بخش ۴ طلاي سياه ، اندوخته روبه پايان بخش ۴  - طلاي سياه ، اندوخته روبه پايان   پس از آب، نفت فراوان ترين مايع در بخش هاي بالايي پوسته زمين است. نفت يک منبع غني از مواد شيميايي است. حدود 87 % هر بشکه نفت براي سوزاندن و 13 % براي ساخت بکار مي رود. بي توجهي در مصرف نفت باعث ورود مقادير زيادي CO2 در هوا و آلودگي هوا مي شود. به زغال سنگ ، نفت خام و گاز طبيعي ، سوخت هاي فسيلي مي گويند. سوخت هاي فسيلي منابعي تجديد ناپذيرند؛ زيرا تشکيل آنها بسيار آهسته است و سرانجام روزي تمام خواهند شد .     پالايش نفت خام نفتي که از چاه بيرون آورده مي شود نفت خام نام دارد. پس از جداکردن نمک ها و اسيدها، هيدروکربن هاي باقي مانده را پالايش مي کنند. عمل پالايش با تقطير جزء به جزء نفت خام انجام مي شود. در آغاز نفت خام را در کوره تا Cْ 400 گرم مي کنند سپس آن را با پمپ به پايين برج تقطير که بيش از 30 متر ارتفاع دارد مي فرستند. مولکول هاي کوچکتر و سبکتر و زود جوش تر به سوي بالا ستون تقطير مي روند و مولکول هاي سنگين تر و دير جوش تر به سمت پائين برج مي روند.(مطابق شکل ۴- يک برج تقطير، صفحه 118 کتاب.) برش گازي نفت شامل ترکيبهايي با نقطه جوش پائين است. مولکول هاي اين گازها از ۱ تا ۴ اتم کربن دارند. برش هاي مايع نفت که شامل بنزين، نفت و روغن هاي سنگين تر هستند شامل مولکول هايی با ۵ تا 20 کربن هستند. برش جامد و روغني که حتي در دماهاي بالا بخار نمي شوند مولکول هايي با بيش از 20 اتم کربن هستند .       شيمي آلي بخشي از علم شيمي است که درباره مواد آلي گفتگو مي کند. ويژگي آشکار ترکيب هاي آلي وجود اتمهاي کربن در همه آنهاست. از اين رو شيمي آلي را شيمي ترکيب هاي کربن نيز مي گويند .       هيدروکربن هاي سير شده يا آلکان ها در يک آلکان، هر اتم کربن با چهار پيوند به چهار اتم ديگر متصل شده است. اين، بيشترين تعداد اتمي است که مي تواند به يک اتم کربن ديگر متصل شود. به اين علت آلکان ها را هيدروکربنهاي سير شده مي گويند. نام اعضاي اين خانواده از دو بخش تشکيل شده استپ. بخش اول تعداد اتم هاي کربن و بخش دوم لفظ " ان " است. متان نخستين و ساده ترين عضو اين گروه است. متان – اتان – پروپان – بوتان – نپتان - هگزان – هپتان – اوکتان – نونان – دکان – نام آلکان هاي ۱ کربنه تا 10 کربنه است . آلکان ها مي توانند راست زنجير يا شاخه دار باشند. مولکول هايي که فرم مولکولي