--> Ïðèðîäíûé ãàç. Àëêàíû. Õèìèÿ 10 êëàññ. ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí.Èíòåðàêòèâíûå çàäàíèÿ

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Õèìèÿ 10 êëàññ. ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí

Óãëåâîäîðîäû è èõ ïðèðîäíûå èñòî÷íèêè

 


§ 3. Ïðèðîäíûé ãàç. Àëêàíû

Âî ââåäåíèè ìû îïðåäåëèëè îðãàíè÷åñêóþ õèìèþ êàê õèìèþ óãëåâîäîðîäîâ è èõ ïðîèçâîäíûõ.

Íàçâàíèå óãëåâîäîðîäû ãîâîðèò çà ñåáÿ: ýòî âåùåñòâà, ìîëåêóëû êîòîðûõ ñîñòîÿò èç àòîìîâ äâóõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ — óãëåðîäà è âîäîðîäà. Áëàãîäàðÿ óíèêàëüíîé ñïîñîáíîñòè àòîìîâ óãëåðîäà ñîåäèíÿòüñÿ äðóã ñ äðóãîì â öåïè ðàçëè÷íîé ôîðìû è äëèíû, òàêèõ ñîåäèíåíèé ñóùåñòâóåò âåëèêîå ìíîæåñòâî. Ïîýòîìó èõ äåëÿò íà êëàññû. Çíàêîìèòüñÿ ñ íåêîòîðûìè èç ýòèõ êëàññîâ ìû áóäåì ïî ìåðå èçó÷åíèÿ ïðèðîäíûõ èñòî÷íèêîâ óãëåâîäîðîäîâ: ïðèðîäíîãî ãàçà è íåôòè. È ýòî íå ñëó÷àéíî, èáî íàøà ñòðàíà çàíèìàåò îäíî èç âåäóùèõ ìåñò â ìèðå ïî çàïàñàì, äîáû÷å, ýêñïîðòó è ïåðåðàáîòêå óãëåâîäîðîäíîãî ñûðüÿ.

Ïðèðîäíûé ãàç

Íåôòü

Âìåñòå ñ òåì çíàíèå ýòîé òåìû ïðåäñòàâëÿåò îïðåäåëåííûé ïðîôåññèîíàëüíûé èíòåðåñ íå òîëüêî äëÿ õèìèêîâ, íî òàêæå äëÿ áóäóùèõ ãåîëîãîâ è ãåîãðàôîâ, þðèñòîâ è ýêîíîìèñòîâ, îáùåñòâîâåäîâ è ïîëèòîëîãîâ, èíæåíåðîâ è ýêîëîãîâ. Òîëüêî äåòàëüíîå âëàäåíèå ñèñòåìîé çíàíèé îá óãëåâîäîðîäíîì ñûðüå ïîçâîëèò ïðîôåññèîíàëüíî ñîñòîÿòüñÿ ñïåöèàëèñòàì, ñâÿçàííûì ñ ðàçâåäêîé, äîáû÷åé, òðàíñïîðòèðîâêîé è ïðîìûøëåííîé ïåðåðàáîòêîé ïðèðîäíîãî ãàçà (ðèñ. 8) è íåôòè (ðèñ. 9).

Ñîñòàâ ïðèðîäíîãî ãàçà

Ïðèðîäíûå èñòî÷íèêè óãëåâîäîðîäîâ ÿâëÿþòñÿ ñâÿçóþùèì çâåíîì ìåæãîñóäàðñòâåííûõ îòíîøåíèé â ïîëèòè÷åñêîé è ýêîíîìè÷åñêîé îáëàñòè è íåðåäêî ñëóæàò ïðè÷èíîé êîíôëèêòîâ è âîéí çà êîíòðîëü íàä ýòèìè èñòî÷íèêàìè.

