Hidracija propilena: reakcijska enačba

Ekološke zadeve imajo v našem življenju pomembno mesto. So glavna sestavina polimerov, ki nas obdajajo povsod: to so plastične vrečke in gume, pa tudi številni drugi materiali. Polipropilen ni zadnji korak v tej vrstici. Je tudi del raznovrstnih materialov in se uporablja v številnih panogah, kot so gradbeništvo, gospodinjska uporaba kot material za plastične skodelice in druge majhne (vendar ne v proizvodne skale) potrebe. Preden se pogovorimo o postopku, kot je hidratacija propilena (zahvaljujoč, mimogrede, lahko dobimo izopropil alkohol), se obrnemo na zgodovino odkrivanja tega, kar je potrebno za industrijsko snov.

Zgodovina

Kot tak, datum odkritja ni propilen. Vendar pa je njegov polimer, polipropilen, dejansko odkril leta 1936 znani nemški kemik Otto Bayer. Seveda je bilo teoretično znano, kako bi lahko dobili tako pomemben material, vendar v praksi to ni bilo mogoče. To je bilo mogoče le sredi dvajsetega stoletja, ko so nemški in italijanski kemiki Ziegler in Nutt odkrili katalizator za polimerizacijo nenasičenih ogljikovodikov (ki imajo eno ali več večkratnih vezi), kar je kasneje imenovalo katalizator Ziegler-Natta. Do te točke je bilo nemogoče narediti reakcijo polimerizacije teh snovi. Reakcije polikondenzacije so bile znane, če so bile snovi brez kombinacije katalizatorja združene v polimerni verigi, s čimer so nastali stranski produkti. Toda to ni bilo mogoče narediti z nenasičenimi ogljikovodiki .

Drug pomemben proces, povezan s to snovjo, je bila njegova hidracija. Propilen v letih njegove uporabe je bil precej velik. In vse to zahvaljujoč izmišljenim različnim podjetjem za predelavo nafte in plina načinov sušenja propena (to se včasih imenuje tudi opisana snov). Ko je nastalo olje, je bil to stranski proizvod, in ko se je izkazalo, da je njegov derivat, izopropil alkohol, osnova za sintezo številnih uporabnih snovi za človeštvo, je veliko podjetij, kot je BASF, patentiralo način proizvodnje in začelo množično trgovanje s to spojino. Hidracijo propilena smo testirali in nanosili pred polimerizacijo, zato smo pred polipropilenom začeli proizvajati aceton, vodikov peroksid, izopropilamin.

Zelo zanimiv proces je ločevanje propena iz nafte. Za njega se zdaj obračamo.

Izolacija propilena

Dejansko je v teoretični razlagi glavna metoda le en proces: piroliza olja in povezanih plinov. Toda tehnološke izvedbe so samo morje. Dejstvo je, da vsaka družba skuša pridobiti edinstveno metodo in jo zaščititi s patentom, medtem ko druge podobne družbe iščejo svoje načine, da še vedno proizvajajo in prodajajo propen kot surovine ali jih spreminjajo v različne izdelke.

Piroza ("piro" - požar, "liza" - uničenje) je kemični proces razpadanja kompleksne in velike molekule na manjše pod vplivom visoke temperature in katalizatorja. Olje, kot je znano, je mešanica ogljikovodikov in je sestavljena iz lahkih, srednjih in težkih frakcij. Od prvih, najbolj nizko molekularnih, in dobili pirolizo propene in etana. Ta postopek izvedite v posebnih pečicah. Med najbolj naprednimi proizvajalci je ta postopek tehnološko drugačen: nekateri uporabljajo pesek kot hladilno sredstvo, drugi - kremen, drugi - koks; Peči lahko tudi razdelimo glede na njihovo strukturo: obstajajo cevni in konvencionalni reaktorji, kot se imenujejo.

Toda proces pirolize omogoča pridobivanje premalo čistega propena, saj poleg tega nastane ogromno število ogljikovodikov, ki jih je treba nato ločiti z energijsko zahtevnimi metodami. Zato za pridobivanje čistejše snovi za nadaljnjo hidracijo uporabimo tudi dehidrogeniranje alkanov: v našem primeru propane. Tako kot polimerizacija se zgornji postopek pravkar ne zgodi. Odstranjevanje vodika iz mehkužca končnega ogljikovodika se pojavi pod vplivom katalizatorjev: trivalentni kromov oksid in aluminijev oksid.

No, preden se lotimo zgodbe o tem, kako se poteka proces hidratacije, poglejmo strukturo našega nenasičenega ogljikovodika.

Značilnosti strukture propilena

Sama propena je samo drugi član vrste alkenov (ogljikovodiki z eno dvojno vezjo). Po svoji lahkotnosti je druga samo za etilen (iz katerega, kot verjetno mislite, je polietilen največji polimer na svetu). V običajnem stanju je propanski plin, tako kot njegov "relativni" iz družine alkana, propan.

Ampak bistvena razlika med propanom in propenom je, da ima slednja dvojno vez v svoji sestavi, kar bistveno spreminja svoje kemijske lastnosti. Omogoča povezovanje drugih snovi z molekulo nenasičenega ogljikovodika, kar povzroči spojine s popolnoma različnimi lastnostmi, ki so pogosto zelo pomembne za industrijo in vsakdanje življenje.

Čas je, da se pogovorimo o teoriji reakcije, ki je v resnici ta članek namenjen. V naslednjem poglavju boste izvedeli, da se pri hidratiranju propilena oblikuje eden od najbolj industrijsko pomembnih izdelkov, kako se ta reakcija pojavi in kakšne nianse so tam.