يکسان دارند، اما آرايش اتم ها در آنها متفاوت است؛ هم پاريا ايزومر مي نامند. آلکان هايي که چهار يا تعداد بيش تري اتم کربن داشته باشند داراي ايزوم هستند. همه ي آلکان ها؛ گازها، مايع ها يا جامدهايي بي رنگ هستند که با افزايش اعداد کربن به نقطه جوش و گرانوري آنها افزايش مي يابد. همه ي آلکان ها در هوا با شعله زرد – آبي تميزي مي سوزند .       سوختن هيدروکربن ها انرژي نوراني و گرمايي + آب + گازکربن دي اکسيد = گاز اکسيژن + هيدروژن معادله بالا، سوختن کامل يک هيدروکربن را نشان مي دهد . انرژي آزاد شده را مي توان بر  حسب Kg/mol بيان کرد . اگر مقدار اکسيژن کافي نباشد، سوختن ناقص خواهد بود. در سوختن ناقص افزون بر کربن دي اکسيد؛ آب و مقداري کربن مونوکسيد (CO) نيز تشکيل مي شود و در صورتي که اکسيژن باز هم کمتر شود، مقداري دوده به عنوان فرآورده هاي فرعي توليد مي شود.     بهبود کيفيت سوخت در سال ۱۹۱۳، شيميدان ها فرآيند کراکينگ را براي شکستن مولکول هاي نفت چراغ به مولکول هاي کوچک تر طراحي کردند. در اين فرآيند، نفت چراغ تا حدود Cْ 700 گرم مي شود. براي نمونه ممکن است يک مولکول با 16 اتم کربن شکسته شود و دو مولکول با ۸ اتم کربن به وجود آيد. در عمل مي توان مولکول هايي را که از ۱ تا 14 يا تعداد بيش تري اتم کربن دارند، از راه کراکينگ مولکول هاي بزرگ تر بدست آورد. مولکول هاي ۵ تا ۱۲ کربنه براي استفاده در بنزين سودمند هستند. به طور معمول بيش از يک سوم نفت خام کراکينگ مي شود. بازده اين فرآيند را با افزودن کاتاليز گرماي مناسب مانند آلومينيوم اکسيد (AL2O3 ) بالا برده اند. فرايند کراکينگ کاتاليزي از نظر مصرف انرژي کارايي بهتري دارد زيرا به جاي Cْ700 رد دماي Cْ 500 انجام مي شود.     عدد اوکتان و روش هاي بالا بردن آن بنزيني که بيشتر از آلکان هاي راست زنجير مانند هگزان، هپتان و اوکتان تشکيل شده است ، به آساني مي سوزد و موجب کوبش (تق تق کردن ) موتور مي شود. آلکانهاي شاخه دار در موتور خودروها بهتر از آلکان هاي راست زنجير مي سوند. مثلاً ايزو اوکتان که يکي از همپارهاي اوکتان است . بسيار خوش سوز مي باشد. عدد اوکتان، عددي براي بيان کردن ميزان خوش سوزي يک هيدروکربن است. هرچي عدد اوکتان بزرگتر باشد خواص ضد کوبش بنزين بيشتر است و بنزين مرغوب تر است . يک راه نسبتاً ارزان براي بالا بردن عدد اوکتان افزودن تترا اتيل سرب Pb 4(C2H5) به بنزين است.