Çíàêîìñòâî ñ èñòî÷íèêàìè óãëåâîäîðîäîâ ìû íà÷íåì ñ ïðèðîäíîãî ãàçà. Ýòî ïîëåçíîå èñêîïàåìîå — âàæíåéøèé âèä òîïëèâà è ñûðüå äëÿ õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, ïîñêîëüêó èìååò ðÿä äîñòîèíñòâ:

  • ýòî ñàìûé äåøåâûé âèä òîïëèâà;
  • îáëàäàåò âûñîêîé òåïëîòâîðíîé ñïîñîáíîñòüþ;
  • ëåãêî òðàíñïîðòèðóåòñÿ ïî ãàçîïðîâîäàì;
  • ÿâëÿåòñÿ ýêîëîãè÷åñêè áîëåå ÷èñòûì âèäîì òîïëèâà ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè.

    Ïðèðîäíûé ãàç — ýòî ñìåñü ãàçîîáðàçíûõ óãëåâîäîðîäîâ ñ íåáîëüøîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé. Îñíîâíûì êîìïîíåíòîì ïðèðîäíîãî ãàçà ÿâëÿåòñÿ ìåòàí, äîëÿ êîòîðîãî â çàâèñèìîñòè îò ìåñòîðîæäåíèÿ ñîñòàâëÿåò îò 75 äî 99% ïî îáúåìó. Êðîìå ìåòàíà, â ñîñòàâ ïðèðîäíîãî ãàçà âõîäÿò ýòàí, ïðîïàí, áóòàí è èçîáóòàí, à òàêæå àçîò è óãëåêèñëûé ãàç (ðèñ. 10).

    Êàê âû óæå çíàåòå, ìåòàí, ýòàí, ïðîïàí, áóòàí ÿâëÿþòñÿ ïåðâûìè ÷åòûðüìÿ ÷ëåíàìè ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ — àëêàíîâ.

    Ñâîå íàçâàíèå «ïðåäåëüíûå óãëåâîäîðîäû» àëêàíû ïîëó÷èëè ïîòîìó, ÷òî âñå âàëåíòíîñòè àòîìîâ óãëåðîäà â ýòèõ ìîëåêóëàõ íàñûùåíû àòîìàìè âîäîðîäà äî ïðåäåëà.

    Ìîäåëü ìîëåêóëû ìåòàíà

    Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà àëêàíîâ çàâèñÿò îò ñîñòàâà èõ ìîëåêóë, ò. å. îò îòíîñèòåëüíîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññû, ÷òî íàãëÿäíî èëëþñòðèðóåò òàáëèöà 2. Íåòðóäíî çàìåòèòü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì îòíîñèòåëüíîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññû ó àëêàíîâ óâåëè÷èâàþòñÿ òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ è ïëîòíîñòü, à òàêæå èçìåíÿåòñÿ àãðåãàòíîå ñîñòîÿíèå: ïåðâûå ÷åòûðå àëêàíà — ãàçîîáðàçíûå âåùåñòâà, ñëåäóþùèå îäèííàäöàòü — æèäêîñòè, à íà÷èíàÿ ñ ãåêñàäåêàíà — òâåðäûå âåùåñòâà.

    Ìîëåêóëà ïåðâîãî ÷ëåíà ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà àëêàíîâ — ìåòàíà — èìååò òåòðàýäðè÷åñêîå ñòðîåíèå, ò. å. ôîðìó ïðàâèëüíîé ïèðàìèäû (ðèñ. 11).

    Ìåòàí íå èìååò çàïàõà, ïîýòîìó äëÿ òîãî, ÷òîáû îáíàðóæèòü óòå÷êó áûòîâîãî ãàçà, îñíîâó êîòîðîãî è ñîñòàâëÿåò ìåòàí, ê íåìó äîáàâëÿþò ðåçêî ïàõíóùèå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ.

    Åñëè âû ïî÷óâñòâóåòå òàêîé çàïàõ, çíà÷èò, ïðîèñõîäèò óòå÷êà ãàçà è íåîáõîäèìî ñðî÷íî çâîíèòü â àâàðèéíóþ ñëóæáó ãîðãàçà ïî òåëåôîíó 04 èëè â ñëóæáó Ì×Ñ ïî òåëåôîíó 01.

