TREĆA BEOGRADSKA GIMNAZIJAMATURSKI RAD

Alkani

Mentor: Učenik:Prof Tatjana Djuric Teodora Milenkovic IV8

Beograd, 2014

Sadržaj1 Ugljovodonici......................................................................................................................32 Zasiceni Aciklicni Ugljovodonici.................................................................................43 Nomenklatura Alkana......................................................................................................64 Alkani.....................................................................................................................................74.1 Fizicke osobine alkana.............................................................................................74.2 Postupci Dobijanja Alkana......................................................................................74.3 Hemijske Osobine Alkana.......................................................................................85 Nafta.....................................................................................................................................105.1 Postanak Nafte..........................................................................................................105.2 Sastav Nafte...............................................................................................................105.3 Prerada Nafte.............................................................................................................116 Pojedini predstavnici alkana......................................................................................13Primena Alkana....................................................................................................................137 LITERATURA....................................................................................................................15

Beograd, 2014

1 UGLJOVODONICIOrganska hemija je hemija ugljevodonikovih jedinjenja.Pored ugljenika I vodonika,u organskim jedinjenjima se mogu nalaziti i kiseonik, azot, sumpor I jos neki hetero atomi kao halogeni elementi, fosfor itd. Ugljovodonici, u sta spadaju I alkani, su jedinjenja sastavljena iskljucivo od ugljenika I vodonika. Od svih elemenata jedino ugljenik ima sposobnost da gradi stabilna jedinjenja koja sadrze dugacke nizove istorodnih atma.Ta jedinjenja se zbog prostog sastava mogu smatrati osnovnim I iz njih se mogu izvesti sva druga jedinjenja.Ugljovodonici se dele na one sa otvorenim I na one sa zatvorenim nizom C atoma. Ugljovodonici sa otvorenim nizom se nazivaju alifaticni, dok se sa zatvorenim nizom zovu ciklicni., koji se dele na aliciklicne I aromaticne ugljovodonike.Ugljovodonici se prema sadrzaju atoma H u molekulu dele na zasicene, koji imaju maksimalan broj atoma vodonika, I na nezasicene, koji sadrze broj atoma vodonika manji od maksimalnog.

Beograd, 2014

2 ZASICENI ACIKLICNI UGLJOVODONICIAciklicnim se nazivaju oni ugljenici u kojima su I C atomi medjusobno, I sa H atomom, povezani samo jednom prostom σ vezom. Nazivaju se zasiceni ugljovodonici, ili parafini( parum affinis – mali afinitet, jer nisu hemijski reaktivni ).Po IUPAC-ovoj nomenklaturi, (IUPAC skracenica za “International Union for Pure and Applied Chemistry” – Internacionalna unija za cistu I primenjenu hemiju ) zasiceni aciklicni ugljovodonici se nazivaju ALKANI.Opsta formula alkane je CnH2n+2 .Metan je najprostiji alkan po sastavu, I njegova molekulska formula je CH4.*slika 1Cetiri ekvivalente veze C atoma , zasicene atomima H, nastale su preklapanjem atomske orbitale C , koja je sp3 orbitala, I atomskih orbitala cetiri atoma H, koje su 1s orbitale. Veze su cilindricno simetricne oke ose koja povezuje jezgra C I H atoma, I to su upravo te proste σsp3-s veze.Atomi vodonika,u metanu, su maksimalno udaljeni od ugljenikovog atoma, zauzimajuci oblik pravilnog tetraedra. Molekulski prikazano, u centru tog tetraetraedra nalazi se C atom, a na njegovim temenima, odnosno rogljevima, nalazi se po jedan atom H. Bas ovakav raspored molekul zauzima, zato sto su tada elektroni kovalentnih veza medjusobno maksimalno udaljeni, pa su odbojne sile izmedju njih najmanje moguce. Uglovi izmedju osaC-H veza su 109o28’ tj 109,5o. Polozaji svih atoma vodonika su ekvivalentni, tj u istom odnosu prema ostatku molekula, tako da se ni jedan H atom svojim polozajem ne razlikuje od ostala 3, zbog toga zamenom bilo kog atoma H u metanu, nastaje isto jedinjenje. Npr zamenom jednog atoma H iz CH4 atomom Cl, dobije se uvek jedno jedinjenje CH3Cl.Iz metana se izvode ostali alkani, uvodjenjem metilenske grupe –CH2- izmedju atoma C I H.Etan je sledeci alkan po redu. On sadrzi dva ugljenikova atoma, I sest vodonikovih, sto mozemo izracunati I po opstoj formuli - C2H6. Kao I kod metana, u etenu je raspored svakog C atoma tetraedarski I C-H veze nastale su preklapanjem sp3 atomske orbitale C atoma I 1s orbitale H atoma. A veza izmedju dva C atoma nastala je preklapanjem dve sp3 atomske orbitale dva ugljenikova atoma, koja je takodje σ veza. *slika 2Medjutim oko te veze moze doci do rotacije, tako da H atomi koji se nalaze na tim C atomima mogu da zauzmu u prostoru beskonacan broj polozaja. Razliciti prostorni oblici jednog jedinjenja, koji rotacijom oko JEDNOSTRUKE C-C veze lako prelaze iz jednog u drugi, nazivaju se KONFORMACIJE.*slika 3Ako posmatramo samo dva granicna oblika: jedan kod koga se atomi H, tj C-H veze na susednim ugljenikovim atomim, nalaze tacno jedna naspram druge, I drugi kod koga se nalaze najdalje jedna od druge. Prvi slucaj naziva se EKLIPSNA KONFROMACIJA, ona je najNEstabilnija, jer su medjusobna odbijanja elektronskih oblaka izmedju C-H veze najveca, pa ona ima najveci sadrzaj energije. Dok u drugom slucaju, koji se naziva STEPENICASTA KONFORMACIJA, interakcije C-H veza su najmanje I samim tim konformacija ima najmanji sadrzaj energijei najstabilnija je. Razlika u energiji izmedju ove dve konformacije je prilicno mala, I

