Օրգանական նյութերը կարևոր տեղ են զբաղեցնում մեր կյանքում։ Դրանք պոլիմերների հիմնական բաղադրիչն են, որոնք շրջապատում են մեզ ամենուր. դրանք պլաստիկ տոպրակներ են, կաուչուկը, ինչպես նաև շատ այլ նյութեր: Պոլիպրոպիլենը այս շարքի վերջին քայլը չէ: Այն նաև հանդիպում է տարբեր նյութերում և օգտագործվում է մի շարք ոլորտներում, ինչպիսիք են շինարարությունը, կենցաղային օգտագործման համար որպես նյութ պլաստիկ բաժակների համար և այլ փոքր (բայց ոչ արդյունաբերական մասշտաբով) կարիքների համար: Մինչև պրոպիլենի խոնավացման գործընթացի մասին խոսելը (որի շնորհիվ, ի դեպ, կարող ենք ստանալ իզոպրոպիլ սպիրտ), անդրադառնանք արդյունաբերության համար անհրաժեշտ այս նյութի հայտնաբերման պատմությանը։
Պատմություն
Որպես այդպիսին, պրոպիլենը բացման ամսաթիվ չունի: Սակայն դրա պոլիմերը՝ պոլիպրոպիլենը, իրականում հայտնաբերվել է 1936 թվականին գերմանացի հայտնի քիմիկոս Օտտո Բայերի կողմից։ Իհարկե, տեսականորեն հայտնի էր, թե ինչպես կարելի է նման կարևոր նյութ ձեռք բերել, բայց գործնականում դա հնարավոր չէր անել։ Դա հնարավոր եղավ միայն քսաներորդ դարի կեսերին, երբ գերմանացի և իտալացի քիմիկոսներ Զիգլերը և Նաթը հայտնաբերեցին չհագեցած ածխաջրածինների պոլիմերացման կատալիզատորը (ունեն մեկ կամ մի քանի կապեր), որը.ավելի ուշ նրանք այն անվանեցին Ziegler-Natta կատալիզատոր: Մինչև այդ պահը բացարձակապես անհնար էր նման նյութերի պոլիմերացման ռեակցիան շարունակել։ Հայտնի էին պոլիկոնդենսացման ռեակցիաներ, երբ առանց կատալիզատորի գործողության նյութերը միացվում էին պոլիմերային շղթայի մեջ՝ առաջացնելով կողմնակի արտադրանքներ։ Բայց դա հնարավոր չէր անել չհագեցած ածխաջրածիններով։
Այս նյութի հետ կապված ևս մեկ կարևոր գործընթաց նրա խոնավացումն էր: Պրոպիլենը օգտագործման սկզբի տարիներին բավականին շատ էր։ Եվ այս ամենը պայմանավորված է նավթի և գազի վերամշակման տարբեր ընկերությունների կողմից հորինված պրոպենի վերականգնման մեթոդներով (սա երբեմն կոչվում է նաև նկարագրված նյութ): Երբ նավթը ճեղքվեց, այն կողմնակի արտադրանք էր, և երբ պարզվեց, որ դրա ածանցյալը՝ իզոպրոպիլային սպիրտը, հիմք է հանդիսանում մարդկությանը օգտակար բազմաթիվ նյութերի սինթեզի համար, շատ ընկերություններ, օրինակ՝ BASF-ը, արտոնագրեցին դրա արտադրության իրենց մեթոդը։ և սկսեց զանգվածային առևտուր այս միացությունը: Պոլիմերացումից առաջ փորձարկվել և կիրառվել է պրոպիլենային հիդրացիա, այդ իսկ պատճառով ացետոնը, ջրածնի պերօքսիդը, իզոպրոպիլամինը սկսել են արտադրվել մինչև պոլիպրոպիլենը։
Պրոպենը նավթից առանձնացնելու գործընթացը շատ հետաքրքիր է։ Նրան ենք մենք հիմա դիմում։
Պրոպիլենի առանձնացում
