هیدروژن پروپیلن: معادله واکنش

مسائل ارگانیک در زندگی ما جایگاه مهمی را به دست می آورند. آنها جزء اصلی پلیمرهایی هستند که در همه جا ما را احاطه کرده اند: این ها کیسه های پلاستیکی، لاستیک و همچنین بسیاری از مواد دیگر است. پلی پروپیلن آخرین مرحله در این خط نیست این نیز بخشی از مواد مختلف است و در تعدادی از صنایع مانند ساخت و ساز استفاده می شود، استفاده خانگی به عنوان ماده ای برای فنجان های پلاستیکی و دیگر نیازهای کوچک (اما نه در مقیاس تولید) است. قبل از صحبت در مورد یک فرایند مانند هیدراتاسیون پروپیلن (به لطف آن، به اتفاق، ما می توانیم ایزوپروپیل الکل دریافت کنید )، اجازه دهید ما به تاریخ کشف این ضروری برای ماده صنعت تبدیل شود.

تاریخچه

به همین ترتیب، تاریخ کشف پروپیلن نیست. با این حال، پلیمر، پلی پروپیلن آن در واقع در سال 1936 توسط اتو بیور شیمیدان مشهور آلمان کشف شد. البته، از لحاظ نظری شناخته شده بود که چگونه می توان چنین مواد مهمی را دریافت کرد، اما در عمل امکان پذیر نبود. این تنها در اواسط قرن بیستم امکان پذیر بود، زمانی که شیمی در آلمان و ایتالیایی Ziegler و Nutt یک کاتالیزور برای پلیمریزاسیون از هیدروکربنهای غیر اشباع (داشتن یک یا چند اوراق قرضه چندگانه) کشف کردند که بعدها کاتالیزور Ziegler-Natta نامیده شد. تا این مرحله، واکنش پلیمریزاسیون چنین مواد شیمیایی غیرممکن بود. واکنش های پلی کاندانسازی شناخته شدند که در آن، بدون عمل کاتالیزور، مواد در یک زنجیره پلیمری ترکیب شدند، در نتیجه یک محصول جانبی تشکیل دادند. اما این کار را با هیدروکربنهای اشباع نشده انجام داد .

یکی دیگر از فرآیندهای مهم مربوط به این ماده، هیدراتیت آن بود. پروپیلن در سالهای کاربرد آن بسیار زیاد بود. و این همه به لطف شرکت های مختلف نفت و گاز که پروپن را تولید می کنند، اختراع شده است (گاهی اوقات نیز این ماده توصیف شده است). هنگام ترک خوردن روغن، این یک محصول جانبی بود و زمانی که معلوم شد که مشتقات آن، ایزوپروپیل الکل، مبنای سنتز بسیاری از مواد مفید برای بشر است، بسیاری از شرکت ها مانند BASF، روش تولید خود را ثبت کرده و تجارت جرم را در این ترکیب آغاز کرده اند. هیدراتاسیون پروپیلن قبل از پلیمریزاسیون مورد آزمایش قرار گرفت و به همین دلیل استون، پراکسید هیدروژن، ایزوپروپیلیلین قبل از پلی پروپیلن شروع به تولید کرد.

فرایند بسیار جالب جدایی از پروپن از روغن است. این به اوست که ما اکنون تبدیل می شویم.

جداسازی پروپیلن

در حقیقت، در تفسیر نظری، روش اصلی تنها یک فرایند است: پیرولیز نفت و گازهای مرتبط. اما تحولات تکنولوژیک تنها دریایی است. واقعیت این است که هر شرکت به دنبال دستیابی به یک روش منحصر به فرد و حفاظت از آن با یک حق ثبت اختراع است، در حالی که سایر شرکت های مشابه نیز به دنبال راه هایی برای تولید و فروش پروپن به عنوان مواد خام یا تبدیل آن به محصولات مختلف هستند.

Pyrolysis ("pyro" - آتش، "لیز" - تخریب) فرآیند شیمیایی فروپاشی یک مولکول پیچیده و بزرگ به کوچکتر تحت عمل دما و کاتالیزور است. روغن شناخته شده است، مخلوطی از هیدروکربن ها است و شامل قطعات سبک، متوسط و سنگین است. از اول، کمترین مولکولی، و پروپن و اتان در pyrolysis. این فرایند را در اجاق های مخصوص انجام دهید. در میان پیشرفته ترین تولید کنندگان، این فرایند از نظر تکنولوژیکی متفاوت است: برخی از شن و ماسه به عنوان یک خنک کننده استفاده می شود، بعضی دیگر - کوارتز، دیگران - کک؛ همچنین ممکن است کوره ها را با توجه به ساختار آنها تقسیم کنید: به عنوان آنها نامیده می شود راکتورهای لوله ای و معمولی وجود دارد.

