Алкандардың химиялық қасиеттері 4 страница

мұндағы, А және В – константалар.

Мұнай фракциялары үшін олардың молекулалық массалары мен қайнау температураларының жоғарылауына байланысты тұтқырлық та біршама жоғарылайды. Егер 20 °С-да бензиннің тұтқырлығы 0,6сСт болса, ауыр қалдық газдар 300-400 сСт сипатталады. Мұнайдың жеке компоненттерінің ішінен тұтқырлығы жоғарысы жалтырлы заттар; көмірсутектердің ішінен алкандардың (балқытылған парафиндердіңде) тұтқырлығы ең төмені, ең жоғарғысы цикландарда болады. Ароматты көмірсутектер аралық оран алады.

Майлайтын майларды дайындауда әр түрлі фракциялар қоспасының тұтқырлығын білу керек. Тұтқырлықтың аддитивтік қасиеті болмайтындықтан, қоспалар үшін оны орташа өлшенген шама ретінде есептеуге болмайды. Қоспалардың тұтқырлығын анықтау үшін эксперимент мәліметтері бойынша тұрғызылған арнайы номограммаларды қолданады. Олар бойынша берілгені тұтқырлық бойынша май алу үшін компоненттері қандай қатынаста араластыру керек екендігін анықтауға болады.

Тұтқырлықтың шамасына температураның тигізетін әсері зор. Төменгі температурада, әсіресе қатаю температурасына жақын температурада көптеген мұнай өнімдерінің тұқтқырлығы дереу жоғарылайды. Жоғары температурада мұнай өнімдері сұйылады. Көптеген майлар мен басқа мұнай өнімдері температураның кең диаппзонында қолданылатын болғандықтан тұтқырлықтың температураның қисығының сипаты олардың маңызды сапалық сипаттамасы болып табылады.

Майлардың температураға тәуелділігін анықтайтын сипаттамалардың бірі тұтқырлық индексі (ТИ) болып табылады. Тұтқырлық индексі – зерттелетін майдың тұтқырлығын эталон ретінде алынған майдың тұтқырлығымен салыстыра отырып формуңла бойынша анықтайтын шартты шама:

ТИ= ,

L –ТИ 0-ге тең деп қабылданған асфальтті шайырлы мұнайдан алынған сапасы төмен майдың тұтқырлығы; U – зерттелетін майдың тұтқырлығы;

Н –ТИ 100-ге тең деп алынған парафинді мұнайдан алынған жоғары сапалы майдың тұтқырлығы.

Қазіргі кезде тұтқырлық индексі 50 және 100 °С-да кинематикалық тұтқырлық мәні негізінде кесте бойынша есептеледі. Бұл көрсеткіштің қолдану шегі болады себебі оның 40 °С-дан төмен температурада майлардың әсерін көрсетпейтінін есте сақтаған жөн. Температура өзгерген сайын майдың тұтқырлығы неғұрлым аз өзгерсе, соғұрлым оның ТИ жоғары.

Парафинді көмірсутектердің ТИ мәне жоғары, бүйір тізбекті күрделі полициклді көмірсутектердікі төмен болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай өнімдерінің температуралық қасиеттерін атап көрсетіңіз.

2. Сұйықтың энтальпиясы дегеніміз не?

3. Мұнай өнімдерінің салыстырмалы тығыздығы деп нені айтамыз?

4. Тұтқырлық температураның әсерінен қалай өзгереді?

Әдебиеттер тізімі:

1. Нұрсұлтанов Ғ.М. Мұнай мен газды өндіріп, өңдеу: Оқулық/ Ғ.М. Нұрсұлтанов, Қ.Н. Абайұлданов.

2. Мозговой И.В., Давидан Г.М., Олейник Л.Н. Химия и физика нефти и газа. Курс лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 199 с.

3. Батуева И. Ю., Гайле A. A., Поконова Ю. В. и др. Химия нефти- Л.: Химия, 1984 - 360 с.