Beograd, 2014

iznosi samo 21,6 kJ/mol, tj ne postoje kao stabilna jedinjenja vec pri normalnim uslovima (sobnoj temperaturi) lako prelaze jedna u drugu.*dijagram 1Prednji C atom I tri H atoma na njemu su fiksirani, arotira se samo zadnji C sa svoja tri H atoma. Iz dijagrama se vidi da se pri vrednostima ugla τ od 0o, 120o, 240o I 360o sva tri para H atoma nalaze tacno jedan iza drugog, odnosno da se atomi H na raznim C atomima nalaze u eklipticnom polozaju. Dok pri pri vrednostima ugla τ od 60o, 180o I 300o ugao izmedju odgovarajucih C-H veza na prednjem I zadnjem C atomu je 60o, odnosno atomi vodonika na raznim ugljenikovim atomima zauzimaju stepenicastu konformaciju.Propen je sledeci alkan po redu, sastoji se od tri ugljenikova atoma, samim tim njegova molekulska formula je C3H8. *slika 4Na slici je prikazana)prostorni model molekula propanab)perspektivna formula molekula propena, veze na slici prikazane obicnom linijom su u ravni papira, dok su one prikazane isprekidanim linijama, ispod ravni; a veze sa podebljanim krajem usmerenim ka H su iznad ravni papirac)razvijena strukturna formulad)skraceno napisana strukturna formulaUglovi izmedju osa veza su takodje 109,5o, kao I kod metana I etana. U propenu si prvi I treci C atom primarni, jer je za njih vezan samo po jedan ugljenikov atom, dok je drugi C atom sekundarni I obelezen je sa 2o, jer je povezan sa druga DVA ugljenikova atoma.Butani su alkani koji sadrze 4 ugljenikova atoma, njihova molekulska formula je C4H10. Normalni butani, ili krace n-butani, su oni koji u otvorenom nizu sadrzi C atome koji su povezani jedan za drugi u normalnom nizu. Iako niz ima oblik cik-cak zbog ugla od 109,5o, bitno je da se C atomi “redjaju” jedan za drugim.*slika 5Kod butana, kao I kod ostalih alkana koji imaju vise od tri C - atoma, dolazi do pojave izomerije. To je pojava da dva ili vise jedinjenja imaju istu molekulsku formulu, ali razlicite strukturne a samim tim I razlicita fizicko-hemijska svojstva. Za takva jedinjenja kazemo da su izomerna I nazivamo ih izomeri ( npr : butan C4H10 moze imati dve, pentan C5H12 tri strukture…).*slika 6