اما پروسه تولید پیرولیز باعث می شود که پروپن خالص ناکافی به دست آید، زیرا علاوه بر آن، تعداد زیادی از هیدروکربن ها در آنجا شکل می گیرند که باید با روش های مصرف انرژی تفکیک شوند. بنابراین، برای به دست آوردن مواد پاک کننده برای هیدراتاسیون بعدی، dehydrogenation از آلکان ها نیز استفاده می شود: در مورد ما، پروپان. همانند پلیمریزاسیون، فرآیند فوق فقط اتفاق نمی افتد. تجزیه هیدروژن از مولکول هیدروکربن نهایی تحت عمل کاتالیزورها: اکسید کروم سه گانه و اکسید آلومینیوم رخ می دهد.

خوب، قبل از اینکه ما به داستان این که چگونه روند هیدراتاسیون در جریان است، بیایید به ساختار هیدروکربن اشباع نشده نگاه کنیم.

ویژگی های ساختار پروپیلن

پروپن خود تنها دومین عضو از مجموعه ای از الکل ها (هیدروکربن ها با یک پیوند دوگانه) است. با سبک بودن آن، دوم تنها اتیلن است (از آنجا که ممکن است شما حدس بزنید پلی اتیلن پلیمر عظیم ترین در جهان است). در حالت معمول گاز پروپن، مانند "نسبی" آن از خانواده آلان، پروپان است.

اما تفاوت اصلی بین پروپان و پروپن این است که دومی دارای ترکیبی دوگانه است که اساسا خواص شیمیایی آن را تغییر می دهد. این به شما اجازه می دهد که مواد دیگر را به مولکول هیدروکربن های اشباع نشده پیوند دهید، که منجر به ترکیبات با خواص کاملا متفاوت می شود، که برای صنعت و زندگی روزمره بسیار مهم است.

وقت آن است که درباره تئوری واکنش صحبت کنیم، که در واقع، این مقاله به آن اختصاص داده شده است. در بخش بعد، شما یاد خواهید گرفت که وقتی آب بندی پروپیلن، یکی از مهمترین محصولات صنعتی را تشکیل می دهد، و همچنین نحوه واکنش این واکنش و تفاوت های ظریف آن در آن وجود دارد.

نظریه هیدراتاسیون

اولا، به یک فرایند کلی تر تبدیل خواهیم شد - solvation - که شامل واکنش در بالا نیز می شود. این تغییر شیمیایی، که شامل پیوستن مولکول های حلال به مولکول های ماده حل شده است. در این مورد، آنها می توانند مولکول های جدید یا به اصطلاح solvates را تشکیل دهند - ذرات متشکل از مولکول های ماده حل شده و حلال، متصل با تعامل الکترواستاتیک. ما تنها به نوع اول از مواد علاقه مند هستیم، زیرا با هیدراتاسیون پروپیلن، عمدتا این محصول تشکیل شده است.

هنگامی که حلال در روش فوق شرح داده شده است، مولکول حلال به ماده حل شده متصل می شود، یک ترکیب جدید به دست می آید. در شیمی آلی، هیدراتها عمدتا الکل، کتون و آلدئیدها را تولید می کنند، اما موارد دیگری نیز وجود دارد، به عنوان مثال تشکیل گلیکول، اما ما آنها را لمس نمی کنیم. در واقع، این فرایند بسیار ساده است، اما در عین حال پیچیده است.

مکانیزم هیدراتاسیون

پیوند دوگانه، به عنوان شناخته شده، شامل دو نوع اتم های ترکیب: پی و سیگما است. پی-باند در واکنش هیدراتاسیون همیشه شکسته است، زیرا آن کمتر قوی است (دارای انرژی اتصال پایین تر). هنگامی که آن شکسته می شود، دو اوربیتال خالی تشکیل شده در دو اتم کربن مجاور، که می تواند اوراق قرضه جدید ایجاد کند. مولكول آبي كه در محلول موجود در فرم دو ذره وجود دارد: يون هيدروكسيد و پروتون، قادر است از طريق يك پيوند دو طرفه متصل شود. در این مورد، یون هیدروکسید به اتم کربن مرکزی متصل شده و پروتون به سمت دوم، شدید است. بنابراین، پس از هیدراته شدن پروپیلن، پروپانول 1 یا ایزوپروپیل الکل به طور عمده شکل می گیرد. این یک ماده بسیار مهم است، زیرا زمانی که اکسیداسیون می شود، می توانید استون، جرم مورد استفاده در دنیای ما را دریافت کنید. ما گفتیم که این طور به طور عمده شکل گرفته است، اما این کاملا به همین ترتیب نیست. من باید چنین بگویم: هنگامی که پروپیلن را آبرسانی می کنید، تنها محصول تولید می شود، و این است که ایزوپروپیل الکل است.

