A szerves anyag fontos szerepet játszik aa mi életünk. Ezek a fő alkotóelemei azoknak a polimereknek, amelyek mindenütt körülvesznek minket: műanyag zacskók, gumi és sok más anyag. A polipropilén nem ebben a sorban az utolsó lépés. Különböző anyagokban is megtalálható, és számos iparágban használják, például az építőiparban, háztartási célokra használják műanyag poharak és egyéb apró (de nem gyártási méretben) igények kielégítésére. Mielőtt egy olyan folyamatról beszélnénk, mint a propilén hidratálása (aminek köszönhetően egyébként izopropil-alkoholt kaphatunk), térjünk rá az ipar számára szükséges anyag felfedezésének történetére.
történet
Mint ilyen, a propilénnek nincs nyitási dátuma.Polimerjét - polipropilént - azonban 1936-ban, a híres német vegyész, Otto Bayer fedezte fel. Természetesen elméletileg ismert volt, hogyan lehet ilyen fontos anyagot beszerezni, de a gyakorlatban erre nem volt lehetőség. Ez csak a huszadik század közepén volt lehetséges, amikor Ziegler és Nutt német és olasz vegyészek felfedeztek egy telítetlen (egy vagy többszörös kötéssel rendelkező) szénhidrogének polimerizációs katalizátorát, amelyet később Ziegler-Natta katalizátornak neveztek. Eddig a pontig teljesen lehetetlen volt az ilyen anyagok polimerizációs reakcióját végrehajtani. Ismertek voltak a polikondenzációs reakciók, amikor az anyagokat katalizátor hatása nélkül polimer láncba egyesítették, így mellékanyagokat képezve. De ezt telítetlen szénhidrogénekkel nem lehetne megtenni.
Egy másik fontos folyamat, amely ehhez kapcsolódikanyag volt a hidratációja. Azokban az években, amikor először használták, sok propilén volt. És mindez a különböző olaj- és gázfeldolgozó vállalatok által a propén kinyerésére kitalált módszereknek köszönhető (ezt néha a leírt anyagnak is nevezik). Az olaj krakkolásakor melléktermék volt, és amikor kiderült, hogy származéka, az izopropil-alkohol az alapja az emberiség számára hasznos anyagok szintézisének, sok vállalat, például a BASF, szabadalmaztatta az előállítási módszerét. és megkezdte a tömeges kereskedelmet ezzel a vegyülettel. A propilén hidratálását a polimerizáció előtt tesztelték és alkalmazták, ezért az acetont, a hidrogén-peroxidot, az izopropil-amint a polipropilén előtt kezdték termelni.
A propén és az olaj elválasztásának folyamata nagyon érdekes. Neki fordulunk most.
Propilén izolálása
Valójában a fő elméleti értelmébencsak egy módszer létezik: az olaj és a kapcsolódó gázok pirolízise. De a technológiai megvalósítás csak tenger. A helyzet az, hogy minden vállalat egyedi módszer megszerzésére törekszik, és szabadalommal védi azt, míg más hasonló cégek is keresik a maguk módját, hogy továbbra is nyújtsák és értékesítsék a propént nyersanyagként, vagy különféle termékekké alakítsák.
Pirolízis ("pyro" - tűz, "liz" - pusztulás) -kémiai folyamat egy bonyolult és nagy molekula bomlására kisebbekké magas hőmérséklet és katalizátor hatására. Az olaj, mint tudják, szénhidrogének keveréke, könnyű, közepes és nehéz frakciókból áll. Az elsőtől kezdve a legkisebb molekulatömegű propént és etánt pirolízissel kapjuk. Ezt a folyamatot speciális kemencékben hajtják végre. A legfejlettebb gyártó vállalatoknál ez a folyamat technológiai szempontból eltér: vannak, akik hőhordozóként homokot, mások kvarcot, mások kokszot használnak; A kemencéket felépítésük szerint is feloszthatja: vannak csöves és hagyományos - ahogy nevezik - reaktorok.
