Organiese stowwe neem 'n belangrike plek in ons lewens in. Hulle is die hoofkomponent van die polimere wat ons oral omring: dit is plastieksakke, en rubber, sowel as baie ander materiale. Polipropileen is nie die laaste stap in hierdie reeks nie. Dit word ook in verskeie materiale aangetref en word in 'n aantal industrieë gebruik, soos konstruksie, huishoudelike gebruik as 'n materiaal vir plastiekbekers, en ander klein (maar nie industriële skaal nie) behoeftes. Voordat ons praat oor so 'n proses soos die hidrasie van propileen (danksy, terloops, ons kan isopropylalkohol kry), kom ons kyk na die geskiedenis van die ontdekking van hierdie stof wat nodig is vir die industrie.
Geskiedenis
As sodanig het propileen geen openingsdatum nie. Die polimeer daarvan - polipropileen - is egter eintlik in 1936 deur die beroemde Duitse chemikus Otto Bayer ontdek. Natuurlik was dit teoreties bekend hoe sulke belangrike materiaal verkry kon word, maar dit was nie moontlik om dit in die praktyk te doen nie. Dit was eers moontlik in die middel van die twintigste eeu, toe die Duitse en Italiaanse chemici Ziegler en Natt 'n katalisator ontdek het vir die polimerisasie van onversadigde koolwaterstowwe (met een of meer veelvuldige bindings), watlater het hulle dit die Ziegler-Natta katalisator genoem. Tot op daardie oomblik was dit absoluut onmoontlik om die polimerisasiereaksie van sulke stowwe te laat voortgaan. Polikondensasiereaksies was bekend wanneer, sonder die werking van 'n katalisator, stowwe in 'n polimeerketting gekombineer is, wat neweprodukte vorm. Maar dit was nie moontlik om dit met onversadigde koolwaterstowwe te doen nie.
Nog 'n belangrike proses wat met hierdie stof geassosieer word, was die hidrasie daarvan. Propileen in die jare van die begin van die gebruik daarvan was nogal baie. En dit alles is te danke aan die metodes om propeen te herwin wat deur verskeie olie- en gasverwerkingsmaatskappye uitgevind is (dit word soms ook die beskryfde stof genoem). Toe olie gekraak is, was dit 'n neweproduk, en toe dit blyk dat die afgeleide daarvan, isopropylalkohol, die basis is vir die sintese van baie stowwe wat nuttig is vir die mensdom, het baie maatskappye, soos BASF, hul metode gepatenteer om dit te vervaardig. en begin massahandel met hierdie verbinding. Propileenhidrasie is voor polimerisasie beproef en toegepas, en dit is hoekom asetoon, waterstofperoksied, isopropylamien voor polipropileen geproduseer is.
Die proses om propeen van olie te skei is baie interessant. Dit is na hom wat ons nou wend.
Skeiding van propileen
Trouens, in die teoretiese sin is die hoofmetode net een proses: die pirolise van olie en gepaardgaande gasse. Maar tegnologiese implementering is net 'n see. Die feit is dat elke maatskappy daarna streef om 'n unieke manier te kry en dit te beskerm.patent, en ander sulke maatskappye soek ook hul eie maniere om steeds propeen as 'n grondstof te produseer en te verkoop of dit in verskeie produkte te omskep.
Pirolise ("pyro" - vuur, "lisis" - vernietiging) is 'n chemiese proses om 'n komplekse en groot molekule in kleineres op te breek onder die invloed van hoë temperatuur en 'n katalisator. Olie, soos jy weet, is 'n mengsel van koolwaterstowwe en bestaan uit ligte, medium en swaar fraksies. Van die eerstes word die laagste molekulêre gewig, propeen en etaan tydens pirolise verkry. Hierdie proses word in spesiale oonde uitgevoer. Vir die mees gevorderde vervaardigingsmaatskappye is hierdie proses tegnologies anders: sommige gebruik sand as hittedraer, ander gebruik kwarts, ander gebruik coke; jy kan ook oonde verdeel volgens hul struktuur: daar is buisvormige en konvensionele, soos dit genoem word, reaktore.