پس از آب ، نفت فراوان ترين مايع در بخش هاي بالايي پوسته زمين است . نفت يک منبع غني از مواد شيميايي است . حدود 87% هر بشکه نفت براي سوزاندن و 13% براي ساخت بکار مي رود . بي توجهي در مصرف نفت باعث ورود مقادير زيادي Co2 در هوا و آلودگي هوا مي شود . به زغال سنگ ، نفت خام و گاز طبيعي ، سوخت هاي فسيلي مي گويند . سوخت هاي فسيلي منابعي تجديد ناپذيرند زيرا تشکيل آنها بسيار آهسته است و سرانجام روزي تمام خواهد شد .

پالايش نفت خام

نفتي که از چاه بيرون آورده مي شود نفت خام نام دارد . پس از جداکردن نمک ها و اسيد ها ،هيدروکربن هاي باقي مانده را پالايش مي کنند . عمل پالايش با تقطير جزء به جزء نفت خام انجام مي شود . در آغاز نفت خام را در کوره تا Cْ 400 گرم مي کنند سپس آن را با پمپ به پائين برج تقطير که بيش از 30 متر ارتفاع دارد مي فرستند . مولکول هاي کوچکتر و سبکتر و زود جوش تر به سوي بالا ستون تقطير مي روند و مولکول ها يسنگين تر و دير جوش تر به سمت پائين برج مي روند .(مطابق شکل ۴- يک برج تقطير، صفحه 118 کتاب.) برش گازي نفت شامل ترکيبهايي با نقطه جوش پائين است . مولکول هاي اين گازها از ۱ تا ۴ اتم کربن دارند . برش هاي مايع نفت که شامل بنزين ، نفت و روغن هاي سنگين تر هستند شامل مولکول هاي ۵ تا 20 کربن هستند . برش جامد و روغني که حتي در دماهاي بالا بخار نمي شوند مولکول هايي با بيش از 20 اتم کربن هستند .

شيمي آلي

بخشي از علم شيمي است که درباره مواد آلي گفتگو مي کند . ويژگي آشکار ترکيب هاي آلي وجود اتمهاي کربن در همه آنهاست . از اين رو شيمي آلي را شيم يترکيب هاي کربن نيز مي گويند .

هيدروکربن هاي سير شده يا آلکان ها

در يک آلکان ، هر اتم کربن با چهار پيوند به چهار اتم ديگر متصل شده است . اين ، بيش ترين تعداد اتمي است که مي تواند به يک اتم کربن ديگر متصل شود . به اين علت آلکان ها راهيدروکربنهاي سير شده مي گويند . نام اعضاي اين خانواده از دو بخش تشکيل شده است . بخش اول تعداد اتم هاي کربن و بخش دوم لفظ " ان " است. متان نخستين و ساده ترين عضو اين گروه است . متان – اتان – پروپان – بوتان – نپتان - هگزان – هپتان – اوکتان – نونان – دکان – نام آلکان هاي ۱ کربنه تا 10 کربنه است . آلکان ها مي توانند راست زنجير يا شاخه دار باشند . مولکول هايي که فرم مولکولي يکسان دارند ، اما آرايش اتم ها در آنها متفاوت است . هم پارياايزوم مي نامند . آلکان هايي که چهار يا تعداد بيش تري اتم کربن داشته باشند داراي ايزوم هستند . همه ي آلکان ها ، گازها ، مايع ها يا جامدهايي بي رنگ هستند که با افزايش اعداد کربن به نقطه جوش و گرانوري آنها افزايش مي يابد . همه ي آلکان ها در هوا با شعله زرد – آبي تميزي مي سوزند .

سوختن هيدروکربن ها

انرژي نوراني و گرمايي + آب + گازکربن دي اکسيد = گاز اکسيژن + هيدروژن معادله بالا ، سوختن کامل يک هيدروکربن را نشان مي دهد . انرژي آزاد شده را مي توان بر حسب KG/mol بيان کرد . اگر مقدار اکسيژن کافي نباشد ، سوختن ناقص خواهد بود . در سوختن ناقص ، افزون بر کربن د ياکسيد آب ، مقداري کربن مونوکسيد (Co) نيز تشکيل مي شود و در صورتي که اکسيژن باز هم کمتر شود ، مقداري دوده به عنوان فرآورده هاي مرغي توليد مي شود .

بهبود کيفيت سوخت

در سال ۱۹۱۳ ، شيميدان ها فرآيند کراکينگ را براي شکستن مولکول هاي نفت چراغ به مولکول هاي کوچک تر طراح يمي کردند . در اين فرآيند ، نفت چراغ تا حدود Cْ 700 گرم مي شود . برا ينمونه ممکن است يک مولکول با 16 اتم کربن شکسته شود و دو مولکول با ۸ اتم کربن به وجود آيد . در عمل مي توان مولکول هايي را که از ۱ تا 14 يا تعداد بيش تري اتم کربن دارند ، از راه کراکينگ مولکول هاي بزرگ تر بدست آورد . مولکول هاي ۵ تا ۱۲ کربنه براي استفاده در بنزين سودمند هستند . به طور معمول بيش از يک سوم نفت خام کراکينگ مي شود . بازده اين فرآيند را با افزودن کاتاليز گرماي مناسب مانند آلومينيوم اکسيد (AL2O3 ) بالا برده اند . فرايند کراکينگ کاتاليزي از نظر مصرف انرژي کارايي بهتري دارد زيرا به جاي Cْ700 رد دماي Cْ 500 انجام مي شود .