De a pirolízis folyamata lehetővé teszi a megszerzésétnem kellően tiszta propén, mivel rajta kívül rengeteg szénhidrogén képződik ott, amelyeket aztán meglehetősen energiaigényes módszerekkel kell elválasztani. Ezért a későbbi hidratáláshoz tisztább anyag előállításához az alkánok dehidrogénezését is alkalmazzuk: esetünkben propánt. A polimerizációhoz hasonlóan a fenti folyamat sem csak megtörténik. A telített szénhidrogén molekulából a hidrogén eltávolítása katalizátorok hatására történik: háromértékű króm-oxid és alumínium-oxid.
Nos, mielőtt áttérnénk a hidratációs folyamat történetére, térjünk át telítetlen szénhidrogénünk szerkezetére.
A propilén szerkezetének jellemzői
Maga a Propen csak a sorozat második tagjaalkének (egy kettős kötéssel rendelkező szénhidrogének). Könnyedségét tekintve csak az etilén után áll (amelyből, mint azt sejteni lehet, polietilént készítenek - ez a világ legnagyobb tömegű polimerje). Normál állapotában a propén gáz, hasonlóan az alkáncsaládból származó "rokonához", a propán.
De a lényeges különbség a propán és a propén között benne vanaz a tény, hogy utóbbi összetételében kettős kötés van, amely gyökeresen megváltoztatja kémiai tulajdonságait. Lehetővé teszi, hogy a telítetlen szénhidrogénmolekulához más anyagokat kapcsoljon, így teljesen eltérő tulajdonságú vegyületek keletkeznek, amelyek gyakran nagyon fontosak az ipar és a mindennapi élet szempontjából.
Itt az ideje, hogy beszéljünk a reakcióelméletről,amelynek valójában ezt a cikket szentelik. A következő szakaszban megtudhatja, hogy a propilén hidratálásakor az egyik iparilag legfontosabb termék képződik, valamint hogy hogyan történik ez a reakció és milyen árnyalatai vannak.
Hidratációs elmélet
Először térjünk át egy általánosabb folyamatra -szolvatáció - amely magában foglalja a fent leírt reakciót is. Ez egy kémiai átalakulás, amely oldószermolekulák kapcsolódását jelenti az oldott anyag molekuláihoz. Ugyanakkor új molekulákat vagy úgynevezett szolvátokat alkothatnak, - részecskék, amelyek egy oldott anyag és egy oldószer molekuláiból állnak, elektrosztatikus kölcsönhatással összekapcsolva. Csak az első típusú anyagok érdekelnek minket, mert a propilén hidratálása során elsősorban ez a termék képződik.
A fent leírt módon szolvatálva a molekulákaz oldószert az oldott anyaghoz kötjük, új vegyületet kapunk. A szerves kémia területén a hidratálás során túlnyomórészt alkoholok, ketonok és aldehidek képződnek, de számos más eset is előfordul, például a glikolok képződése, de ezekhez nem nyúlunk. Valójában ez a folyamat nagyon egyszerű, ugyanakkor meglehetősen bonyolult.
Hidratációs mechanizmus
A kettős kötés köztudottan kettőből állaz atomok kapcsolatának típusai: p- és sigma-kötések. A hidratációs reakcióban a pi-kötés mindig először szakad meg, mivel kevésbé erős (alacsonyabb a kötési energiája). Ha megszakad, két szomszédos szénatomnál két üres pálya képződik, amelyek új kötéseket alkothatnak. A vízmolekula, amely két részecske formájában van jelen oldatban: egy hidroxidion és egy proton, képes megszakadt kettős kötéssel kapcsolódni. Ebben az esetben a hidroxidion a központi szénatomhoz kapcsolódik, a proton pedig a második, szélső atomhoz. Tehát, ha a propilént hidratálják, akkor főleg propanol 1 vagy izopropil-alkohol képződik. Ez egy nagyon fontos anyag, mivel oxidációja révén aceton keletkezhet, amelyet világunkban széles körben használnak. Azt mondtuk, hogy túlnyomórészt kialakul, de ez nem teljesen igaz. Ezt kell mondanom: az egyetlen termék, amely a propilén hidratálása során képződik, és ez az izopropil-alkohol.
