Физические свойства и состав нефти.
Нефть– маслянистая горючая жидкость обычно темного цвета со своеобразным запахом; она немного легче воды и в воде не растворяется.
Особенности опыта, которые позволяют убедиться, что нефть – это смесь углеводородов.
1. Если нагревать ее в приборе, то можно заметить, что перегоняется она не при определенной температуре, что характерно для индивидуальных веществ, а в широком интервале температур.
2. Сначала при умеренном нагревании перегоняются преимущественно вещества с небольшой молекулярной массой, обладающие более низкой температурой кипения, затем при более высокой температуре начинают перегоняться вещества с большей молекулярной массой.
3. Состав нефтей неодинаков.
Но все они обычно содержат три вида углеводородов – парафины (преимущественно нормального строения), циклопарафины (нафтены) и ароматические, хотя соотношение этих углеводородов в нефтях различных месторождений бывает разное.
Например, нефть Мангышлака богата предельными углеводородами, нефть в районе Баку – циклопарафинами.
4. Помимо углеводородов, в меньших количествах в нефти содержатся органические соединения, в состав которых входят кислород, азот, сера и другие элементы. Имеются и высокомолекулярные соединения в виде смол и асфальтовых веществ.
5. Всего нефть содержит сотни различных соединений.
Нефтепродукты и их применение.
1. Так как нефть – смесь углеводородов различной молекулярной массы, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой ее разделяют на отдельные фракции (дистилляты), из которых получают бензин, содержащий углеводороды, кипящие в интервале от 40 до 200 °C; лигроин, содержащий углеводороды с температурой кипения от 150 до 250 °C; керосин, включающий углеводороды C12—C18 с температурой кипения от 180 до 300 °C, и далее – газойль.
Это так называемые светлые нефтепродукты.
2. Бензин применяется в качестве горючего для автомашин и самолетов с поршневыми двигателями.
3. Он используется также как растворитель масел, каучука, для очистки тканей и т. д.
4. Лигроин является горючим для тракторов.
5. Керосин – горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
Газойль («солярка») используется в качестве горючего для дизелей.
После отгонки из нефти светлых продуктов остается вязкая черная жидкость – мазут. Из него путем дополнительной перегонки получают смазочные масла: автотракторные, авиационные, дизельные и др.
6. Кроме переработки на смазочные масла, мазут подвергается химической переработке на бензин, а также применяется как жидкое топливо в котельных установках.
Крекинг нефтепродуктов
Крекинг нефтепродуктов представляет собой дополнительный источник получения бензина.
Если крупные молекулы углеводородов при сильном нагревании разлагаются на более мелкие, значит, таким путем могут быть получены молекулы, отвечающие бензиновой фракции.
Опыт этого явления.
1. В нагреваемую на сильном пламени железную трубку впускаются из воронки по каплям керосин или смазочное масло.
2. Вскоре в U-образной трубке будет собираться жидкость.
3. В цилиндре над водой собирается газ.
4. Это признак того, что в трубке идет химическая реакция.
5. Такой вывод может быть подтвержден и испытанием полученных продуктов.
6. И жидкость, и газ обесцвечивают бромную воду, тогда как исходный продукт, если он был достаточно очищен, не обесцвечивает ее.
Результаты опыта объясняются тем, что:
1) при нагревании произошел распад углеводородов, например: С16Н34 (гексадекан) → С8Н18 (октан) + С8Н16 (октен);
2) образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов меньшей молекулярной массы, соответствующая бензину;
3) получившиеся вещества частично могут разлагаться далее, например:
С8Н18 → С4H10 + С4Н8;
С4H10 → С2Н6 + С2Н4;
С4H10 → С3Н6 + СН4;
4) подобные реакции приводят к образованию газообразных веществ, которые также обнаруживаются в опыте;
5) разложение углеводородов под действием высокой температуры идет через образование свободных радикалов. Рассмотрим этот процесс на примере пентана;
6) под влиянием сильного нагревания химические связи в молекуле становятся менее прочными, какие-то из них разрываются с образованием свободных радикалов:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН3 → СН3-СН2-СН2· + ·СН2-СН3.
Частицы с неспаренными электронами должны стабилизироваться.
Это может происходить по-разному,например:
а) в одних из них установится двойная связь в результате отщепления атома водорода от соседнего атома углерода:
СН3… СН2 → СН2=СН2 + Н;
б) в других, наоборот, происходит присоединение атомов водорода к свободным радикалам:
СН3-СН2-СН2· + Н· → СН3-СН2-СН3.
Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества называется крекингом(англ. cracking – расщепление).