    Àëêàíû íîðìàëüíîãî ñòðîåíèÿ

    Ïåðâûå ÷åòûðå ÷ëåíà ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà ìåòàíà ïîëó÷èëè òðèâèàëüíûå, èñòîðè÷åñêè ñëîæèâøèåñÿ íàçâàíèÿ. Îñíîâîé íàçâàíèÿ ñëåäóþùèõ àëêàíîâ íîðìàëüíîãî ñòðîåíèÿ ñòàëè ãðå÷åñêèå ÷èñëèòåëüíûå.

    Òàê êàê, íà÷èíàÿ ñ áóòàíà, ó êàæäîãî àëêàíà ñ ëèíåéíîé öåïüþ ïîÿâëÿþòñÿ èçîìåðû ñ ðàçâåòâëåííûì óãëåðîäíûì ñêåëåòîì, âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü âûðàáîòàòü ñèñòåìó èõ íàçâàíèé. Òàêàÿ ñèñòåìà áûëà ðàçðàáîòàíà Ìåæäóíàðîäíûì ñîþçîì òåîðåòè÷åñêîé è ïðèêëàäíîé õèìèè (ÈÞÏÀÊ) è ïîëó÷èëà íàçâàíèå ìåæäóíàðîäíîé íîìåíêëàòóðû ÈÞÏÀÊ.

    Äëÿ ñîñòàâëåíèÿ íàçâàíèé îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ ïî íîìåíêëàòóðå ÈÞÏÀÊ íåîáõîäèìî çíàòü ôîðìóëû è íàçâàíèÿ ðàäèêàëîâ è äðóãèõ çàìåñòèòåëåé (íàïðèìåð, ãàëîãåíîâ). Ðàäèêàë — ýòî îäíîâàëåíòíàÿ ÷àñòèöà, êîòîðàÿ ïîëó÷àåòñÿ ïðè îòùåïëåíèè îò ìîëåêóëû àëêàíà àòîìà âîäîðîäà, ò. å. ÷àñòèöà, ñîäåðæàùàÿ íåñïàðåííûé ýëåêòðîí. Íàçâàíèå ðàäèêàëà ïðîèñõîäèò îò íàçâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî àëêàíà ñ çàìåíîé ñóôôèêñà íà ñóôôèêñ (ñì. òàáë. 2).

    Â ñîîòâåòñòâèè ñ ìåæäóíàðîäíîé íîìåíêëàòóðîé ñëåäóåò ïðèäåðæèâàòüñÿ ñëåäóþùèõ ïðàâèë ïðè ñîñòàâëåíèè íàçâàíèÿ àëêàíîâ.

    1. Â ñòðóêòóðíîé ôîðìóëå âûáèðàþò ñàìóþ äëèííóþ öåïü àòîìîâ óãëåðîäà (ãëàâíóþ öåïü).

    2. Àòîìû óãëåðîäà ãëàâíîé öåïè íóìåðóþò, íà÷èíàÿ ñ òîãî êîíöà, ê êîòîðîìó áëèæå ðàçâåòâëåíèå.

    3.  íà÷àëå íàçâàíèÿ ïåðå÷èñëÿþò ðàäèêàëû è äðóãèå çàìåñòèòåëè ñ óêàçàíèåì íîìåðîâ àòîìîâ óãëåðîäà, ñ êîòîðûìè îíè ñâÿçàíû. Åñëè â ìîëåêóëå ïðèñóòñòâóåò íåñêîëüêî îäèíàêîâûõ ðàäèêàëîâ (äâà, òðè, ÷åòûðå è ò. ä.), òî öèôðîé óêàçûâàþò ìåñòî êàæäîãî èç íèõ â ãëàâíîé öåïè è ïåðåä èõ íàçâàíèåì ñòàâÿò ñîîòâåòñòâåííî ÷àñòèöû äè-, òðè-, òåòðà- è ò. ä.

    4. Îñíîâîé íàçâàíèÿ ñëóæèò íàèìåíîâàíèå ïðåäåëüíîãî óãëåâîäîðîäà ñ òåì æå ÷èñëîì àòîìîâ óãëåðîäà, ÷òî è â ãëàâíîé öåïè.

    Ïðèâåäåì ïðèìåðû ñîñòàâëåíèÿ íàçâàíèé àëêàíîâ.

    Ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå ïðèðîäíîãî ãàçà, â îñíîâå êîòîðîãî ëåæàò õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà îòäåëüíûõ àëêàíîâ, â ïåðâóþ î÷åðåäü ìåòàíà.

    Îñíîâíûì õèìè÷åñêèì ñâîéñòâîì ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ, îïðåäåëÿþùèì èõ èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå òîïëèâà (ðèñ. 12), ÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ ãîðåíèÿ:

    Ïðèìåíåíèå àëêàíîâ â êà÷åñòâå òîïëèâà

     îáùåì ñëó÷àå óðàâíåíèå ðåàêöèè ãîðåíèÿ ëþáîãî óãëåâîäîðîäà, èìåþùåãî ñîñòàâ ÑxÍy, ìîæíî çàïèñàòü â ñëåäóþùåì âèäå:

    Îäíàêî ïðèðîäíûé ãàç — ýòî íå òîëüêî òîïëèâî, íî è öåííîå õèìè÷åñêîå ñûðüå (ðèñ. 13). Åãî ïåðåðàáîòêà îñíîâàíà íà äðóãèõ õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ àëêàíîâ.

    Äëÿ àëêàíîâ, êàê äëÿ ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ, íàèáîëåå õàðàêòåðíû ðåàêöèè çàìåùåíèÿ.

    Ïðèìåíåíèå ìåòàíà

    Òàê, àòîìû âîäîðîäà â ìîëåêóëå ìåòàíà ñïîñîáíû ïîñëåäîâàòåëüíî çàìåùàòüñÿ íà àòîìû ãàëîãåíîâ, íàïðèìåð õëîðà:

    Ðåàêöèÿ ãàëîãåíèðîâàíèÿ ìåòàíà ïðîòåêàåò ïî öåïíîìó ðàäèêàëüíîìó ìåõàíèçìó (ò. å. ñ îáðàçîâàíèåì ÷àñòèö, ñîäåðæàùèõ íåïàðíûé ýëåêòðîí) è ñîñòîèò èç ðÿäà ïîâòîðÿþùèõñÿ ñòàäèé:

    à) íà÷àëî öåïè, ïðîòåêàåò ïîä äåéñòâèåì ñâåòà è íàçûâàåòñÿ ñâåòîâîé ñòàäèåé: îáðàçóþòñÿ àòîìû õëîðà, èìåþùèå íåñïàðåííûå ýëåêòðîíû (ñâîáîäíûå ðàäèêàëû):

    á) ðîñò öåïè, ìîæåò ïðîòåêàòü â îòñóòñòâèå ñâåòà è íàçûâàåòñÿ òåìíîâîé ñòàäèåé:

    â) îáðûâ öåïè, çàêëþ÷àåòñÿ â ðåêîìáèíàöèè (ñîåäèíåíèè) äâóõ êàêèõ-ëèáî ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ:

    Çà èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà öåïíûõ ðàäèêàëüíûõ ðåàêöèé âûäàþùèéñÿ ñîâåòñêèé ôèçèêîõèìèê Í. Í. Ñåìåíîâ (1896—1986) ïîëó÷èë Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ.

    Îáðàçóþùèåñÿ â ýòèõ ðåàêöèÿõ ñîåäèíåíèÿ øèðîêî èñïîëüçóþò êàê ðàñòâîðèòåëè, èñõîäíûå âåùåñòâà â îðãàíè÷åñêèõ ñèíòåçàõ, õëàäàãåíòû (ôðåîíû) â õîëîäèëüíûõ óñòàíîâêàõ.

    Ìåòàí âñòóïàåò â ðåàêöèè ïîëíîãî è íåïîëíîãî ðàçëîæåíèÿ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé ïðîâåäåíèÿ ðåàêöèè.

    Ïðè òåìïåðàòóðå 1000 °Ñ ïðîèñõîäèò ïîëíîå ðàçëîæåíèå ìåòàíà. Ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ ñàæà è âîäîðîä:

    Ñàæà èäåò íà èçãîòîâëåíèå òèïîãðàôñêîé êðàñêè è êàðòðèäæåé äëÿ ïðèíòåðîâ, à âîäîðîä, íàïðèìåð, äëÿ ïðîèçâîäñòâà àììèàêà.