4. Магеррамов А.М., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка. Учебник для высших учебных заведений. Баку: Издательство «Бакы Университети», 2009, 660 с.

Дәріс №7.

Тақырыбы: Қаныққан көмірсутектер

Жоспар:

1. Метандық көмірсутектер, олардың мұнайдағы және мұнай фракцияларындағы мөлшері

2. Алкандардың физикалық және химиялық қасиеттері.

3. Газтәрізді, сұйық және қатты алкандар

4. Тауарлық мұнай өнімдерінің эксплуатациялық қасиеттеріне алкандардың әсері.

Глоссарилер:

Алкандар (парафиндер) – алифатты қаныққан көмірсутектер, жалпы формуласы С_nН _2n+2.

Көміртек қаңқасының изомериясы - көміртек атомдарының әртүрлі тізбек түзуге қабілеті алқандар қатарында құрылымдық изомерияның пайда құрылымдық изомерияның осы түрі

Алкандарды крекингілеу – көміртек қаңқасының ірі молекулаларын қыздырғанда және ктклизатор қатысында ыдырау реакциялары.

Алкандарды сутексіздеу – қанықпаған көмірсутектер – алкендер және алкиндер алудың жоғары температуралы каталитикалық процесс.

Метандық көмірсутектер, олардың мұнайдағы және мұнай фракцияларындағы мөлшері. Мұнай-газ шикізаты – органикалық қосылыстардан тұратын күрделі қоспа. Органикалық қосылыстар – көмірсутектер және олардың туындылары болып табылады. Өздерінің құрамына және қасиеттеріне байланысты көмірсутектер қаныққан, қанықпаған, алициклді (ашық тізбекті) және циклді (тұйық тізбекті) көмірсутектерге бөлінеді. Мұнайдың құрамында көмірсутектердің үш түрі – парафиндер (алкандар), циклопарафиндер (нафтендер) және ароматты қосылыстар болады.

Көмірсутектер С_ХН_Ү

Алифатты Циклді

(ациклді)

Қаныққан Ароматты

(алкандар) (арендер)

СН₄;СН₃-СН- СН₃ СН₃

СН₃ ;

Қанықпаған СН₃

Алициклді

Алкендер Алкиндер Циклоалкандар Циклоалкендер

СН₂=СН₂; НС ≡ СН; СН₂;

СН₃- С = СН₂ СН₃-СН-С ≡ СН

Н₂С - СН₂;

СН₃ СН₃ Н₂С-СН-СН₃

Н₂С - СН₂

 

Алкадиендер

СН₂=С=СН₂;

СН₂=С-СН=СН₂

 

СН₃

 

Мұнай көбінесе алкандардан тұрады. Мұнайдағы алкандардың жалпы мөлшері 20-50%. Парафинді мұнайда алкандардың құрамы 60% және одан да жоғары, парафині аз мұнайда олардың мөлшері 1-2%. Егер алкандардың мұнай фракцияларына бөлінуін қарастыратын болсақ, барлық мұнайға жалпылама заңдылықтарды байқауға болады: фракцияның қайнау температурасы жоғарылаған сайын алкандардын мөлшері азаяды (18 кесте). Мысалы, Грозненск нафтенді-парафинді мұнайында алкандар төменгі температурада қайнайтын (300⁰С дейін) ашық түсті фракцияда болады.

 

1- кесте. Мұнай фракцияларындағы алкандардың мөлшері (%)

Фракциялардың қайнау температуралары Тқайн	Нафтенді-парафинді мұнай
60-95 95-122 122-150 150-200 200-250 250-300 300-350 350-400

 

Алкандар (парафиндер) – алифатты қаныққан көмірсутектер, жалпы формуласы С_nН _2n+2. Молекулаларындағы көміртек атомы sp³ – гибридтену қалпында болады және бір-бірімен тармақталмаған немесе тармақталған σ-байланыстармен байланысқан.