عدد اوکتان و روش هاي بالا بردن آن

بنزيني که بيشتر از آلکان هاي راست زنجير مانند هگزان ، هپتان ، و اوکتان تشکيل شده است ، به آساني مي سوزد و موجب کوبش (تق تق کردن ) موتور مي شود . آلکانهاي شاخ دار در موتور خودروها بهتر از آلکان هاي راست زنجير مي شوند . مثلاً ايزواوکتان که يکي از همپارهاي اوکتان است . بسيار خوش سوز مي باشد . عدد اوکتان ، عددي براي بيان کردن ميزان خوش سوزي يک هيدروکربن است .هرچي عدد اوکتان بزرگتر باشد خواص ضد کوبش بنزين بيشتر است و بنزين مرغوب تر است . يک راه نسبتاً ارزان براي بالا بردن عدد اوکتان افزودن تترا اتيل سرب pb ئ 4(C2H5) به بنزين است .

هيدروکربن هاي سيرنشده

در اين نوع هيدروکربن ها حداقل دو اتم کربن مي توان يافت که به جاي چهار اتم ، تنها با سه يا دو اتم پيوند دارد . آلکن ها و آلکين ها و اتين ساده ترين عضو آلکين هاست .

اتن (اتيلن )

اتين (استيلن )

واکنش پذيري هيدروکربن هاي سير نشده ، بيشتر از آلکان ها است .

فرآورده هاي پتروشيميايي

امروزه بسياري از اشياء و مواد متداول ساختني هستند که به وسيله صنايع شيميايي از نفت يا گاز طبيعي به دست مي آيند . اين ترکيب ها را فرآورده هاي پتروشيميايي مي نامند .برخي از اين مواد مثل پاک کننده ، حشره کش ها و مواد دارويي و آرايشي به طور مستقيم استفاده مي شوند و ل يبيشتر اين مواد به عنوان ماده اوليه در توليد ترکيب هاي ديگر به ويژه پلاستيک ها بکار مي روند .

کاربرد اتن در پتروشيمي

يکي از آلکن هاي مهم صنعتي اتن است . واکنش پذيري پيوند ده گانه در اتن بسيار زياد است . از اين رو به آساني مي توان آن را به بسياري از فرآورده ها يسودمند تبديل کرد . براي مثل وقتي که يک مولکول آب با پيوند دوگانه ي يک مولکول اتن واکنش مي دهد اتانول که يک ترکيب سيرشده است و کاربردهاي بسيار زيادي دارد تشکيل مي شود .

اتانول (اتين الکل )آباتن (اتيلن )

همچنين از اتن براي تهيه پلاستيک ، پل يتن (پلي اتيلن ) استفاده مي شود که از آن در ساخت کيسه هاي پلاستيکي و ورقه ها يبسته بندي استفاده مي کنند .

پلي تن يکي از بسپارهاي (پليمرهاي ) مهم صنعتي است .

بخش ۴_قسمت دوم

جايگزين نفت

يکي از جايگزين هاي احتمالي نفت ، توليد سوخت مايع از ذغال سنگ است . انرژي هسته اي ، انرژي خورشيدي ، انرژي باد ، انرژي موج هاي دريا و انرژي زمين گرمايي هم مي توانند منابي براي تامين انرژي باشند . همچنين گاز طبيعي که بيشتر CH4 است و به صورت فشرده در مخزن هاي CNG که قابل پر شدن دوباره هستند را مي توان به عنوان سوخت خوردروها جايگزين کرد . براي ساختن هم م يتوان از جايگزين هايي مثل زغال سنگ ، آب و هوا استفاده کرد .