Beograd, 2014

3 NOMENKLATURA ALKANAAlkani sa jednim do cetiri C atoma imaju svoje trivijalne nazive – metan, etan, propan I butan. Medjutim jedinjenja sa pet I vise C atoma u molekulu se imenuju tako se za osnovu uzme grcka rec za broj C atoma u molekulu I doda sufiks – an. I tako su alkani sa 5, 6, 7 itd dobili nazive pentan, heksan, heptan itd. Sa povecanjem broja C atoma u molekulu povecava se I broj mogucih strukturnih izomera, jer se povecava I moguci broj nacina povezivanja C atoma, sto je ocigledno. S obzirom da takvih izomera postoji beskonacno mnogo, bilo bi previse pamtiti sva njihova imena na pamet. Zato se koristi IUPAC-ova tj Zenevska numenklatura( IUPAC - skracenica za “International Union for Pure and Applied Chemistry” – Internacionalna unija za cistu I primenjenu hemiju ) Kod davanja imena koristi se pojam ALKIL grupe, to su grupe koje se formalno dobijaju oduzimanjem H atoma iz alkane, a ime dobija tako sto se od alkana sa istim brojem C atoma oduzme nastavak –an I doda nastavak –il. Alkil grupe ne postoje u prirodi kao samostalna jedinjenja vec se njihovi nazivi koristi radi lakseg davanja imena organskim jedinjenjima.Prema medjunarodnoj IUPAC nomenklaturi imena alkane izvode se na osnovu sledecih pravila:1. Imena svih alkane zavrsavaju se na AN;2. Odredi se najduzi niz C atoma I jedinjenje se posmatra kao da je izvedeno iz alkane sa tim nizom, zamenom H atoma sa tim alkil grupama3. Atomi ugljenika najduzeg (osnovnog) niza se numerisu tako da ugljenikovi atomi sa alkil grupama imaju sto manji broj4. Polozaj alkil grupe oznacava se brojem C atoma osnovnog niza na kome se ona nalazi. Ime alkil grupe ispred imena alkana osnovnog niza pise se zajedno sa njim kao jedna rec5. Ako se na istom C atomu osnovnog niza nalaze dve ili vise alkil grupa, ukoliko su razlicite , prvo se navodi ona cije je pocetno slovo pre po abecedi; dok ukoliko su alkil grupe iste, koriste se prefiksi di-, tri-, tetra-.

Beograd, 2014

4 Alkani4.1 Fizicke osobine alkanaAlkani sa 1-4 ugljenikova atoma su gasovitog agregatnog stanja, na sobnoj temperaturi I pri normalnom pritisku. Pentan je tecnog agregatnog stanja, kao I ugljenici sa brojem C atoma do 16. Tecni alkani imaju karakteristican “benzinski” miris. Oni koji sadrza vise od 16 C atoma su cvrste supstance.Alkani su bezbojne supstance I svi su laksi od vode, I u njoj se ne rastvaraju.*tabela 1Sa porastom molekulske mase, tacka kljucanja pravilno raste za oko 20o-30oC, za svaki dodatni C atom.Alkani sa normlanim nizom imaju vecu tacku kljucanja od svojih izomera sa razgranatim nizom.Isto tako sa porastom molekulske masa tacka topljenja pravilno raste. Ukoliko je molekul simetricniji, otoliko je temperature topljenja visa, zbog rasporeda privlacnih sila izmedju C atoma. Racvanjem niza opadaju t.k. jer se smanjuju privlacne sile izmedju molekula. Sto je veci broj racvanja to su I tacke kljucanja nize.Zapreminska masa, odnosno gustina alkane takodje raste sa porastom broja ugljenikovih C atoma u nizu, tj povecanjem molekulske mase, ali nikad ne dostize vrednost 1. Tako da su svi alkani laksi od vode.Alkani su nepolarna jedinjenja I kao takva se ne rastvaraju u polarnim jedinjenjima, kao H2O npr, vec se rastvaraju u polarnim rastvaracima.

?(Alkani su nepolarna jedinjenja, pa se molekuli medjusobno drze zajedno ( u tecnom I cvrstom stanju) dejstvom slabih van der Valsovih sila. Jacina ovih medjumolekulskih privlacnih sila zavisi od velicine molekula. Kod vecih molekula one su jace zato sto je tada dodirna povrsina izmedju njih veca. Zbog toga t.k. raste I sa porastom velicine molekula (pored povecanja mase). Razgranati izomeri imaju nizu t.k. od n-izomera, jer se razgranati izomeri po obliku priblizavaju kugli, koja ima najmanju mogucu dodirnu povrsinu, pa su intermolekulske sile slabije.)4.2 Postupci Dobijanja AlkanaNizi alkani se industrijski dobijaju iz prirodnog gasa I frakcionom destilacijom nafte. U nafti su nadjeni alkani sa do 40C atoma u molekulu, a prirodni gas se sastoji uglavnom od metana I malo etana, propane, butane I drugih nizih alkane. Dok se vise alkani uglavnom dobijaju sintezom.Laboratorijski se alkani mogu dobiti na vise nacina:

1. Hidrogenovanje uglja. Smesa raznih alkana, tj sinteticki benzin koji se moze koristiti za pogon motora, moze se dobiti dodavanjem vodonika na ugalj, uz prisustvo katalizatora (oksidi I sulfide molibdena, volframa I nikla), na povisenoj temperature, od oko 450oC I pritisku od 30MPa.2. Metoda Fischer-Tropsch. U prisustvu katalizatora koji sadrzi kobalt ili gvozdje, na 200o-300oC, smesa ugljen monoksida I vode daje alkane,

Beograd, 2014

koji se takodje mogu koristiti kao motorno gorivo. *reakcija 1CO + H2O alkani

3. Hidrogenovanje alkena. Alkeni su nezasiceni ugljovodonici koji sadrze manje vodonika od alkani. Reakcijom dodavanja vose na molekul alkena, uvodi se vodonik, u prisustvu katalizatora, pri cemu nastaju alkani.*reakcija2alken alkanAlkeni se lako dobijaju u velikim kolicina, I veoma su reaktivni, tako da se alkani mogu na ovaj nacin dobijati u velikim kolicinama.4. Würtz-ova reakcija. Ovo je reakcija alkil-halogenida R-X ( to su jedinjenja koja nastaju zamenom jednog ili vise atoma H u molekulu alkana atomima halogenih elemenata F, Cl, Br ili I) sa metalima (ili sa bazama) pri cemu se dobija alkan sa dvostruko vecim brojem C atoma u odnosu na polazni alkil-halogenid RX, a u koliko u reakciji ucestvuju dva razlicita R-X, onda se proizvod R-R dobija u malom proizvodu*reakcija3R-X + 2Na + R-X R-R + 2NaX5. Topljenje soli karboksilnih kiselna sa alkalijama. Ova reakcija je reakcija dekarboksilacije tj eliminacije CO2 ( iz karboksilne grupe)reakcija4R-COONa + NaOH Na2CO3 + R-H

4.3 Hemijske Osobine Alkana Alkani su pri normalnim uslovima veoma nereaktivni (zato se za njih koristi I ime parafini). Oni pri ovim uslovima ne reaguju sa jakm kiselinama I bazama, niti sa jakim oksidacionim ili redukcionim sredstvima (HCl, NaOH, KMnO4, SnCl2). Nisu reaktivni zbog jakih I nepolarnih veza izmedju C-C atoma I izmedju C-H atoma, tako da je potrebna velika kolicina energija kako bi se te veze raskinule. Ako se ta energija dovede (npr zagrevanjem na visokoj temperature ili pod dejstvom zracenja velike energije), akani podlezu nizu reakcija. 1. Reakcija alkana sa kiseonikom. Kao I sva organska jedinjenja, I alkani reaguju sa O2, I pri toj reakcji iz ugljenika nastaje ugljen dioksid, a iz vodonika voda, uz izdvajanje velike kolicine toplote.Za pocetak reakcije potrebno je smesu alkana I vazduha zagreajti na visoku temperature (npr varnicom iz svecice motora). Kada sagorevanje pocne, izdvaja se dovoljna kolicina toplote za odrzavanje visoke temperature I reakcija sagorevanja alkana se nastavlja. To ipak nije hemijska reakcija u pravom smislu, jer pri njoj dolazi do potpunog razlaganja molekulaReakcija oksidacije alkana ima veliku prakticnu primenu. Nafta I prirodni gas najvecim delom se sastoje iz smese alkana. Njihovim sagorevanjem izdvaja se velika kolicina toplotne enrgije koja se koristi za pokretanje motora sa Beograd, 2014