 

 

Алкандардың қарапайым өкілдері мына көміртектер болып табылады:

 

Н Н Н Н Н Н құрылымдық формулалары

Н – С – Н Н – С – С – Н Н – С – С – С – Н

Н Н Н Н Н Н

СН₄ С₂Н₆ С₃Н₈ молекулалық формулалары

метан этан пропан аталуы

 

Кейбір алкандар мен алкилдердің аталымдары 2-кестеде келтірілген.

 

2-кесте. Алкандардың аталымы

Формуласы
	Алкандар	Алкилдер (алкилді радикалдар)
СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14 С7Н16 С8Н18 С9Н20 С10Н22 С11Н24 С12Н26	СН4 СН3-СН3 СН3-СН2-СН3 СН3-(СН2)2-СН3 СН3-(СН2)3-СН3 СН3-(СН2)4-СН3 СН3-(СН2)5-СН3 СН3-(СН2)6-СН3 СН3-(СН2)7-СН3 СН3-(СН2)8-СН3 СН3-(СН2)9-СН3 СН3-(СН2)10-СН3	метан этан пропан бутан пентан гексан гептан октан нонан декан ундекан додекан	-СН3 -СН2-СН3 -СН2-СН2-СН3 -СН2-(СН2)2-СН3 -СН2-(СН2)3-СН3 -СН2-(СН2)4-СН3 -СН2-(СН2)5-СН3 -СН2-(СН2)6-СН3 -СН2-(СН2)7-СН3 -СН2-(СН2)8-СН3 -СН2-(СН2)9-СН3 -СН2-(СН2)10-СН3	метил этил пропил бутил пентил гексил гептил октил нонил децил ундецил додицил

Алкандардың тармақталған көміртек тізбегінен тұратындығын көрсету үшін, көбінесе оның атауына нормаль деген сөзді қосып, н-алкандар деп белгіленеді. Көміртек атомдарының әртүрлі тізбек түзуге қабілеті алқандар қатарында құрылымдық изомерияның пайда болуына әкеледі. Құрылымдық изомерияның осы түрі көміртек қаңқасының изомериясы деп аталады.

 

 

 

 

Мысалы, бутан С₄Н₁₀ екі құрылымдық изомер түрінде бола алады.

Алкандар қатарында көмірсутектердің молекулалық массасы артқан сайын олардың изомерлерінің саны артады (3-кесте).

 

3-кесте. Алкандар қатарындағы изомерлер саны

Молекулалық формула	Құрылымдық изомерлерінің саны
СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14 С7Н16 С8Н18 С9Н20 С10Н22 С15Н32

 

Құрылымдық изомерлердің айырмашылығы олардың физикалық қасиеттеріне байланысты. Атомдары тармақталған тізбекті көмірсутектер молекулалардың бір-біріне тығызырақ жақындасып орналаспауына және сәйкесінше молекулааралық әсерлесудің аздығына байланысты тармақталмаған изомерлерге қарағанда едәуір төмен температурада қайнайды. Алкандардың молекулалық массалары артқан сайын олардың балқу және қайнау температуралары жоғарылайды (4-кесте).

 

4-кесте. Кейбір алкандардың физикалық қасиеттері

Атаулары	Формулалары	Tбалқу,0С	Тқайнау, 0С	ρ420
Метан	СН4	-182,5	-161,5	0,415 (-1640)
Этан	С2Н6	-182,8	-88,6	0,561 (-1000)
Пропан	С3Н8	-187,6	-42,1	0,583 (-44,50)
Бутан	С4Н10	-138,3	-0,5	0,500 (00)
Изобутан	СН3-СН(СН3)-СН3	-159,4	-11,7	0,563
Пентан	С5Н12	-129,7	36,07	0,626
Изопентан	(СН3)2СН-СН2-СН3	-159,9	27,9	0,620
Неопентан	СН3-С(СН3)3	-16,6	9,5	0,613

 

