Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Хімія - Золота колекція рефератів - 2018

АЦЕТИЛЕН

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ Й МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ АЦЕТИЛЕНУ

Ацетилен Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image55.jpeg — безбарвний газ без особливого запаху. Характерним неприємним запахом характеризується технічний ацетилен, отриманий з карбіду кальцію. Як правило, цей запах обумовлений присутністю в ацетилені різних домішок, зокрема фосфіну РН3 і миш’яковистого водню AsH3. Вони вкрай отруйні.

Найпоширенішим способом одержання ацетилену є дія води на карбід кальцію:

СаС2 + Н2О = СаО + С2Н2 - Q

Унаслідок високої температури протікання цього процесу він є дуже енергоємним. Тому заводи з виробництва ацетилену розташовують там, де є доступні джерела дешевої електричної енергії.

Зараз проводяться численні дослідження з метою розробки методів одержання ацетилену з нафтових вуглеводнів, зокрема з нафтових газів. Умови протікання цих процесів мають суворі обмеження, продиктовані хімічними властивостями ацетилену.

При звичайній температурі ацетилен нестійкий. Його стійкість зростає з підвищенням температури. Експериментально встановлено, що найбільша стабільність ацетилену припадає на 1200 °С. При цій температурі більша частина вуглеводнів нестабільні, тому їх можна використовувати для одержання ацетилену.

При температурі 1200 °С всі реагенти будуть газоподібними, причому реакції між ними протікатимуть майже миттєво. Щоб уникнути взаємодії продуктів з вихідними речовинами, треба зробити перебування газів у зоні реакції якомога менш тривалим.

Зниження температури нижче 1200 °С зменшує стабільність ацетилену. Щоб не допустити його розкладання, потік газів, які виходять із реактора, слід негайно різко остудити. Звичайно для цього використовують зрошення водою.

Іншим дуже важливим методом промислового одержання ацетилену є метод часткового внутрішнього спалення вуглеводневої сировини. Цей метод широко використовується в промисловості для одержання синтез-газу. Реакція протікає за рівнянням

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image56.jpeg

Перевага цього процесу полягає в тому, що тепло, необхідне для протікання реакції, утворюється за рахунок згоряння усередині реактора певної кількості метану.

20 років знадобилося вченим для того, щоб відповісти на запитання: чи можна створити такі умови, щоб у ході цієї реакції досягти температури, необхідної для одержання ацетилену? Виявилося, що для цього потрібно спалювати метан не в повітрі, а в чистому кисні, тому що присутній у повітрі азот поглинає частину виділеного тепла і сам бере участь у реакції.

Найбільша температура процесу досягається, якщо гази, що надходять у реактор, попередньо підігріти.

Значні труднощі являє собою виділення ацетилену з суміші газів, яка виходить з реактора. Якщо розглянути склад цієї суміші, то на частку ацетилену припадає близько 8 об’ємних відсотків. Приблизно стільки ж у ній оксиду карбону(ІV), що істотно утрудняє виділення ацетилену.

Якщо за вихідний вуглеводень взяти етан, то реакція з киснем протікає набагато легше. Процес проводять у такий спосіб. Розігрівають рівні обсяги етану й кисню до 400 °С і з високою швидкістю пропускають їх через камеру, де вони згоряють. Згоряння етану в кисні супроводжується підвищенням температури до 1500 °С. Продукт реакції прохолоджують до 100 °С водою. Шляхом підвищення тиску ацетилен витягають водою з суміші, а потім виділяють із водяного розчину. Отриманий у такий спосіб ацетилен містить до 30 % СО2.

Ацетилен у великій кількості використовується для автогенного зварювання й різання металів. Також ацетилен є цінною вихідною сировиною для одержання ароматичних вуглеводнів, синтетичного каучуку, ацетальдегіду, етилового спирту й ін. На основі ацетилену створюються багато цінних розчинників (наприклад, трихлоретилен), синтезуються високополімерні сполуки тощо. Докладніше органічний синтез па основі ацетилену та його похідних розглянемо в наступному розділі.

Органічний синтез на основі ацетилену

Однією з найважливіших реакцій ацетилену і його похідних є приєднання галогенводнів і сполук загальної формули НХ, де X — ОН-, OR-, СН3СОО-, CN-, NR2- та ін. Деякі з них використовуються тільки в лабораторному синтезі. Наприклад, одержувати продукти гідратації (приєднання води) і гідроціанування (приєднання синильної кислоти) ацетилену в промисловості вкрай невигідно — існують набагато вигідніші в економічному відношенні методи одержання цих сполук.

У загальному випадку реакції приєднання сполук формули НХ називаються реакціями вінілування, тому що утворені молекули мають однаковий елемент будови — вінільний радикал СН2= СН-:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image57.jpeg

Реакція гідратації ацетилену і його похідних була відкрита 1881 р. М. Г. Кучеровим. Протягом тривалого часу вона була основним джерелом одержання ацетальдегіду в промисловості:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image58.jpeg

Каталітична гідратація потрійного зв’язку — важлива реакція, що дозволяє одержувати багато карбонільних сполук із різних похідних ацетилену. Значним недоліком цієї реакції є використання ртутних каталізаторів. Сьогодні розробляються методи гідратації ацетилену, каталізованої нертутними каталізаторами. У ролі останніх з великим успіхом використовуються 10-20 %-ні розчини галогенідів цинку й кадмію. При цьому процес проводять при температурі 130-150 °С.

