив π-зв'язку та утворення двоатомного спирту – етиленгліколю:

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) +2MnO 2 + 2KOH.

При жорсткому окисненніетилену киплячим розчином перманганату калію в кислому середовищі відбувається повний розрив зв'язку (σ-зв'язку) з утворенням мурашиної кислоти та вуглекислого газу:

Окисленняетилену киснемпри 200С у присутності CuCl 2 та PdCl 2 призводить до утворення ацетальдегіду:

CH 2 = CH 2 +1/2O 2 = CH 3 -CH = O.

При відновленняетилену відбувається утворення етану, представника класу алканів. Реакція відновлення (реакція гідрування) етилену протікає за радикальним механізмом. Умовою перебігу реакції є наявність каталізаторів (Ni, Pd, Pt), а також нагрівання реакційної суміші:

CH 2 = CH 2 + H 2 = CH 3 -CH 3 .

Етилен входить у реакцію полімеризації. Полімеризація — процес утворення високомолекулярної сполуки – полімеру шляхом з'єднання один з одним за допомогою головних валентностей молекул вихідної низькомолекулярної речовини – мономеру. Полімеризація етилену відбувається під дією кислот (катіонний механізм) або радикалів (радикальний механізм):

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -) n -.

Фізичні властивості етилену

Етилен – безбарвний газ із слабким запахом, малорозчинний у воді, розчинний у спирті, добре розчинний у діетиловому ефірі. При змішуванні з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш

Отримання етилену

Основні способи одержання етилену:

- дегідрогалогенування галогенпохідних алканів під дією спиртових розчинів лугів

CH 3 -CH 2 -Br + KOH → CH 2 = CH 2 + KBr + H 2 O;

- Дегалогенування дигалогенпохідних алканів під дією активних металів

Сl-CH 2 -CH 2 -Cl + Zn → ZnCl 2 + CH 2 = CH 2;

- дегідратація етилену при його нагріванні із сірчаною кислотою (t >150 C) або пропускання його пар над каталізатором

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O;

- дегідрування етану при нагріванні (500С) у присутності каталізатора (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2 .

Застосування етилену

Етилен одна із найважливіших сполук, вироблених у великих промислових масштабах. Його використовують як сировину для цілого спектру різних органічних сполук (етанол, етиленгліколь, оцтова кислота і т.д.). Етилен служить вихідною сировиною для виробництва полімерів (поліетилен та ін.). Його застосовують як речовину, що прискорює ріст і дозрівання овочів та фруктів.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Здійсніть низку перетворень етан → етен (етилен) → етанол → етен → хлоретан → бутан.

Рішення

Для отримання етену (етилену) з етану необхідно використовувати реакцію дегідрування етану, яка протікає в присутності каталізатора (Ni, Pd, Pt) та при нагріванні:

2 H 6 →C 2 H 4 + H 2 .

Одержання етанолу з етену здійснюють за реакцією гідратації, що протікає водою у присутності мінеральних кислот (сірчаної, фосфорної):

З 2 H 4 + H 2 O = C 2 H 5 OH.

Для отримання етену з етанолу використовують реакцію дегідратації:

Одержання хлоретану з етену здійснюють за реакцією гідрогалогенування:

2 H 4 + HCl → C 2 H 5 Cl.

Для отримання бутану з хлоретану використовують реакцію Вюрца:

2C 2 H 5 Cl +2Na → C 4 H 10 + 2NaCl.

ПРИКЛАД 2

Завдання

Обчисліть скільки літрів та грамів етилену можна отримати з 160 мл етанолу, щільність якого дорівнює 0,8 г/мл.

Рішення

Етилен з етанолу можна отримати за реакцією дегідратації, умовою протікання якої є присутність мінеральних кислот (сірчаної, фосфорної). Запишемо рівняння реакції отримання етилену з етанолу:

C 2 H 5 OH →(t, H2SO4) → C 2 H 4 + H 2 O.

Знайдемо масу етанолу:

m(C 2 H 5 OH) = V(C 2 H 5 OH) × ρ (C 2 H 5 OH);

m(C 2 H 5 OH) = 160×0,8 = 128 р.

Молярна маса (молекулярна маса одного моль) етанолу, обчислена за допомогою таблиці хімічних елементівД.І. Менделєєва – 46 г/моль. Знайдемо кількість речовини етанолу:

v(C 2 H 5 OH) = m(C 2 H 5 OH)/M(C 2 H 5 OH);

v(C 2 H 5 OH) = 128/46 = 2,78 моль.

Могутньо рівняння реакції v(C 2 H 5 OH) : v(C 2 H 4) = 1:1, отже, v(C 2 H 4) = v(C 2 H 5 OH) = 2,78 моль. Молярна маса (молекулярна маса одного моль) етилену, обчислена з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 28 г/моль. Знайдемо масу та обсяг етилену:

m(C 2 H 4) = v(C 2 H 4) × M(C 2 H 4);

V(C 2 H 4) = v(C 2 H 4) ×V m;

m(C 2 H 4) = 2,78 × 28 = 77,84 м;

V(C 2 H 4) = 2,78 × 22,4 = 62,272 л.

Відповідь

Маса етилену – 77,84 г, об'єм етилену – 62,272 л.