این، البته، تمام ظرافت ها. در واقع، همه چیز را می توان بسیار ساده تر توصیف کرد. و اکنون ما متوجه می شویم که چگونه روند هیدراتاسیون پروپیلن در دوره مدرسه ثبت می شود.

واکنش: چگونه اتفاق می افتد

در شیمی، همه چیز معمولا به سادگی نامیده می شود: با کمک معادلات واکنش. بنابراین تبدیل شیمیایی ماده مورد بحث می تواند به این شکل توضیح داده شود. هیدراتاسیون پروپیلن، معادله واکنش آن بسیار ساده است، در دو مرحله انجام می شود. ابتدا پی-لینک را از بین می برد، که بخشی از آن دو است. سپس یک مولکول آب در قالب دو ذره، هیدروکسید آنیون و کاتدی هیدروژن به یک مولکول پروپیلن می آید که در حال حاضر دارای دو محل خالی برای پیوند است. یون هیدروکسید یک پیوند را با یک اتم کربن هیدروژنه شده تشکیل می دهد (به عنوان مثال، که یکی از آنها تعداد کمی از اتم های هیدروژن است) و پروتون به ترتیب با شدت باقی مانده است. بنابراین، یک محصول واحد را به دست می آوریم: ایزوپروپانول الکل مونوهیدریک محدود.

چگونه یک واکنش را ضبط کنیم؟

در حال حاضر ما یاد می گیریم چگونه یک واکنش شیمیایی بنویسیم که یک فرایند را نشان می دهد، مانند هیدراتاسیون پروپیلن. این فرمول برای ما مفید است: CH ₂ = CH - CH ₃ . این فرمول ماده اولیه - پروپن است. همان طور که می بینید، او یک پیوند دوگانه با علامت "=" دارد و در این محل وقتی هیدراتاسیون پروپیلن اتفاق می افتد آب می شود. معادله واکنش را می توان به صورت: CH ₂ = CH-CH ₃ + H ₂ O = CH ₃ -CH (OH) -CH ₃ . گروه هیدروکسیل در براکت بدین معنی است که این بخش در سطح فرمول قرار ندارد، اما پایین تر یا بالاتر است. در اینجا ما نمیتوانیم زاویه بین سه گروه را که از اتم مرکزی کربن خارج میشوند نشان بدهیم، اما ما میگوییم که آنها تقریبا برابر با یکدیگر هستند و 120 درجه دارند.

این کجاست؟

ما قبلا گفته ایم که ماده ای که در طی واکنش به دست می آید، به طور فعال برای سنتز سایر مواد حیاتی برای ما استفاده می شود. این ساختار بسیار مشابه با استون است، که تنها در آن متفاوت است، به جای گروه هیدروکسو، یک گروه کتو (یعنی یک اتم اکسیژن متصل به یک باند دوگانه به یک اتم نیتروژن) وجود دارد. همانطور که شناخته شده است، خود استون خود را در حلالها و لاک الکل استفاده می کند، اما علاوه بر این، به عنوان یک معرف برای سنتز بیشتر مواد پیچیده تر مانند پلی اورتان ها، رزین های اپوکسی، آنیدرید استیک و غیره استفاده می شود.

واکنش تولید استون

ما فکر می کنیم که تبدیل ایزوپروپیل الکل به استون به صورت لایه ای غیرممکن است، به خصوص از آنجایی که این واکنش خیلی پیچیده نیست. برای شروع، پروپانول تبخیر شده و در اکسیژن به میزان 400-600 درجه سلسیوس با یک کاتالیزور خاص است. یک محصول بسیار خالص با انجام واکنش در شبکه نقره ای به دست می آید.

معادله واکنش

ما به جزئیات مکانیسم واکنش اکسیداسیون پروپانول به استون نمی رویم، زیرا بسیار پیچیده است. ما باید خودمان را به معادله تبدیل شیمیایی معمولی محدود کنیم: CH ₃ -CH (OH) -CH ₃ + O ₂ = CH ₃ -C (O) -CH ₃ + H ₂ O. همانطور که مشاهده می شود، همه چیز بر روی نمودار بسیار ساده است، و ما تعدادی از مشکلات را روبرو می کنیم.

نتیجه گیری

بنابراین ما پروسه هیدراتاسیون پروپیلن را جدا کردیم و معادله واکنش و مکانیزم جریان آن را مطالعه کردیم. اصول تکنولوژیک در نظر گرفته شده فرآیندهای واقعی در تولید هستند. همانطور که معلوم شد، آنها بسیار پیچیده نیستند، اما برای زندگی روزمره ما یک مزیت واقعی دارند.