Teorija hidracije

Najprej se obrnemo na bolj splošen proces - solvation - ki vključuje tudi zgoraj opisano reakcijo. Ta kemijska transformacija, ki sestoji iz vezave molekul topil na molekule raztopljene snovi. V tem primeru lahko tvorijo nove molekule ali tako imenovane solvate, - delce, sestavljene iz molekul raztopljene snovi in topila, povezanih z elektrostatično interakcijo. Zanimajo nas samo prve vrste snovi, kajti s hidratacijo propilena je večinoma ta izdelek, ki se tvori.

Ko se topiramo na zgoraj opisani način, molekule topila pritrdimo na raztopljeno snov, dobimo novo spojino. V organski kemiji hidrati večinoma proizvajajo alkohole, ketone in aldehide, vendar obstaja nekaj drugih primerov, na primer nastajanje glikolov, vendar se jih ne bomo dotaknili. Dejansko je ta postopek zelo preprost, hkrati pa je precej zapleten.

Mehanizem hidracije

Dvojna vez, kot je znano, je sestavljena iz dveh vrst atomov za mešanje: pi in sigma vezi. Pi-vez med reakcijo hidracije je vedno najprej prekinjen, saj je manj močan (ima nižjo energijo vezave). Ko se zlomi, sta dva prosta orbita na dveh sosednjih ogljikovih atomih, ki lahko tvorita nove vezi. Molekula vode, ki obstaja v raztopini v obliki dveh delcev: hidroksidni ion in proton, se lahko poveže prek prekinjene dvojne vezi. V tem primeru je hidroksidni ion vezan na osrednji ogljikov atom in proton v drugi, ekstremni. Tako se pri hidrataciji propilena pretežno tvori propanol 1 ali izopropil alkohol. To je zelo pomembna snov, ker ko se oksidira, lahko dobite aceton, masa, ki se uporablja v našem svetu. Rekli smo, da je oblikovan predvsem, vendar to ni tako. To moram reči: edini izdelek nastane pri hidratiranju propilena, in to je izopropil alkohol.

To, seveda, vse tanke stvari. Dejansko je vse mogoče opisati veliko lažje. Zdaj pa ugotovimo, kako se v šolskem letu zabeleži proces hidracije propilena.

Reakcija: kako se to zgodi

V kemiji se vse običajno imenuje preprosto: s pomočjo reakcijskih enačb. Tako se lahko tako opisuje kemijska preobrazba obravnavane snovi. Hidracija propilena, katere enačba je zelo enostavna, se nadaljuje v dveh stopnjah. Najprej prekinemo pi-link, ki je del dvojnega. Nato molekula vode v obliki dveh delcev, hidroksid aniona in vodikovega kationa pride v molekulo propilena, ki ima trenutno dve prosta mesta za lepljenje. Hidroksidni ion tvori vez z manj hidrogeniranim ogljikovim atomom (t.j., z enim, na katerega je pritrjeno manjše število atomov vodika), in s protonom, s preostalim ekstremom. Tako dobimo en izdelek: omejevalni monohidrični alkohol izopropanol.

Kako zabeležiti reakcijo?

Zdaj se naučimo, kako zapišemo kemično reakcijo, ki odraža proces, kot je hidratacija propilena. Formula, ki nam bo koristna: CH ₂ = CH-CH ₃ . To je formula začetne snovi - propena. Kot vidite, ima dvojno vez, ki je označen s simbolom "=", in na tem mestu bo voda pritrjena, ko bo prišlo do hidracije propilena. Reakcijsko enačbo lahko zapišemo kot: CH2 = CH-CH3 + H20 = CH3-CH (OH) -CH3. Hidroksilna skupina v oklepajih pomeni, da ta del ni v ravnini formule, temveč nižji ali višji. Tukaj ne moremo prikazati kotov med tremi skupinami, ki odstopajo od povprečnega ogljikovega atoma, vendar pa rečemo, da sta približno enaki drug drugemu in do 120 stopinj.

Kje se to uporablja?

Rekli smo že, da se snov, dobljena med reakcijo, aktivno uporablja za sintezo drugih snovi, ki so za nas pomembne. V strukturi je zelo podoben acetonu, ki se razlikuje le v tem, da namesto skupine hidroksi obstaja keto skupina (to je atom kisika, ki je povezan z dvojno vezjo na atom dušika). Kot je znano, aceton sam najde svojo uporabo v topilih in lakih, poleg tega pa se uporablja kot reagent za nadaljnjo sintezo bolj zapletenih snovi, kot so poliuretani, epoksi smole, anhidrid ocetne kisline in tako naprej.

Reakcija proizvodnje acetona

Menimo, da bi bilo nepotrebno opisati pretvorbo izopropilnega alkohola v aceton, zlasti ker ta reakcija ni tako zapletena. Najprej se propanol upari in pri 400-600 stopinjah Celzija oksigenira s posebnim katalizatorjem. Zelo čist produkt dobimo z reakcijo na srebrno mrežo.

Reakcijska enačba

Ne bomo šli v podrobnosti o mehanizmu reakcije oksidacije propanola v aceton, ker je zelo zapleten. Omejili se bomo na običajno enačbo kemijske transformacije: CH3-CH (OH) -CH3 + O2 = CH3-C (O) -CH3 + H2O. Kot je razvidno, je na diagramu vse preprosto preprosto, vendar je vredno kopati v proces, In bomo naleteli na številne težave.

Zaključek

Zato smo razstavili proces hidratacije propilena in proučili enačbo reakcije in mehanizem njenega pretoka. Upoštevana tehnološka načela temeljijo na dejanskih procesih, ki se pojavljajo v proizvodnji. Izkazalo se je, da niso zelo zapletene, vendar imajo resnično korist za naše vsakdanje življenje.