Maar die piroliseproses maak dit moontlik om onvoldoende suiwer propeen te verkry, aangesien daar benewens 'n groot aantal koolwaterstowwe daar gevorm word, wat dan op taamlik energieverbruikende maniere geskei moet word. Daarom, om 'n suiwerder stof vir daaropvolgende hidrasie te verkry, word dehidrogenering van alkane ook gebruik: in ons geval, propaan. Net soos polimerisasie, gebeur bogenoemde proses nie sommer net nie. Die splitsing van waterstof uit 'n molekule van 'n versadigde koolwaterstof vind plaas onder die werking van katalisators: driewaardige chroomoksied en aluminiumoksied.
Wel, voordat ons verder gaan na die storie van hoe die hidrasieproses plaasvind, kom ons kyk na die struktuur van ons onversadigde koolwaterstof.
Kenmerke van die struktuur van propileen
Propeen self is slegs die tweede lid van die alkeenreeks (koolwaterstowwe met een dubbelbinding). Wat ligheid betref, is dit net die tweede na etileen (waaruit, soos jy kan raai, poliëtileen gemaak word - die massiefste polimeer ter wêreld). In sy normale toestand is propeen 'n gas, soos sy "verwant" van die alkaanfamilie, propaan.
Maar die wesenlike verskil tussen propaan en propeen is dat laasgenoemde 'n dubbelbinding in sy samestelling het, wat die chemiese eienskappe daarvan radikaal verander. Dit laat jou toe om ander stowwe aan 'n onversadigde koolwaterstofmolekule te heg, wat lei tot verbindings met heeltemal ander eienskappe, dikwels baie belangrik vir die industrie en die alledaagse lewe.
Dit is tyd om oor reaksieteorie te praat, wat in werklikheid die onderwerp van hierdie artikel is. In die volgende afdeling sal jy leer dat die hidrasie van propileen een van die industrieel belangrikste produkte produseer, asook hoe hierdie reaksie plaasvind en wat die nuanses daarin is.
hidrasieteorie
Kom ons gaan eers na 'n meer algemene proses – oplossing – wat ook die reaksie hierbo beskryf insluit. Dit is 'n chemiese transformasie, wat bestaan uit die byvoeging van oplosmiddelmolekules by opgeloste stofmolekules. Terselfdertyd kan hulle nuwe molekules vorm, of die sogenaamde solvate, deeltjies wat bestaan uit molekules van 'n opgeloste stof en 'n oplosmiddel wat deur elektrostatiese interaksie verbind word. Ons stel net belangdie eerste tipe stowwe, want tydens die hidrasie van propileen word so 'n produk oorwegend gevorm.
Wanneer opgelos word op die wyse hierbo beskryf, word die oplosmiddelmolekules aan die opgeloste stof geheg, 'n nuwe verbinding word verkry. In organiese chemie vorm hidrasie hoofsaaklik alkohole, ketone en aldehiede, maar daar is 'n paar ander gevalle, soos die vorming van glikole, maar ons sal nie daaraan raak nie. Trouens, hierdie proses is baie eenvoudig, maar terselfdertyd redelik ingewikkeld.
hidrasiemeganisme
Dubbelbinding, soos jy weet, bestaan uit twee tipes verbindings van atome: pi- en sigma-bindings. Die pi-binding is altyd die eerste wat tydens die hidrasiereaksie breek, aangesien dit minder sterk is (dit het 'n laer bindingsenergie). Wanneer dit breek, word twee leë orbitale by twee naburige koolstofatome gevorm, wat nuwe bindings kan vorm. 'n Watermolekule wat in oplossing bestaan in die vorm van twee deeltjies: 'n hidroksiedioon en 'n proton, is in staat om langs 'n gebroke dubbelbinding te verbind. In hierdie geval is die hidroksiedioon aan die sentrale koolstofatoom geheg, en die proton - aan die tweede, uiterste. Dus, tydens die hidrasie van propileen, word propanol 1 of isopropylalkohol hoofsaaklik gevorm. Dit is 'n baie belangrike stof, want as dit geoksideer word, kan asetoon verkry word, wat wyd in ons wêreld gebruik word. Ons het gesê dat dit oorwegend gevorm word, maar dit is nie heeltemal waar nie. Ek moet dit sê: die enigste produk wat tydens die hidrasie van propileen gevorm word, en dit is isopropylalkohol.