Ez természetesen az összes finomság. Valójában mindent sokkal könnyebb leírni. És most megtudjuk, hogyan rögzítik az iskolai tanfolyamon egy ilyen folyamatot, például a propilén hidratálását.
Reakció: hogyan történik
A kémia területén szokás mindent egyszerűen jelölni:a reakcióegyenletek felhasználásával. Tehát a tárgyalt anyag kémiai átalakulása így írható le. A propilén hidratálása, amelynek reakcióegyenlete nagyon egyszerű, két szakaszban zajlik. Először megszakad a pi-kötés, amely a kettős része. Ezután egy vízmolekula két részecske, egy hidroxid-anion és egy hidrogén-kation formájában, megközelíti a propilénmolekulát, amelynek jelenleg két szabad helye van a kötések kialakulásához. A hidroxidion kötést képez a kevésbé hidrogénezett szénatommal (vagyis azzal, amelyhez kevesebb hidrogénatom kapcsolódik), illetve a proton a fennmaradó szélsővel. Így egyetlen terméket kapunk: a telített egyértékű alkohol izopropanolt.
Hogyan rögzíti a reakciót?
Most megtanuljuk, hogyan kell kémiai nyelven leírni a reakciót, amely olyan folyamatot tükröz, mint a propilén hidratációja. A számunkra hasznos formula: CH2 = CH - CH3... Ez az eredeti anyag - propén - képlete.Amint láthatja, kettős kötése van, amelyet a "=" jel jelöl, és ezen a ponton kapcsolódik a víz, amikor a propilént hidratálják. A reakcióegyenlet így írható: CH2 = CH - CH3 + H2O = CH3 - CH (OH) - CH3... A zárójelben lévő hidroxilcsoport azt jelentiez a rész nem a képlet síkjában van, hanem alatta vagy fölött. Itt nem tudjuk megmutatni a középső szénatomtól a három csoport közötti szöget, de tegyük fel, hogy ezek megközelítőleg egyenlőek egymással és 120 fokot jelentenek.
Hol alkalmazható?
Már mondtuk, hogy amit a reakció során kapunkaz anyagot aktívan használják más számunkra létfontosságú anyagok szintéziséhez. Szerkezetében nagyon hasonlít az acetonhoz, ettől csak abban különbözik, hogy a hidroxilcsoport helyett egy ketocsoport található (vagyis oxigénatom kettős kötéssel kapcsolódik a nitrogénatomhoz). Mint tudják, magát az acetont oldószerekben és lakkokban használják, de emellett reagensként használják összetettebb anyagok, például poliuretánok, epoxigyanták, ecetsavanhidrid stb. További szintéziséhez.
Acetontermelési reakció
Úgy gondoljuk, hogy hasznos lenne leírni az átalakulástizopropil-alkohol acetonhoz, különösen azért, mert ez a reakció nem annyira bonyolult. Először is, a propanolt elpárologtatják és oxigénnel oxidálják 400-600 Celsius fokon egy speciális katalizátoron. Nagyon tiszta terméket kapunk, ha a reakciót ezüstrácson hajtjuk végre.
Reakcióegyenlet
Nem térünk ki a propanol acetonná történő oxidációjának reakciómechanizmusának részleteire, mivel az nagyon összetett. A szokásos kémiai átalakulási egyenletre szorítkozunk: CH3 - CH (OH) - CH3 + O2 = CH3 - C (O) - CH3 + H2A. Amint láthatja, a diagramban minden meglehetősen egyszerű, de érdemes elmélyülni a folyamatban, és számos nehézséggel kell szembenéznünk.
következtetés
Tehát elemeztük a propilén és a hidratálás folyamatáttanulmányozta a reakció egyenletét és annak menetét. A figyelembe vett technológiai elvek alapozzák meg a termelés valós folyamatait. Mint kiderült, nem túl nehézek, de valódi előnyökkel járnak mindennapjaink szempontjából.