خود آزمايي ۱- کدام آلکان زير سريعتر از ليوان بيرون مي ريزد؟

الف) C10H22 ب) C16H34 ج) C8H18 د)C15H32

۲- فرمول CnH2n+2 مربوط به کدام است ؟

الف) آلکان ب) آلکن ج) آلکين د) همپار

۳- کدام فرآورده زير در سوختن کامل و ناقص يک آلکان توليد مي شود ؟

الف) C ب)Co ج)2Co د) H2O

۴- از سوختن يک مول از کدام آلکان هاي زير انرژي گرمايي بيشتري آزاد مي شود ؟

الف) متان ب) بوتان ج) اوکتان د) هپتان

۵- کداميک کاتاليزگر فرآيند کراکينگ است ؟

الف) SO2 ب) Fe3O4 ج) Fe2O3 د) AL2O3

۶- کدام هيدروکربن هاي زير در موتور خودروها بهتر مي سوزد ؟

الف) آلکان هاي راست زنجير ب) آلکن هاي راست زنجير ج) آلکان ها يشاخه دار د) هگزان و هپتان

۷- افزايش تترااتيل سرب چند عدد بر عع اوکتان بنزين اضافه مي کند ؟

الف) يک ب) دو ج) سه د) چهار

۸- دماي ذوب و جوش آلکان ها با افزايش جرم مولي .......... و گرانوري آنها .......... مي يابد .

الف) کاهش – کاهش ب) افزايش – افزايش ج) افزايش – کاهش د) کاهش افزايش

۹- وارد شدن عنصرها يديگر در ساختار هيدروکربن ها کدام ويژگي زير را به شدت تغيير مي دهد ؟

الف) دماي جوش ب) دماي ذوب ج) گرانوري د) واکنش پذيري

۱۰- تفاوت آلکان هاي راست زنجير باهم درکدام است ؟

الف) در تعداد اتم هاي کربن ب) در تعداد عامل (- CH2 - ) ج) در تعداد اتم هاي هيدروژن د) هر سه مورد درست است .

کليد سئوالات

سئوالات تشريحي

۱- به نظر شما چگونه مي توان تمام شدن نفت را که يک منبع تمديد ناپذير است به تاخير انداخت ؟ ۲- از بنزين ، گازوئيل و قير کداميک سرعيتر جاري مي شود ؟ ۳- منظور از برش نفتي چيست ؟ شرح دهيد ۴- عمل کراکنيک چيست و به چه منظور انجام مي شود ؟ ۵- چرا متان با اينکه فراوان تر از اتن (اتيلن ) است در صنايع پتروشيميايي بکار نمي رود ؟ ۶- انواع سوختن هيدروکربن ها را بنويسيد . ۷- ويژگي مهم آلکان ها چيست ؟ ۸- تفاوت هيدروکربن هاي سير شده و سير نشده در چيست ؟ ۹- براي ساختن ، چه چيزهايي را مي توان به جاي نفت جايگزين کرد ؟ ۱۰- واژه هاي زير را شرح دهيد . عدد اوکتان – فراورده ها يپتروشيمايي – گرانوري – هم پار – شيمي آلي – آلکان

نوشته شده توسط محمد صادق کریمی در چهارشنبه شانزدهم دی ۱۳۸۸ |

با سلام .به پایگاه دانلود رایگان مقالات شیمی خوش  آمدید . از این که  با نظرات خود ما را در هر چه بهتر ارائه کردن مقالات و خبر ها راهنمایی میفرمایید تشکر میکنیم .آماده تبادل لینک با کلیه وبلاگ ها و سایت های شیمی هستیم . سرافراز باشید .
محمد صادق کريمي

------------