unutrasnjim sagorevanjem, zatim kao gorivo bez dima I pepela u industriji I domacinstvima. Medjutim, s obzirom da su rezerve nafte u prirodi ogranicene, sada se tezi smanjenju ovakvog nacina upotrebe nafte I gasa, I prelazi se na njihovo koriscenje kao sirovine za dobijanje raznih drugih organskih jedinjenja (petrohemijski proizvodi).Kolicina toplote koja se dobija kada jedan mol ugljovodonika ( I drugih jedinjenja) potpuno sagori u CO2 I H2O,svedeno na 20oC, naziva se toplota sagorevanja.*reakcija5CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 895 kJ/molKontrolisanom oksidacijom alkana mogu se dobiti proizvodi delimicne oksidacije, npr. Karboksilne kiseline. Posebno je vazna oksidacija alkana u masne kiseline, koje se zatim koriste za dobijanje sapuna I detrdzenata.2. Termicko razlaganje alkana. Na temperaturama visim od 500oC u odsustvu kiseonika, alkani postaju nestabilni I razlazu se uz izdvajanje vodonika I raznih ugljovodonika manje molekulske mase od polaznih alkana. U prisustvu raznih katalizatora snizava se temperatura potrebna za takvo razlaganje alkana. Kod ovih reakcija dolazi do homolitickog raskidanja C-C I C-H veza.Razlaganje alkana zagrevanjem u odsustvu kiseonika naziva se kreking (cracking). Kreking se mnogo koristi u naftnoj industriji za dobijanje vecih kolicina benzina. Kreking se odvija uz nastajanje radikala.3. Izomerizacija alkana. Pod dejstvom jakih elektrofilnih reagenasa (npr. Luisovih kiselina) n-alkani se delimicno prevode u izoalkane. Reakcija se koristi u naftnoj industriji za dobijanje visokokvalitetnih vrsta benzina.Kao sto smo vec rekli alkani su slabo hemijski reaktivni jer imaju dosta jaku nepolarnu kovalentnu vezu izmedju C atoma. Ova veza je slabe polarnosti, tesko se raskida dok je veza C-H polarnija, slabija, lakse se raskida, zbog cega je primarna reakcija alkana supstitucija H atoma koja se odvija mehanizmom slobodnih radikala.4. Halogenovanje alkana mehanizmom radikalske supstitucije. Alkani lako reaguju sa fluorom I hlorom uz osvetljavanje, sa bromom uz osvetljavanje I zagrevanje, a sa jodom ne reaguju.Mehanizam se odvija u tri faze:I – INICIJACIJA – je prva faza u kojoj pod uticajem svetlosti E=hv, dolazi do homolitickog raskidanja kovalentne veze u molekulu Cl2 tako da svaki atom hlora dobije po jedan electron. Atomi hlora sada nemaju octet, veoma su reaktivni, zovu se slobodni radikali I zapocinju (iniciraju) reakciju supstitucije:*slika 7II – PROPAGACIJA – je druga faza, u kojoj slobodni radikali hlora zamenjuju H atome u molekulu alkana. Ova faza je veoma brza, poput lancane reakcije, I zavrsava se tek kada se svi H atomi zamene. Slobodni radikali hlora iniciraju homolizu ( homoliticko raskidanje) kovalentne veze C-H pri cemu odlazi H atom a ostaje slobodni radikal CH3 koji inicira homolizu veze u molekulu hlora, vezujuci se za jedan Slobodan radikal hlora dok drugi Cl nastavlja reakciju… I tako dok se svi H atomi ne zamene.III – TERMINACIJA – treca faza koja predstavlja kraj reakcije supstitucije jer

Beograd, 2014

dolazi do sudara dva slobodna radikala.;Halogenovanje alkana se moze prikazati I na sledeci nacin: Kod alkana najveca brzina hlorovanja veze C-H je tercijarna>sekundarna>primarna*slika 8Ako reakcije idu jedna za drugom, kao ovde, takve reakcije se nazivaju sukcesivne reakcije.Mehanizam reakcije izmedju metana I hlora analogan je reakcijama halogenovanja ma kog alkana.5. Nitrovanje alkana. Zagrevanjem alkana sa razblazenom azotnom kiselinom dolazi do zamene H atoma nitro grupom NO2, uz nastajanje nitroalkana, jedinjenja formule R-NO2.6. Sulfohlorovanje alkana. Alkani reaguju sa smesom SO2 I Cl2 pod dejstvom UV zracenja, pri cemu nastaju sulfonil-hloridi, jedinjenja formule R-SO2Cl, koja se koriste u proizvodnji detrdzenata.7. Sulfoksidacija alkana. Alkani reaguju sa SO2 u prisustvu O2 I UV zracenja, pri cemu nastaju alkanosulfonske kiseline, jedinjenja formule R-SO3H. 5.-7. Reakcije odugravaju se po tipu radikala!

Beograd, 2014

5 NaftaNajznacajniji izvori energije na nasoj planeti nalaze se u ugljenikovim jedinjenjima nagomilanim u nafti I uglju. Sve do pre nekoliko desetina godina ugalj je bio glavno gorivo I sirovina za dobijanje mnogih organskih jedinjenja, ali niska cena proizvodnje nafte I nagli razvoj industrije automobilskih, avionskih motora, ucinili su da je sve veca potraznja za naftom. Uporedo sa tim razvijala se I tehnologija njene obrade, tako da danas ona ne sluzi samo kao gorivo, vec se iz nje dobijaju mnogi korisni proizvodi, kao I polazne supstance za proizvodnju organskih jedinjenja, a cijom se daljom preradom dobijaju detrdzenti, djubriva, lekovi, eksplozivi, isekticidi… Nafta je istovremeno I izvor energije I izvor sirovina za organsku, hemijsku industriju.Predeli bogati naftom SAD, Rusija, a kod nas u Vojvodini, takodje Saudijska Arabija, Iran, Venecuela, Meksiko I Libija.5.1 Postanak Nafte

Danas se smatra da je nafta postala od zivotinjskih organizama koji su pre vise miliona godina ziveli u morima. Njihovim izumiranjem na dnu mora natalozile su se ogromne kolicine organskog materijala koji je prekriven peskom I muljem a usled raznih tektonskih poremecaja, dospeo duboko u zemlju. Iz ovog organskog materijala je u odsustvu vazduha, na povisenim pritiscima I temperaturama postala nafta. Hemijski procesi kojima je iz ovog materijala postala nafta jos nisu razjasnjeni. Nafta nije ostala na mestu nastanka, vec se kretala I sakupljala izmedju nepropustljivih slojeva stena, odakle se I danas eksploatise.

Zajedno sa naftom nalaze se I manje kolicine gasova koji su poznati kao PRIRODNI GAS. Prirodni gas se sastoji uglavnom iz metana I manjih kolicina etana, propana, butana, kao I vodonika, azota, ugljen monoksida I ugljen dioksida. Prirodni gas se sistemom cevi odvodi u centre sa postrojenjima (rafinerije), odakle se, posto se pre odno propan I butan kondenzuju pod velikim pritiscima, odvodi cevovodima do potrosaca. Prirodni gas se upotrebljava za grejanje, kao gorivo u domacinstvima I industriji, za dobijanje pojedinih ugljovodonika koji se koriste kao sirovine za sintezu organskih jedinjenja.

5.2 Sastav NafteSirova nafta je gusta uljasta tecnost tamne boje I neprijatnog mirisa. Sastav nafte nije po svim

njenim lezistima isti, jer ni uslovi nisu svuda bili isti pri njenom postanku.Nafta po svom hemijskom sastavu slozena je smesa ugljovodonika:

alkani ( normalni I racvasti, od C5 do C29, kao I visi ) cikloalkani ( ciklopentan, cikloheksan, kao I njihov homolog; u industriji nafte

poznati pod imenom nafteni) aromaticni ugljovodonici (benzen, toluen … )

Pored ugljovodonika, kao glavnih sastojaka u mnogim naftama se nalaze u manjoj kolicini ( oko 1% ) sumporna, azotna I kiseonicna jedinjenja a cak I neka metalna jedinjenja. Prema tome, kao smesa razlicitih jedinjenja, nafta se odlikuje I razlicitim tackama kljucanja.

Nalazista nafte se obicno karakterisu prisustvom slane vode koja se skuplja u njenim donjim delovima, u poroznim slojevima koji su pokriveni nepropustljivim stenama. Iznad tecnog sloja, kao I u samim gornjim slojevima nafte, nalaze se I rastvorene velike kolicine gasova. Pri busenju ovakvog nepropustljivog sloja dolazi do izbacivanja nafte u obliku mlaza, cime je njen najveci deo izgubljen I pri

Beograd, 2014

cemu se vrlo cesto nafta zapali. Da bi se to sprecilo, nastoji se da se gasovima ne dozvoli da pri busenju izadju u atmosferu, vec da se I dalje zadrze u samim njenim slojevima.

5.3 Prerada NafteSirova nafta moze retko da se upotrebi u stanju u kakvom je dobijena iz zemlje, vec se preciscava I preradjuje na razlicite nacine. Nacin na koji se nafta preradjuje zavisi I od prirode nafte kao I od zahteva trzista:

frakciona destilacija naftePrerada nafte obicno zapocinje razdvajanjem nafte u vise delova ( frakcija ) na osnovu razlicitih tacki kljucanja. Nafta se zagreva u posebnim aparatima na atmosferskom pritisku I skuplja se destilat u odredjenim temperaturskim intervalima. Ovaj postupak naziva se frakciona destilacija.

?(Svaka frakcija predstavlja slozenu smesu ugljovodonika. Naknadnom destilacijom moze se prva frakcija razdvojiti u frakcije sa manjim temperaturnim intervalima. Ostatak se obicno zagreva pod smanjenim pritiskom. Ugljovodonici sa velikim brojem C – atoma kljucaju na nizim temperaturama pa je iskoriscenje nafte bolje. Ovom destilacijom obicno se izdvajaju dve frakcije1) zaostao kerozin I gasno ulje2) ulja za podmazivanjea zaostaje asvalt kao polucvrst ili cvrst ostatak.)

*Pri destilaciji nafte u rafinerijama dobija se nekoliko frakcija (delova) nafte: -benzin, t.k. 40-180oC, smesa ugljovodonika sa 6 do 10 C atoma;-kerozin, t.k. 180-230oC, smesa ugljovodonika sa 10 do 20 C atoma-dizel gorivo, t.k. 230-305oC, smesa ugljovodonika sa 13 do 17 C atoma.Preostaje mazut, koji se koristi kao gorivo, ali se iz njega mogu izdvojiti razna maziva ulja (jedinjenja sa 28 do 38 C atoma), vazelin I cist parafin.Vise frakcije nafte mogu se podvrgnuti krekingu kako bi se dobile vece kolicine benzina. Pri destilaciji u rafinerijama izdvajaju se I velike kolicine nezasicenih ugljovodonika (etilen, propilen, buteni) koji su vazne sirovine za hemijsku industriju.

Krekovanje nafte (hemijsko razbijanje visih molekula na nize)Preradom nafte destilacijom dobija se svega 10-15% benzina, a krekovanjem se povecava kolicina benzina na 50% pa I vise.Princip krekovanja sastoji se u razlaganju visih ugljovodonika, koji se nalaze u teskim ( visim ) frakcijama nafte, u tecne ugljovodonike ( heksan, heptan I oktan). To se postize pomocu povisene temperature I pogodnog pritiska. Proces krekovanja zavisi od prirode upotrebljenog uorka. Pri obicnom termickom krekovanju alkani se znatno brze razlazu od naftena. Ali pri katalitickom krekovanju, obicno iznad kiselih oksidacionih katalizatora, vrsi se brze razlaganje naftena od alkana.

?(Uzorak koji se krekuje zagreje se I mesa sa strujom fluidiziranog katalizatora. Tako dobijena reakciona smesa gasova provodi se kroz reakcionu komoru, a iz nje se katalizator odvaja u posebnom separatoru ( Katalitickim krekovanjem dobijaju se pogonska goriva). Kada se smesa visih ugljovodonika, zajedno sa vodenom parom zagreva na 700-900oC vrlo kratko vreme, a

Beograd, 2014

zatim ohladi, vrsi se specijalni postupak krekovanja ( krekovanje u prisustvu vodene pare). Pri ovom postupku dobijaju se vazne supstance: eten, propen, butadiene, izopren… neophodne za industriju.Hidrogensko krekovanje vrsi se u prisustvu vodonika na nesto nizoj temperaturi, od 250-400oC I vrlo velikom pritisku. Ovim postupkom takodje se dobijaju nizi ugljovodonici.Kako se pri prekovanju gradi neobicno velika kolicina gasovitih ugljovodonika, to se oni naknadnim postupcima ( alkilacijom ) pretvaraju u benzin visokog kvaliteta. Pri alkalaciji, koja predstavlja suprotan process krekovanju, dolazi do sjedinjavanja alakana I olefin male molekulske mase I pri cemu se dobijaju goriva sa visokim oktanskim brojem. Tako alkilacijom etena I izobutana, postaje isomer heksana sa oktanskim brojem 100.)

U cilju povecavanjem kvaliteta benzina, krekovani benzin se ponovo krekuje I naziva se reformisani benzin.

Beograd, 2014

6 Pojedini predstavnici alkana. Alkani ne sluze samo kao pogonsko gorivo, vec su I polazne sirovine za veliku organsku industriju.Smesa alkana 9 I drugih ugljovodonika) dobija se iz nafte I prirodnog gasa I koristi se kao gorivo za motore sa unutrasnjim sagorevanjem I reaktivne motore.