Իրականում տեսական իմաստով հիմնական մեթոդը միայն մեկ գործընթաց է՝ նավթի և հարակից գազերի պիրոլիզը։ Բայց տեխնոլոգիական ներդրումներն ընդամենը ծով են։ Փաստն այն է, որ յուրաքանչյուր ընկերություն ձգտում է յուրօրինակ ճանապարհ ձեռք բերել և պաշտպանել այն։արտոնագիր, և նման այլ ընկերություններ նույնպես փնտրում են իրենց սեփական ուղիները՝ դեռևս պրոպենը որպես հումք արտադրելու և վաճառելու կամ այն տարբեր ապրանքների վերածելու համար։
Պիրոլիզը («pyro» - կրակ, «lysis» - ոչնչացում) բարձր ջերմաստիճանի և կատալիզատորի ազդեցության տակ բարդ և խոշոր մոլեկուլների տրոհման քիմիական գործընթաց է: Նավթը, ինչպես գիտեք, ածխաջրածինների խառնուրդ է և բաղկացած է թեթև, միջին և ծանր ֆրակցիաներից։ Առաջիններից ամենացածր մոլեկուլային քաշը՝ պրոպենը և էթանը ստացվում են պիրոլիզի ժամանակ։ Այս գործընթացը իրականացվում է հատուկ ջեռոցներում: Առավել առաջադեմ արտադրական ընկերությունների համար այս գործընթացը տեխնոլոգիապես տարբերվում է. կարելի է նաև վառարանները բաժանել ըստ կառուցվածքի՝ կան խողովակային և պայմանական, ինչպես կոչվում են, ռեակտորներ։
Սակայն պիրոլիզի պրոցեսը հնարավորություն է տալիս ստանալ ոչ բավարար մաքուր պրոպեն, քանի որ դրանից բացի այնտեղ գոյանում են հսկայական քանակությամբ ածխաջրածիններ, որոնք այնուհետև պետք է առանձնացվեն բավականին էներգիա սպառող եղանակներով։ Հետևաբար, հետագա խոնավացման համար ավելի մաքուր նյութ ստանալու համար օգտագործվում է նաև ալկանների ջրազրկում՝ մեր դեպքում՝ պրոպան։ Ինչպես պոլիմերացումը, այնպես էլ վերը նշված գործընթացը հենց այնպես չի լինում: Հագեցած ածխաջրածնի մոլեկուլից ջրածնի պառակտումը տեղի է ունենում կատալիզատորների՝ եռարժեք քրոմի օքսիդի և ալյումինի օքսիդի ազդեցության ներքո։
Դե, նախքան հիդրացիայի գործընթացի մասին պատմությանը անցնելը, անդրադառնանք մեր չհագեցած ածխաջրածնի կառուցվածքին:
Պրոպիլենի կառուցվածքի առանձնահատկությունները
Պրոպենն ինքնին ալկենների շարքի երկրորդ անդամն է (ածխաջրածիններ մեկ կրկնակի կապով): Թեթևության առումով այն զիջում է միայն էթիլենին (որից, ինչպես կարող եք կռահել, պատրաստված է պոլիէթիլենը՝ աշխարհի ամենազանգվածային պոլիմերը): Իր նորմալ վիճակում պրոպենը գազ է, ինչպես ալկանների ընտանիքից իր «հարազատը»՝ պրոպանը։
Բայց պրոպանի և պրոպենի էական տարբերությունն այն է, որ վերջինս իր բաղադրության մեջ ունի կրկնակի կապ, որն արմատապես փոխում է նրա քիմիական հատկությունները։ Այն թույլ է տալիս կցել այլ նյութեր չհագեցած ածխաջրածնի մոլեկուլին, ինչի արդյունքում առաջանում են բոլորովին այլ հատկություններով միացություններ, որոնք հաճախ շատ կարևոր են արդյունաբերության և առօրյա կյանքի համար:
Ժամանակն է խոսել ռեակցիաների տեսության մասին, որն, ըստ էության, այս հոդվածի թեման է։ Հաջորդ բաժնում դուք կիմանաք, որ պրոպիլենի հիդրացիան առաջացնում է արդյունաբերության մեջ ամենակարևոր արտադրանքներից մեկը, ինչպես նաև, թե ինչպես է տեղի ունենում այս ռեակցիան և ինչ նրբերանգներ կան դրա մեջ:
Խոնավության տեսություն
Նախ, եկեք անդրադառնանք ավելի ընդհանուր գործընթացին` լուծույթին, որը ներառում է նաև վերը նկարագրված ռեակցիան: Սա քիմիական փոխակերպում է, որը բաղկացած է լուծվող նյութերի մոլեկուլներին լուծիչի մոլեկուլների ավելացումից: Միևնույն ժամանակ նրանք կարող են ձևավորել նոր մոլեկուլներ կամ այսպես կոչված սոլվատներ՝ մասնիկներ, որոնք բաղկացած են էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությամբ միացված լուծույթի և լուծիչի մոլեկուլներից։ Մեզ միայն հետաքրքրում էառաջին տիպի նյութերը, քանի որ պրոպիլենի խոնավացման ժամանակ գերակշռում է առաջանում նման մթերք։
Վերևում նկարագրված ձևով լուծվելիս լուծիչի մոլեկուլները կցվում են լուծվող նյութին, ստացվում է նոր միացություն։ Օրգանական քիմիայում հիդրացիայից առաջանում են հիմնականում սպիրտներ, կետոններ և ալդեհիդներ, սակայն կան մի քանի այլ դեպքեր, օրինակ՝ գլիկոլների առաջացումը, բայց մենք դրանց չենք անդրադառնա։ Իրականում այս գործընթացը շատ պարզ է, բայց միևնույն ժամանակ բավականին բարդ։
Խոնավեցման մեխանիզմ
Կրկնակի կապը, ինչպես գիտեք, բաղկացած է ատոմների միացման երկու տեսակից՝ պի- և սիգմա կապերից։ Pi-կապը միշտ առաջինն է կոտրվում հիդրացիոն ռեակցիայի ժամանակ, քանի որ այն ավելի քիչ ուժեղ է (այն ունի ավելի ցածր կապող էներգիա): Երբ այն կոտրվում է, երկու դատարկ ուղեծրեր են ձևավորվում երկու հարևան ածխածնի ատոմների մոտ, որոնք կարող են նոր կապեր ձևավորել։ Ջրի մոլեկուլը, որը գոյություն ունի լուծույթում երկու մասնիկների՝ հիդրօքսիդի իոնի և պրոտոնի տեսքով, կարող է միանալ կոտրված կրկնակի կապի երկայնքով: Այս դեպքում հիդրօքսիդի իոնը կցվում է կենտրոնական ածխածնի ատոմին, իսկ պրոտոնը՝ երկրորդ՝ ծայրահեղությանը։ Այսպիսով, պրոպիլենի հիդրացման ժամանակ հիմնականում ձևավորվում է պրոպանոլ 1 կամ իզոպրոպիլ սպիրտ։ Սա շատ կարևոր նյութ է, քանի որ երբ այն օքսիդացվում է, կարելի է ստանալ ացետոն, որը լայնորեն կիրառվում է մեր աշխարհում։ Մենք ասացինք, որ այն հիմնականում ձևավորվում է, բայց դա ամբողջովին ճիշտ չէ։ Պետք է ասեմ սա. միակ արտադրանքը, որը ձևավորվել է պրոպիլենի խոնավացման ժամանակ, և դա իզոպրոպիլ սպիրտն է։
Սա, իհարկե, բոլոր նրբություններն են: Իրականում ամեն ինչ կարելի է շատ ավելի հեշտ նկարագրել։ Իսկ հիմա մենք կիմանանք, թե ինչպես է արձանագրվում պրոպիլենի խոնավացման պրոցեսը դպրոցական դասընթացում։
Արձագանք. ինչպես է դա տեղի ունենում
Քիմիայում ամեն ինչ սովորաբար նշանակում են պարզ՝ ռեակցիայի հավասարումների օգնությամբ։ Այսպիսով, քննարկվող նյութի քիմիական փոխակերպումը կարելի է նկարագրել այսպես. Պրոպիլենի խոնավացումը, որի ռեակցիայի հավասարումը շատ պարզ է, ընթանում է երկու փուլով. Նախ, pi կապը, որը կրկնակի մաս է, կոտրված է: Այնուհետև երկու մասնիկների՝ հիդրօքսիդի անիոնի և ջրածնի կատիոնի տեսքով ջրի մոլեկուլը մոտենում է պրոպիլենի մոլեկուլին, որը ներկայումս ունի կապերի առաջացման երկու ազատ տեղամաս։ Հիդրօքսիդի իոնը կապ է ստեղծում ավելի քիչ ջրածնացված ածխածնի ատոմի հետ (այսինքն, այն ատոմի հետ, որին միացված են ավելի քիչ ջրածնի ատոմներ), իսկ պրոտոնը, համապատասխանաբար, մնացած ծայրահեղության հետ։ Այսպիսով, ստացվում է մեկ արտադրանք՝ հագեցած մոնոհիդրիկ սպիրտ իզոպրոպանոլ։
Ինչպե՞ս գրանցել արձագանքը:
Այժմ մենք կսովորենք, թե ինչպես գրել քիմիական լեզվով ռեակցիա, որն արտացոլում է պրոպիլենի խոնավացումը: Մեզ անհրաժեշտ բանաձևն է՝ CH2 =CH - CH3: Սա սկզբնական նյութի՝ պրոպենի բանաձեւն է։ Ինչպես տեսնում եք, այն ունի կրկնակի կապ, որը նշված է «=»-ով, և այստեղ ջուր կավելացվի, երբ պրոպիլենը խոնավացվի: Ռեակցիայի հավասարումը կարելի է գրել այսպես. CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3: Հիդրօքսիլ խումբը փակագծերում նշանակում էոր այս մասը բանաձևի հարթությունում չէ, այլ ներքևում կամ վերևում։ Այստեղ մենք չենք կարող ցույց տալ անկյունները երեք խմբերի միջև, որոնք տարածվում են միջին ածխածնի ատոմից, բայց ասենք, որ դրանք մոտավորապես հավասար են միմյանց և կազմում են 120 աստիճան։
Որտե՞ղ է այն կիրառվում:
Արդեն ասացինք, որ ռեակցիայի ընթացքում ստացված նյութը ակտիվորեն օգտագործվում է կենսական նշանակություն ունեցող այլ նյութերի սինթեզի համար։ Կառուցվածքով այն շատ նման է ացետոնին, որից այն տարբերվում է միայն նրանով, որ հիդրոքսո խմբի փոխարեն կա կետո խումբ (այսինքն՝ թթվածնի ատոմ, որը կապված է կրկնակի կապով ազոտի ատոմի հետ)։ Ինչպես գիտեք, ացետոնն ինքնին օգտագործվում է լուծիչների և լաքերի մեջ, սակայն, ի լրումն, այն օգտագործվում է որպես ռեագենտ ավելի բարդ նյութերի հետագա սինթեզի համար, ինչպիսիք են պոլիուրեթանները, էպոքսիդային խեժերը, քացախային անհիդրիդը և այլն։
Ացետոնի արտադրության ռեակցիա
Կարծում ենք, որ օգտակար կլինի նկարագրել իզոպրոպիլային սպիրտի վերածումը ացետոնի, մանավանդ որ այս ռեակցիան այնքան էլ բարդ չէ: Սկզբից պրոպանոլը գոլորշիացվում և օքսիդացվում է թթվածնով 400-600 աստիճան ջերմաստիճանում՝ հատուկ կատալիզատորի վրա: Արծաթե ցանցի վրա ռեակցիան իրականացնելով շատ մաքուր արտադրանք է ստացվում։
Ռեակցիայի հավասարում
Մենք չենք մանրամասնի պրոպանոլի ացետոնին օքսիդացման ռեակցիայի մեխանիզմը, քանի որ այն շատ բարդ է։ Մենք սահմանափակվում ենք սովորական քիմիական փոխակերպման հավասարմամբ՝ CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2Օ. Ինչպես տեսնում եք, գծապատկերում ամեն ինչ բավականին պարզ է, բայց արժե խորանալ գործընթացի մեջ, և մենք կհանդիպենք մի շարք դժվարությունների:
Եզրակացություն
Այսպիսով, մենք վերլուծեցինք պրոպիլենի հիդրացման գործընթացը և ուսումնասիրեցինք ռեակցիայի հավասարումը և դրա առաջացման մեխանիզմը: Արտադրության մեջ տեղի ունեցող իրական գործընթացների հիմքում ընկած են դիտարկված տեխնոլոգիական սկզբունքները: Ինչպես պարզվեց, դրանք այնքան էլ դժվար չեն, բայց իրական օգուտներ ունեն մեր առօրյայի համար։