Dit is natuurlik al die subtiliteite. Trouens, alles kan baie makliker beskryf word. En nou sal ons uitvind hoe so 'n proses soos propileenhidrasie in die skoolkursus aangeteken word.
Reaksie: hoe dit gebeur
In chemie word alles gewoonlik eenvoudig aangedui: met behulp van reaksievergelykings. Die chemiese transformasie van die stof onder bespreking kan dus op hierdie manier beskryf word. Die hidrasie van propileen, waarvan die reaksievergelyking baie eenvoudig is, verloop in twee fases. Eerstens word die pi-binding, wat deel is van die dubbele, verbreek. Dan nader 'n watermolekule in die vorm van twee deeltjies, 'n hidroksiedanioon en 'n waterstofkation, die propileenmolekule, wat tans twee vakante plekke vir die vorming van bindings het. Die hidroksiedioon vorm 'n binding met die minder gehidrogeneerde koolstofatoom (dit wil sê met die een waaraan minder waterstofatome geheg is), en die proton, onderskeidelik, met die oorblywende uiterste. So word een enkele produk verkry: die versadigde monohidriese alkohol isopropanol.
Hoe om 'n reaksie op te neem?
Nou sal ons leer hoe om 'n reaksie in chemiese taal neer te skryf wat 'n proses soos die hidrasie van propileen weerspieël. Die formule wat ons benodig is: CH2 =CH - CH3. Dit is die formule van die oorspronklike stof - propeen. Soos jy kan sien, het dit 'n dubbelbinding, gemerk met "=", en dit is waar water bygevoeg sal word wanneer die propileen gehidreer word. Die reaksievergelyking kan soos volg geskryf word: CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3. Die hidroksielgroep tussen hakies betekendat hierdie deel nie in die vlak van die formule is nie, maar onder of bo. Hier kan ons nie die hoeke tussen die drie groepe wys wat vanaf die middelste koolstofatoom strek nie, maar kom ons sê dat hulle ongeveer gelyk aan mekaar is en 120 grade uitmaak.
Waar is dit van toepassing?
Ons het reeds gesê dat die stof wat tydens die reaksie verkry word, aktief gebruik word vir die sintese van ander lewensbelangrike stowwe. Dit is in struktuur baie soortgelyk aan asetoon, waarvan dit slegs verskil deurdat daar in plaas van 'n hidroksogroep 'n ketogroep is (dit wil sê 'n suurstofatoom wat deur 'n dubbelbinding aan 'n stikstofatoom verbind is). Soos u weet, word asetoon self in oplosmiddels en vernis gebruik, maar dit word boonop gebruik as 'n reagens vir die verdere sintese van meer komplekse stowwe, soos poliuretane, epoksieharse, asynanhidried, ensovoorts.
Asetoonproduksiereaksie
Ons dink dit sal nuttig wees om die transformasie van isopropylalkohol in asetoon te beskryf, veral aangesien hierdie reaksie nie so ingewikkeld is nie. Om mee te begin, word propanol verdamp en geoksideer met suurstof by 400-600 grade Celsius op 'n spesiale katalisator. 'n Baie suiwer produk word verkry deur die reaksie op 'n silwer maas uit te voer.
Reaksievergelyking
Ons gaan nie in besonderhede in oor die meganisme van die reaksie van oksidasie van propanol tot asetoon nie, aangesien dit baie ingewikkeld is. Ons beperk ons tot die gewone chemiese transformasievergelyking: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2O. Soos jy kan sien, is alles redelik eenvoudig op die diagram, maar dit is die moeite werd om in die proses te delf, en ons sal 'n aantal probleme ondervind.
Gevolgtrekking
Ons het dus die proses van propileenhidrasie ontleed en die reaksievergelyking en die meganisme van die voorkoms daarvan bestudeer. Die oorwoë tegnologiese beginsels lê ten grondslag van die werklike prosesse wat in produksie plaasvind. Soos dit geblyk het, is hulle nie baie moeilik nie, maar hulle hou werklike voordele vir ons daaglikse lewens in.