Алкандардың химиялық қасиеттері

Алкандардағы байланыстардың сипаттамасы

Байланыс	Байланыс энергиясы, кДж/моль	Байланыс ұзындығы, нм	Диполь моменті, D
С−С		0,154
С−Н		0,110	0,40

 

Алкандарға С−С және С−Н байланыстарын үзе жүретін барлық процестер тән. С−С байланыстарын үзе жүретін реакцияларға алкандарды крекингілеу (ыдырату) және көміртек қаңқасын изомерлеу жатады. С−Н байланысын үзе жүретін реакцияларға алкандарды сутексіздеу және сутек атомының орнын басу реакциялары жатады. С−С және С−Н байланыстарының қатысуымен тотықтырғыштар қатысында алкандардың тотығу реакциялары жүреді.

Алкандарды крекингілеу – көміртек қаңқасының ірі молекулаларын қыздырғанда және ктклизатор қатысында ыдырау реакциялары. Мысалы, гександы 450-700ºС температурада крекингілеу мына сызбанұсқа бойынша жүреді:

С₆Н₁₄ → С₂Н₆ + С₄Н₈

Бұл процесті жалпы түрде былайша көрсетуге болады:

С_nH_2n+2 → C_mH20 +C_pH_2p+2

мұндағы m + p = n.

Алкандардың гомологтық қатарындағы мүшелер ортақ химиялық қасиеттер көрсетеді. Бұлар белсенділігі төмен заттар. Олардың қатысуымен жүретін реакцияларды екі типке: С−Н байланысы (мысалы, орынбасу реакциялары) мен С−С байланысы үзіліп жүретін реакцияларға бөлуге болады. С−С байланысы үзілген кезде молекулалар жарықшақтарға (крекинг) ыдырайды.

Метанның термиялық креингісі 1000ºС-дан жоғары температурада жүзеге асады. Басқа алкандарға қарағанда метанның ыдырауы С−Н байланысы бойынша жүреді. Метанның термиялық крекингісі 1000ºС-дан жоғары температурада ерекше жағдайда жүреді, себебі басқа алкандардың крекингісіне қарағанда ыдырау С−С байланысына қарағанда энергиясы жоғары С−Н байланысы бойынша жүреді:

СН₄ → С + 2Н₂

С−С байланысының үзілуі молекуланың кез келген кездейсоқ жерінде, яғни процестің жүру жағдайына байланысты болады:

 

®СН₄+СН₂=CH-CH₂-CH₂-CH₃

® CH₃-CH₃ + CH₂=CH-CH₂-CH₃

® CH₂=CH₂+ CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

® CH₃- CH₂-CH₃ CH₂=CH-CH₃

 

Катализатор (әдетте алюмосиликаттар) қатысында, 450ºС температурада және атмосфералық қысымда молекуланың үзілуімен бірге изомерлену реакциясы жүреді.

Алкандардың изомерленуі. Алкандар катализаторлар қатысында және қыздыру нәтижесінде изомерлену қабілетін көрсетеді. Мысалы, 100ºС температурада алюминий хлориді қатысында н-гептан келесі изомерге ауысады:

CH₃-CH-CH₂-CH₃

CH₃

н -пентан 2-метилбутан

 

Бензиннің құрамында тармақталған көмірсутектердің болуы оның сапасын арттырады.

Орын басу реакциясы. Галогендеу, нитрлеу және т.б реакциялар орын басу реакцияларына жатады:

CH₄+Cl₂ CH₃Cl

хлорметан

СН₃Cl+Cl₂®CH₂Cl₂ + HCl

дихлорметан

CH₂Cl₂ + Cl₂®CHCl₃ + HCl

трихлорметан (хлороформ)

CHCl₃ + Cl₂®CCl₄ + HCl

Тетрахлорметан

 

R-H + HO-NO₂ R-NO₂ + H₂O

 

Алкандарды сутексіздеу – қанықпаған көмірсутектер – алкендер және алкиндер алуға әкелетін кең таралған жоғары температуралы каталитикалық процестердің бірі: