Substancat organike zënë një vend të rëndësishëm në jetën tonë. Ato janë përbërësi kryesor i polimereve që na rrethojnë kudo: këto janë qeset plastike, goma, si dhe shumë materiale të tjera. Polipropileni nuk është hapi i fundit në këtë seri. Gjendet gjithashtu në materiale të ndryshme dhe përdoret në një sërë industrish si ndërtimi, përdorimi shtëpiak si material për gota plastike dhe nevoja të tjera të vogla (por jo në shkallë industriale). Para se të flasim për një proces të tillë si hidratimi i propilenit (në sajë të cilit, meqë ra fjala, mund të marrim alkool izopropil), le t'i drejtohemi historisë së zbulimit të kësaj substance të nevojshme për industrinë.
Histori
Si i tillë, propyleni nuk ka datë hapjeje. Megjithatë, polimeri i tij - polipropileni - u zbulua në të vërtetë në vitin 1936 nga kimisti i famshëm gjerman Otto Bayer. Natyrisht, teorikisht dihej se si mund të sigurohej një material kaq i rëndësishëm, por kjo nuk ishte e mundur të bëhej në praktikë. Kjo ishte e mundur vetëm në mesin e shekullit të njëzetë, kur kimistët gjermanë dhe italianë Ziegler dhe Natt zbuluan një katalizator për polimerizimin e hidrokarbureve të pangopura (që kanë një ose më shumë lidhje të shumta), i cilimë vonë ata e quajtën atë katalizator Ziegler-Natta. Deri në atë moment, ishte absolutisht e pamundur të vazhdonte reaksionin e polimerizimit të substancave të tilla. Reaksionet e polikondensimit ishin të njohura, kur, pa veprimin e një katalizatori, substancat u bashkuan në një zinxhir polimer, duke formuar nënprodukte. Por kjo nuk ishte e mundur të bëhej me hidrokarbure të pangopura.
Një proces tjetër i rëndësishëm i lidhur me këtë substancë ishte hidratimi i saj. Propileni në vitet e fillimit të përdorimit të tij ishte mjaft i madh. Dhe e gjithë kjo është për shkak të metodave të rikuperimit të propenit të shpikur nga kompani të ndryshme të përpunimit të naftës dhe gazit (kjo ndonjëherë quhet edhe substanca e përshkruar). Kur nafta u plas, ai ishte një nënprodukt dhe kur doli se derivati i tij, alkooli izopropil, është baza për sintezën e shumë substancave të dobishme për njerëzimin, shumë kompani, si BASF, patentuan metodën e tyre të prodhimit. dhe filloi tregtimin masiv të këtij kompleksi. Hidratimi i propilenit u provua dhe aplikohej para polimerizimit, prandaj acetoni, peroksidi i hidrogjenit, izopropilamina filluan të prodhoheshin para polipropilenit.
Procesi i ndarjes së propenit nga vaji është shumë interesant. Është tek ai që ne tani i drejtohemi.
Ndarja e propilenit
Në fakt, në kuptimin teorik, metoda kryesore është vetëm një proces: piroliza e naftës dhe gazeve shoqëruese. Por zbatimet teknologjike janë thjesht një det. Fakti është se çdo kompani përpiqet të marrë një mënyrë unike dhe ta mbrojë atë.patentë, dhe kompani të tjera të tilla po kërkojnë gjithashtu mënyrat e tyre për të prodhuar dhe shitur propen si lëndë të parë ose për ta kthyer atë në produkte të ndryshme.
Piroliza ("pyro" - zjarr, "lizë" - shkatërrim) është një proces kimik i ndarjes së një molekule komplekse dhe të madhe në ato më të vogla nën ndikimin e temperaturës së lartë dhe një katalizatori. Nafta, siç e dini, është një përzierje e hidrokarbureve dhe përbëhet nga fraksione të lehta, të mesme dhe të rënda. Nga të parat, pesha molekulare më e ulët, propeni dhe etani fitohen gjatë pirolizës. Ky proces kryhet në furra speciale. Për kompanitë më të avancuara të prodhimit, ky proces është teknologjikisht i ndryshëm: disa përdorin rërën si bartës të nxehtësisë, të tjerët përdorin kuarcin, të tjerët përdorin koksin; mund t'i ndani edhe furrat sipas strukturës së tyre: ka reaktorë tubarë dhe konvencionalë, siç quhen ata.
Por procesi i pirolizës bën të mundur marrjen e propenit të pamjaftueshëm të pastër, pasi, përveç tij, aty formohen një numër i madh hidrokarburesh, të cilat më pas duhet të ndahen në mënyra mjaft të konsumueshme të energjisë. Prandaj, për të marrë një substancë më të pastër për hidratim të mëvonshëm, përdoret edhe dehidrogjenimi i alkaneve: në rastin tonë, propani. Ashtu si polimerizimi, procesi i mësipërm nuk ndodh thjesht. Ndarja e hidrogjenit nga një molekulë e një hidrokarburi të ngopur ndodh nën veprimin e katalizatorëve: oksidi trevalent i kromit dhe oksidi i aluminit.
Epo, përpara se të kalojmë në tregimin se si ndodh procesi i hidratimit, le të kthehemi te struktura e hidrokarbureve tona të pangopura.
Veçoritë e strukturës së propilenit
Propeni në vetvete është vetëm anëtari i dytë i serisë së alkeneve (hidrokarburet me një lidhje të dyfishtë). Për sa i përket lehtësisë, ai është i dyti vetëm pas etilenit (nga i cili, siç mund ta merrni me mend, është bërë polietileni - polimeri më masiv në botë). Në gjendjen e tij normale, propeni është një gaz, si "i afërmi" i tij nga familja e alkaneve, propani.
Por ndryshimi thelbësor midis propanit dhe propenit është se ky i fundit ka një lidhje të dyfishtë në përbërjen e tij, e cila ndryshon rrënjësisht vetitë e tij kimike. Kjo ju lejon të bashkoni substanca të tjera në një molekulë hidrokarbure të pangopur, duke rezultuar në përbërje me veti krejtësisht të ndryshme, shpesh shumë të rëndësishme për industrinë dhe jetën e përditshme.
Është koha të flasim për teorinë e reagimit, e cila, në fakt, është tema e këtij artikulli. Në pjesën tjetër do të mësoni se hidratimi i propilenit prodhon një nga produktet më të rëndësishme industriale, si dhe se si ndodh ky reagim dhe cilat janë nuancat në të.
Teoria e hidratimit
Së pari, le t'i drejtohemi një procesi më të përgjithshëm - zgjidhjes - i cili përfshin gjithashtu reagimin e përshkruar më sipër. Ky është një transformim kimik, i cili konsiston në shtimin e molekulave të tretësit në molekulat e substancave të tretura. Në të njëjtën kohë, ato mund të formojnë molekula të reja, ose të ashtuquajturat solvate, grimca të përbëra nga molekula të një lënde të tretur dhe një tretës të lidhur me ndërveprim elektrostatik. Ne jemi vetëm të interesuarLloji i parë i substancave, sepse gjatë hidratimit të propilenit formohet kryesisht një produkt i tillë.
Kur tretet në mënyrën e përshkruar më sipër, molekulat e tretësit ngjiten në substancën e tretur, përftohet një përbërje e re. Në kiminë organike, hidratimi formon kryesisht alkoole, ketone dhe aldehide, por ka disa raste të tjera, siç është formimi i glikoleve, por nuk do t'i prekim ato. Në fakt, ky proces është shumë i thjeshtë, por në të njëjtën kohë mjaft i ndërlikuar.
Mekanizmi i hidratimit
Lidhja e dyfishtë, siç e dini, përbëhet nga dy lloje lidhjesh të atomeve: lidhjet pi dhe sigma. Lidhja pi është gjithmonë e para që prishet gjatë reaksionit të hidratimit, pasi është më pak e fortë (ka një energji lidhëse më të ulët). Kur prishet, dy orbitale të lira formohen në dy atome karboni fqinjë, të cilët mund të formojnë lidhje të reja. Një molekulë uji që ekziston në tretësirë në formën e dy grimcave: një jon hidroksid dhe një proton, është në gjendje të bashkohet përgjatë një lidhjeje të dyfishtë të thyer. Në këtë rast, joni hidroksid është ngjitur në atomin qendror të karbonit, dhe protoni - në ekstremin e dytë. Kështu, gjatë hidratimit të propilenit, formohet kryesisht propanoli 1 ose alkooli izopropil. Kjo është një substancë shumë e rëndësishme, pasi kur oksidohet, mund të përftohet acetoni, i cili përdoret gjerësisht në botën tonë. Thamë që është formuar kryesisht, por kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Më duhet të them këtë: i vetmi produkt që formohet gjatë hidratimit të propilenit, dhe ky është alkooli izopropil.
Këto janë, sigurisht, të gjitha hollësitë. Në fakt, gjithçka mund të përshkruhet shumë më lehtë. Dhe tani do të zbulojmë se si një proces i tillë si hidratimi i propilenit regjistrohet në kursin e shkollës.
Reagimi: si ndodh
Në kimi, çdo gjë zakonisht shënohet thjesht: me ndihmën e ekuacioneve të reaksionit. Pra, transformimi kimik i substancës në diskutim mund të përshkruhet në këtë mënyrë. Hidratimi i propilenit, ekuacioni i reagimit të të cilit është shumë i thjeshtë, zhvillohet në dy faza. Së pari, lidhja pi, e cila është pjesë e dyfishit, prishet. Më pas, një molekulë uji në formën e dy grimcave, një anion hidroksid dhe një kation hidrogjeni, i afrohet molekulës së propilenit, e cila aktualisht ka dy vende të lira për formimin e lidhjeve. Joni hidroksid formon një lidhje me atomin e karbonit më pak të hidrogjenizuar (d.m.th., me atë në të cilin janë bashkangjitur më pak atome hidrogjeni) dhe protonin, përkatësisht, me ekstremin e mbetur. Kështu, fitohet një produkt i vetëm: izopropanoli i ngopur i alkoolit monohidrik.
Si të regjistroni një reagim?
Tani do të mësojmë se si të shkruajmë në gjuhën kimike një reaksion që pasqyron një proces të tillë si hidratimi i propilenit. Formula që na nevojitet është: CH2 =CH - CH3. Kjo është formula e substancës origjinale - propen. Siç mund ta shihni, ai ka një lidhje të dyfishtë, të shënuar me "=", dhe këtu do të shtohet uji kur propyleni të hidratohet. Ekuacioni i reagimit mund të shkruhet kështu: CH2 =CH - CH3 + H23=CH 3 - CH(OH) - CH3. Grupi hidroksil në kllapa do të thotëse kjo pjesë nuk është në rrafshin e formulës, por poshtë ose sipër. Këtu nuk mund të tregojmë këndet midis tre grupeve që shtrihen nga atomi i mesëm i karbonit, por le të themi se ato janë afërsisht të barabarta me njëri-tjetrin dhe përbëjnë 120 gradë.
Ku zbatohet?
Tashmë kemi thënë se substanca e përftuar gjatë reaksionit përdoret në mënyrë aktive për sintezën e substancave të tjera jetike. Është shumë e ngjashme në strukturë me acetonin, nga i cili ndryshon vetëm në atë që në vend të një grupi hidrokso ekziston një grup keto (d.m.th., një atom oksigjeni i lidhur me një lidhje të dyfishtë me një atom azoti). Siç e dini, vetë acetoni përdoret në tretës dhe llaqe, por, përveç kësaj, përdoret si reagent për sintezën e mëtejshme të substancave më komplekse, si poliuretani, rrëshirat epoksi, anhidridi acetik etj.
Reagimi i prodhimit të acetonit
Mendojmë se do të ishte e dobishme të përshkruanim shndërrimin e alkoolit izopropil në aceton, veçanërisht pasi ky reagim nuk është aq i ndërlikuar. Për të filluar, propanoli avullohet dhe oksidohet me oksigjen në 400-600 gradë Celsius në një katalizator të veçantë. Një produkt shumë i pastër përftohet duke kryer reaksionin në një rrjetë argjendi.
Ekuacioni i reagimit
Nuk do të hyjmë në detaje të mekanizmit të reaksionit të oksidimit të propanolit në aceton, pasi është shumë i ndërlikuar. Ne kufizohemi në ekuacionin e zakonshëm të transformimit kimik: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2O. Siç mund ta shihni, gjithçka është mjaft e thjeshtë në diagram, por ia vlen të thellohemi në proces dhe do të hasim një sërë vështirësish.
Përfundim
Pra, ne analizuam procesin e hidratimit të propilenit dhe studiuam ekuacionin e reaksionit dhe mekanizmin e shfaqjes së tij. Parimet e konsideruara teknologjike qëndrojnë në themel të proceseve reale që ndodhin në prodhim. Siç doli, ato nuk janë shumë të vështira, por kanë përfitime reale për jetën tonë të përditshme.
