Химические свойства. Нахождение в природе и получение

Физические свойства.

Нахождение в природе и получение.

Алканы составляют значительную часть нефти, которая образовалась в результате разложения растительных и животных остатков. Метан составляет основную массу природного газа; в нём присутствуют также в небольших количествах этан, пропан и бутан. Метан содержится в выделениях болот и угольных пластов. Наряду с лёгкими гомологами метан присутствует в попутных нефтяных газах. Эти газы растворены в нефти под давлением и находятся также над ней.

Множество разнообразных углеводородов содержатся в нефти. При ее перегонке получают всё более высококипящие смеси углеводородов: газойль, бензин, керосин, соляровое масло (дизельное топливо), смазочные масла, вазелин, парафин. Жидкая смесь тяжёлых углеводородов называется мазутом. Для перегонки без разложения тяжёлых углеводородов используют пониженное давление. Чтобы нефть хорошо разделялась на отдельные фракции, используют перегонку на ректификационных колоннах с множеством тарелок; вверх поднимаются пары кипящей нефти, а навстречу им вниз стекают жидкие углеводороды. В результате самые тяжёлые фракции собираются в нижней части колонны, более лёгкие, включая газы, - в верхней.

Чтобы увеличить долю лёгких углеводородов при переработке нефти производят расщепление (крекинг) тяжёлых фракций. Процесс ведут при высокой температуре (термический крекинг), часто в присутствии катализаторов (каталитический крекинг). Реакция идёт по свободно-радикальному механизму и приводит к смеси предельных и непредельных углеводородов с прямой и разветвлённой цепью. Такие смеси используют для получения моторных топлив высокого качества.

При пиролизе нефти (нагрев без доступа воздуха выше 700 °C) образуются в значительных количествах газообразные углеводороды, в том числе не предельные, а также ароматические.

Углеводороды получают также путём пиролиза (коксования) каменного угля и его гидрирования (получение жидкого синтетического топлива).

Метан можно получить в лаборатории нагреванием ацетата натрия с твёрдой щелочью:

CH₃COONa + NaOH →CH₄ + Na₂CO₃.

Гомологи метана можно получить по реакции Вюрца:

2CH₃Br + 2Na →CH₃–CH₃ + 2NaBr.

Первые 4 члена ряда – газы при обычных условиях, пропан и бутан легко сжижаются подавлением. Высшие гомологи – жидкости со слабым запахом бензина или твёрдые вещества, не растворяющиеся в воде. Температуры плавления и кипения алканов возрастают с увеличением числа атомов углерода в молекуле.

1) Для алканов характерны реакции замещения атомов водорода на другие атомы и группы атомов. Эти реакции идут по цепному механизму с промежуточным образованием свободных радикалов. Так, при хлорировании метана молекулы хлора при облучении или при облучении или при высокой температуре распадаются на атомы:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl;

CH₃Cl + Cl₂ →CH₂Cl₂ + Cl и т.д.

2) Алканы горят с выделением тепла, например:

C₅H₁₂ + 8O₂ →5CO₂ + 6H₂O.

Газообразные алканы, например метан, образуют с воздухом взрывчатые смеси. Такие смеси могут образоваться в шахтах, а также в жилых домах при большой утечке бытового газа.

3) При высоких температурах происходит разложение (пиролиз) алканов, например:

CH₄ →C + 2H₂ (1000°C)

2CH₄ →H–C C–H + 3H₂ (1500°C)

H₃C–CH₃ → H₂C=CH₂ +H₂ (825-830°C)

4) При нагревании и под действием катализаторов (например, AlCl₃) неразветвлённые (нормальные) алканы превращаются в разветвлённые с тем же числом атомов углерода (изомеризуются).

5) Каталитическое дегидрирование (отщепление водорода) приводит к непредельным углеводородам, например:

C₂H₆ →C₂H₄ + H₂.

Реакция идёт в присутствии катализатора (Ni).

6) Метан при высокой температуре в присутствии катализатора реагирует с водяным паром и оксидом углерода (IV) с образованием синтез - газа:

CH₄ + H₂O →CO + 3H₂,

CH₄ + CO₂ →2CO + 2H₂.

Синтез-газ используют для получения моторных топлив.

Дата добавления: 2014-10-22