Metan CH4 je gas bez boje I mirisa, dva puta je laksi od vazduha, u void prakticno nerastvoran. Na vazduhu gori jedva primetnim plamenom uz oslobadjanje velike kolicine toplote. U prirodi se javlja kao glavna komponenta prirodnog (zemnog) gasa, koji se nalazi u ogromnim kolicinama u predelima bogatim naftom. Sadrzaj metana u prirodnom gasu krece se od 60% do 90%. Gas sadrzi I manje kolicine etana, propana I butane, kao I male kolicine N2, CO2, H2S I He. Metan nastaje u burama, metanskim vrenjem celuloze, I u rudnicima, gde izaziva eksplozije ( 6-12% metama) dodje u dodir sa otvorenim plamenom ili varnicom. Metan nastaje I pri suvoj destilaciji drveta ili uglja (zagrevanje u odsustvu vazduha, da ne bi doslo do sagorevanja drveta ili uglja u CO2 I H2O).Metan se na visokoj temperature elektricnog luka razlaze na ugljenik I vodonik:*reakcija 6CH4 C + 2H2pri cemu se, pored vodonika, koji se koristi za razne sinteze, dobija I cadj, koja ima veliku primenu u industriji (za pravljenje tusa I stamparskih boja, kao I aditiv pri proizvodnji auto guma).Reakcijom metana I vodene pare dobija se smesa CO I H2 koja je pogodna za razne sinteze:*reakcija 7CH4 + H2O CO + 3H2Parcijalnom oksidacijom metana ( u prisustvu manje kolicine kiseonika nego sto je potrebno za njegovo potpuno sagorevanje) dobijaju se razliciti proizvodi, medju njima I acetilen iz koga se mogu dobiti mnogobrojna organska jedinjenja:*reakcija 86CH4 + O2 2HC ≡ CH + 10H2 + 2COIndustrijski su vazni I razni derivati metana.Neki mikroorganizmi mogu da koriste metan I druge alkane za svoju ishranu, pa se I industrijski gaje koriscenjem kompotnenata nafte kao hranljive podloge za njih. Etan C2H6, je bezbojan gas koji gori bledim plamenom. Nalazi se u nafti I prirodnom gasu. Pri zagrevanju razlaze se na etilen, nezasicen ugljovodonik, I vodonik:CH3-CH3 CH2=CH2 + H2 Propan C3H8, se nalazi u nafti I prirodnom gasu, a nastaje I pri krekingu nafte. U komprimovanom stanju, u smesi sa butanom, koristi se kao gorivo u domacinstvima. Butani C4H10 se dobijaju iz nafte I prirodnog gasa. Koriste se kao gorivo I za razne sinteze ( na primer, za dobijanje butadiene).

Beograd, 2014

Primena AlkanaAlkani su jako rasprostranjeni u prirodi, metan I njegovi najblizi clanovi nalaze se u gasovima koji izviru na vise mesta iz zemlje I koji su poznati pod imenom prirodni gasovi. Oni se primenjuju kao goriva u domacinstvu I industriji. Petroetar I ligroin sluze kao rastvaraci, benzin se upotrebljava kao gorivo, kerozin se koristi kao gorivo za mlazne motore; gasno ulje, kao gorivo za dizel motore; iz ulja za podmazivanje se preciscavanjem dobijaju maziva za motore I masine. Ostatak je asvalt koji se upotrebljava za izgradnju puteva I kao izolacioni materijal u gradjevinarstvu.Iz nafte koja sadrzi uglavnom alkane, u uljima za podmazivanje nalaze se alkani sa 20-34 C atoma koji se, posle destilacije pod smanjenim pritiskom izdvajaju kao cvrsti parafinski vosak.Takodje proizvodi supstitucije u metanu sa hlorom imaju veliku primenu:o CH3Cl ( hlormetan, metil-hlorid ) se primenjuje kao rastvarac za rad na niskoj temperature I rashladjivaco CH2Cl2 ( dihlormetan, metilen-hlorid ) koristi se kao rastvarac u proizvodnji celuloznih filmova I vlakanao CHCl3 ( trihlormetan, hloroform ) ima primenu u medicine kao rastvarac pri ekstrakciji penicilina;o CCl4 ( tetrahlor metan, ugljen-tetrahlorid ) se koristi za gasenje onemogucavanjem pristupa vazduhu, narocito elektricnih uredjaja; kao rastvarac za “hemijsko ciscenje”

Beograd, 2014

7 LITERATURA 1. ALEKSANDRA STOJILJKOVIC : HEMIJA ZA III RAZRED GIMNAZIJE PRIRODNO-MATEMATICKOG SMERA I SREDNJE SKOLE; ZAVOD ZA UDZBENIKE I NASTAVNA SREDSTCA; BEOGRAD, 2000 2. STANIMIR ARSENIJEVIS : ORGANSKA HEMIJA, NAUCNA KNJIGA; BEOGRAD, 1990 3. R.T.MORRISON AND R.N.BOYD : ORGANSKA KEMIJA; NAUCNA KNJIGA; ZAGREB, 1979 4. G.A.TEYLOR : ORGANSKA HEMIJA, NAUCNA KNJIGA; BEOGRAD 1995 5. MIROSLAV PILETIC I BOZIDAR MILIC : ORGANSKA HEMIJA ; NOVI SAD, TEHNOLOŠKI FAKULTET, 2013

Beograd, 2014