    Íåïîëíîå ðàçëîæåíèå ìåòàíà ïðîâîäÿò ïðè òåìïåðàòóðå 1500 °Ñ è ðåçêîì îõëàæäåíèè ïðîäóêòîâ ðåàêöèè.  ðåçóëüòàòå ýòîãî ïðîöåññà ïîëó÷àþò âàæíûé óãëåâîäîðîä — àöåòèëåí Ñ2Í2, à òàêæå âîäîðîä:

    Â ïðèñóòñòâèè êàòàëèçàòîðîâ îò ìîëåêóë àëêàíîâ îòùåïëÿþòñÿ ìîëåêóëû âîäîðîäà.

    Íàïðèìåð, äåãèäðèðîâàíèåì ýòàíà ïîëó÷àþò ýòèëåí — öåííûé õèìè÷åñêèé ïðîäóêò:

    Ýòèëåí è ðàññìîòðåííûé âûøå àöåòèëåí îòíîñÿò ê íåïðåäåëüíûì óãëåâîäîðîäàì — àëêåíàì è àëêèíàì. Ñëåäóþùèé ïàðàãðàô áóäåò ïîñâÿùåí àëêåíàì — ýòèëåíó è åãî ãîìîëîãàì.

    çàäàíèÿ

    1. Óêàæèòå âàæíåéøèå ìåñòîðîæäåíèÿ ïðèðîäíîãî ãàçà â Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè. Íàéäèòå èõ íà êàðòå ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ íàøåé ñòðàíû, âîñïîëüçîâàâøèñü ãåîãðàôè÷åñêèì àòëàñîì.

    2. Íàçîâèòå èçâåñòíûå âàì ìåæäóíàðîäíûå âîîðóæåííûå êîíôëèêòû, êîòîðûå ñâÿçàíû ñ êîíòðîëåì íàä ïðèðîäíûìè èñòî÷íèêàìè óãëåâîäîðîäîâ.

    3. Ïðèâåäèòå ïðèìåðû èíòåãðàöèè ýêîíîìèê ðàçëè÷íûõ ñòðàí, îñíîâó êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò èñïîëüçîâàíèå ïðèðîäíîãî ãàçà.

    4. Ïîäãîòîâüòå ðàññêàç î òîì, êàê ñâÿçàíû çíàíèÿ ïî õèìèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âàøåé áóäóùåé ïðîôåññèåé.

    5. Íàçîâèòå ïðåèìóùåñòâà ïðèðîäíîãî ãàçà ïåðåä äðóãèìè âèäàìè òîïëèâà.

    6. Ïðîèëëþñòðèðóéòå çàêîí ïåðåõîäà êîëè÷åñòâåííûõ îòíîøåíèé â êà÷åñòâåííûå íà ïðèìåðå ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà àëêàíîâ.

    7. Íàçîâèòå óãëåâîäîðîäû, ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû êîòîðûõ:

    8. Äëÿ óãëåâîäîðîäà, ñòðóêòóðíàÿ ôîðìóëà êîòîðîãî

    íàïèøèòå ôîðìóëû âîçìîæíûõ èçîìåðîâ. Íàçîâèòå âñå ñîåäèíåíèÿ ïî ìåæäóíàðîäíîé íîìåíêëàòóðå ÈÞÏÀÊ.

    9. Óêàæèòå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ìåòàíà, â îñíîâå êîòîðûõ ëåæèò ðåàêöèÿ ãîðåíèÿ.

    10. Óêàæèòå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ âåùåñòâ, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ïîëíîì è íåïîëíîì ðàçëîæåíèè ìåòàíà.

    11. Óêàæèòå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ñîåäèíåíèé, îáðàçóþùèõñÿ â ðåàêöèÿõ ìåòàíà ñ õëîðîì.

    12. Âû÷èñëèòå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðàÿ âûäåëèòñÿ ïðè ñãîðàíèè 11,2 ì3 ìåòàíà (í. ó.), åñëè òåðìîõèìè÷åñêîå óðàâíåíèå ðåàêöèè åãî ãîðåíèÿ


     

  •  




    Ñîäåðæàíèå

    !-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
    . Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->