Досить цікавим і перспективним є промислове використання реакції гідратації ацетилену, що протікає з утворенням ацетону:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image59.jpeg

Недоліком цієї реакції є те, що 25 % вуглецю перетворюється в СО2. Вихід ацетону в процесі наближається до 95 %.

Реакція приєднання до ацетилену оцтової кислоти й інших карбонових кислот називається реакцією гідрокарбоксилювання. Уперше в промислових масштабах реакція цього типу була проведена 1913 р. Запропонований Ф. Клатте синтез був спрямований на одержання етилідендіацетату, при цьому виходила незначна кількість вінілацетату:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image60.jpeg

У промисловому масштабі ці реакції проводилися в присутності сполук меркурію (HgO, HgSO4,) і сильних кислот (олеум, H2SO, та ін.). Вихід того або іншого продукту може варіюватися залежно від умов проведення процесів. Наприклад, при виведенні зі сфери реакції одного з продуктів рівновага в реакції зміщається у бік утворення іншого продукту.

Слід зазначити, що наведена реакція дуже довго була єдиним промисловим методом одержання вінілацетату.

Взаємодія ацетилену і його похідних з аліфатичними спиртами є основним промисловим способом одержання простих вінілових ефірів. Уперше ця реакція була виявлена в 1888 р. О. Є. Фаворським.

У загальному випадку реакція вінілування спиртів протікає за схемою

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image61.jpeg

Умови протікання цього процесу: тиск 1-4 МПа, температура 200-250 °С, високі результати дають каталізатори лужної природи.

Швидкість процесу залежить від того, який спирт піддається вінілуванню. Первинні спирти вінілуються значно швидше й легше, ніж вторинні, а тим більше третинні. Будова вуглеводневого радикала також має велике значення. Наприклад, вінілування спиртів із граничним вуглеводневим радикалом відбувається складніше, ніж з неграничним радикалом. Узагалі, вінілуванню в промисловості піддають гліколі, гліцерин, різні аліфатичні спирти загальної формули ROH, алкіноли, гідроксиламіни

(НО—R—NH2) та інші гідроксилвмісні сполуки.

Крім ацетилену, у реакціях цього типу можуть використовуватися також інші сполуки з потрійним зв’язком: метил ацетилен Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image62.jpeg діацетилен Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image63.jpegта інші.

Найважливішими продуктами промислових синтезів на основі реакції вінілування спиртів є вінілбутиловий ефір Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image64.jpeg вініловий ефір етиленгліколю

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image65.jpeg та інші сполуки.

Застосування каталізаторів лужної природи дозволяє проводити цю реакцію значно швидше.

Гідроціанування (приєднання синильної кислоти) ацетилену протікає за схемою

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image66.jpeg

Уперше воно було проведено на практиці 1930 р. і протягом більше 35 років було основним шляхом промислового одержання акрилонітрилу. Для прискорення процесу використовується каталізатор Пьюленда (CuCl—НСl— Н2O).

Незважаючи на те що з 1965 р. для одержання акрилонітрилу користуються переважно окисним амонолізом пропілену, методом гідроціанування дотепер одержують значну кількість акрилонітрилу.

Взаємодія ацетилену з аміаком (амоноліз) може відбуватися відповідно до двох схем:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image67.jpeg

Факторами, які визначають, за якою зі схем потече реакція, є переважно температура й каталізатор. Використовуючи каталізатори лужної природи (гідроксили лужних металів, оксиди цинку й т. д.) і підтримуючи температуру процесу в межах 350-600 °С, створюють умови для одержання ацетонітрилу. Гетероциклічні сполуки (у тому числі й піколін) одержують, використовуючи як каталізатори комплексні сполуки кобальту(ІІ), ніколу(ІІ), купруму(І), аргентуму(І) та ін.

Крім аміаку, ацетилен взаємодіє також з іншими азотвмісними сполуками.

З первинними амінами реакція протікає за такою схемою:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image68.jpeg

Реакція зі вторинними амінами Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image69.jpeg протікає легше, ніж з первинними, а із третинними Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image70.jpegлегше, ніж із вторинними, оскільки реакційна здатність амінів зростає від первинних до третинних.

Прискорити процес взаємодії ацетилену з амінами дозволяє застосування каталізаторів основної природи.

Величезною промисловою важливістю характеризуються реакції приєднання до ацетилену ароматичних сполук:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image71.jpeg

Використовуючи різні похідні ацетилену, одержують заміщені стиролу. Цей синтез надзвичайно важливий — стирол і його похідні широко використовуються у виробництві полімерних матеріалів.

Зараз реакції цього типу активно вивчаються, у результаті чого було знайдено кілька комбінацій умов протікання процесу з великим виходом кінцевого продукту високого ступеня чистоти.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.