1

1. Πετρέλαιο - Υδρογονάνθρακες:

1. Πετρέλαιο - Υδρογονάνθρακες Χημεία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

1.1 Πετρέλαιο – Προϊόντα πετρελαίου – Βενζίνη – Καύση - Καύσιμα:

1.1 Πετρέλαιο – Προϊόντα πετρελαίου – Βενζίνη – Καύση - Καύσιμα Χημεία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

Καύσιμα - Καύση:

Καύσιμα; Καίγονται  αποδίδουν ενέργεια (=αξιοποίσιμα σημαντικά ποσά θερμότητας) Φυσικά – Τεχνητά Πηγές φυσικών καυσίμων: Γαιάνθρακες  Στερεό καύσιμο Πετρέλαιο  Υγρό καύσιμο Φυσικό αέριο  Αέριο καύσιμο Καύσιμα - Καύση

Καύσιμα - Καύση:

Τι είναι καύση; Η (βίαιη) αντίδραση μιας ουσίας με το οξυγόνο μαζί με παραγωγή φωτός & θερμότητας Καύση του C Πλήρης (αφθονία Ο 2 ) : C + O 2  CO 2 Ατελής (ανεπάρκεια Ο 2 ) : 2C + O 2  2CO Καύση του H 2 : 2H 2 + O 2  2H 2 O Καύση υδρογονάνθρακα (πλήρης )  CO 2 + H 2 O Π.χ. προπάνιο στα γκαζάκια Καύσιμα - Καύση

Πετρέλαιο:

«Μαύρος χρυσός» Υγρό ορυκτό με εκατοντάδες ουσίες Πλειοψηφία  υγροί υδρογονάνθρακες Διαλυμένοι στερεοί & αέριοι Διαλυμένες μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων ( S, N 2 , O 2 ) Υδρογονάνθρακες: Άκυκλοι κορεσμένοι  αλκάνια Κυκλικοί κορεσμένοι  κυκλοαλκάνια Αρωματικοί  βενζόλιο & παράγωγα Περιεκτικότητα ποικίλλει (?) Πετρέλαιο

Σχηματισμός πετρελαίου:

Διάφορες θεωρίες Επικρατέστερη: Φυτοζωική προέλευση Φυτικοί & ζωικοί οργανισμοί (κυρίως πλαγκτόν) πριν από εκατομμύρια χρόνια Καταπλακώθηκαν σε αμμώδεις/αργιλώδεις εκτάσεις από νερό θαλασσών/λιμνών Πίεση & υψηλές θερμοκρασίες  Χημικές αντιδράσεις  Μίγμα ουσιών (Πετρέλαιο) Σχηματισμός πετρελαίου

Διύλιση πετρελαίου:

Άντληση με γεωτρήσεις Ξηρά  ευκολότερη Υποθαλάσσια  δυσκολότερα (εξέδρες) Ελλάδα (;) Αργό πετρέλαιο (ακάθαρτο) Υγρό Καστανοκίτρινο ή καστανόμαυρο Χαρακτηριστική οσμή Αδιάλυτο στο νερό Πυκνότητα 0,8 – 0,95 g/ml  ? Διύλιση πετρελαίου

Διύλιση πετρελαίου:

Αργό πετρέλαιο  εμπορεύσιμα προϊόντα Καθαρισμός : απομάκρυνση μη υδρογονανθράκων (π.χ. S) Κλασματική απόσταξη : διαχωρισμός αναλόγως με σημεία ζέσης συστατικών Διύλιση πετρελαίου

Διύλιση πετρελαίου:

Προϊόντα απόσταξης: Πηγή ενέργειας (κυρίως) κ ίνηση Μ.Μ.Μ. θέρμανση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας … Παρασκευή άλλων χημικών (οργανικών) ουσιών  ΠΕΤΡΟΧΗΜΙΚΑ Διύλιση πετρελαίου

Βενζίνη:

Το σημαντικότερο κλάσμα της διύλισης Μίγμα υδρογονανθράκων (5-12 C) Μέσες τιμές  οκτανίου Αυξημένη ζήτηση Δ εν επαρκεί βενζίνη από κλασματική απόσταξη Π αραγωγή βενζίνης από ανώτερα κλάσματα (μεγαλύτερης θερμοκρασίας) που δεν έχουν ζήτηση  ΠΥΡΟΛΥΣΗ Βενζίνη

Βενζίνη - Πυρόλυση:

Θέρμανση κλασματος Καταλύτες ( Al 2 O 3 & SiO 2 ) Υδρογονάνθρακες με πολλά άτομα C  υδρογονάνθρακες με λιγότερα άτομα C Π.χ. δεκατριάνιο  οκτάνιο + πετροχημεία C 13 H 28  C 8 H 18 + CH 2 =CH 2 + CH 3 CH=CH 2 Βενζίνη πυρόλυσης καλύτερης ποιότητας από βενζίνη απόσταξης Βενζίνη εμπορίου  ανάμειξή τους Αριθμός οκτανίου: δείκτης ποιότητας βενζίνης (μεγαλύτερος α.ο . = καλύτερη βενζίνη) Καλύτεροι: υδρογονάνθρακες με διακλαδώσεις Αιθένιο + Προπένιο  πρώτη ύλη για πετροχημικά Βενζίνη - Πυρόλυση

1.2 Νάφθα - Πετροχημικά:

1.2 Νάφθα - Πετροχημικά Χημεία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

Νάφθα - Πετροχημικά:

Νάφθα Κλάσμα απόσταξης αργού πετρελαίου ανάμεσα από βενζίνη & κηροζίνη Αλκάνια 5-9 C Πετροχημεία Κλάδος βιομηχανικής χημείας Σύνολο μεθόδων παραγωγής χημικών προϊόντων με πρώτη ύλη το πετρέλαιο Νάφθα - Πετροχημικά

Πυρόλυση νάφθας:

Πρώτες ύλες πετροχημείας Αέριοι & υγροί υδρογονάνθρακες Κυρίως από νάφθα Διεργασία  πυρόλυση Προϊόντα: Αέριο νάφθας (καύσιμο) CH 4 : 75% H 2 : 5% C 4 H 10 : 5% Βενζίνη Κατώτεροι ακόρεστοι & αρωματικοί υδρογονάνθρακες Αιθένιο Προπένιο Βουτένιο 1,3-βουταδιένιο Βενζόλιο Πυρόλυση νάφθας

Πετροχημικά νάφθας:

Χρήση αυτών των «μικρών» υδρογονανθράκων Κατασκευή οργανικών προϊόντων (ακόμα & μεγαλομόρια πολύπλοκης δομής) μεγάλης τεχνολογικής & οικονομικής σημασίας Απορρυπαντικά Λιπάσματα Πολυμερή Υφάνσιμες ύλες Πετροχημικά νάφθας

1.3 Αλκάνια – μεθάνιο, φυσικό αέριο, βιοαέριο:

1.3 Αλκάνια – μεθάνιο, φυσικό αέριο, βιοαέριο Χημεία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

Φυσικό αέριο:

Αέριο μίγμα, κυρίως υδρογονανθράκων Συνυπάρχει με πετρέλαιο Κυρίως CH 4 ( μέχρι και 90%) Καύσιμο – πρώτη ύλη πετροχημικών ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ (έναντι πετρελαίου) Καθαρό καύσιμο (πλήρης καύση – απουσία S/N 2  απουσία ρύπων: SO 2 , CO x , NO x ) Μεγάλη θερμαντική ικανότητα Φυσικό αέριο

Αλκάνια:

Άκυκλοι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες: C v H 2v+2 CH 4  μεθάνιο C 2 H 6  CH 3 -CH 3  αιθάνιο C3H8  CH3-CH2-CH3  προπάνιο C4H 10 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3  βουτάνιο CH 3 -CH-CH 3  μεθυλοπροπάνιο CH 3 C 5 H 12 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2  πεντάνιο CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3  μεθυλοβουτάνιο CH 3 CH 3 c) CH 3 -C-CH 3  διμεθυλοπροπάνιο CH 3 Αλκάνια

Αλκάνια:

Βρίσκονται σε φυσικό αέριο & πετρέλαιο Μεθάνιο βρίσκεται και στο β ιοαέριο Βιοαέριο : Αέριο που παράγεται κατά τη σήψη της βιομάζας (σύνολο οργανικής ύλης που παράγουν ζώα & φυτά) Παρασκευές αλκανίων Φυσικές πρώτες ύλες  κλασματική απόσταξη πετρελαίου / φυσικού αερίου ( C 1-5 ) Εργαστηριακές παρασκευές υπόλοιπων Αλκάνια

Εργαστηριακές παρασκευές αλκανίων:

Αλκυλαλογονίδια: αντικατάσταση αλογόνου από υδρογόνο ( X H) RX + H 2  RH + HX CH 3 I + H 2  CH 4 + HI Αλκυλαλογονίδια: προσθήκη νατρίου ( Wurtz) : 2RX + 2Na  R-R + 2NaX 2CH 3 Br + 2Na  CH 3 CH 3 + 2NaBr Άλατα καρβοξυλικών οξέων: προσθήκη NaOH/KOH CH 3 COONa + NaOH  RH + Na 2 CO 3 Ακόρεστοι υδρογονάνθρακες: προσθήκη H C v H 2v + H 2  C v H 2v+2 Εργαστηριακές παρασκευές αλκανίων

Ιδιότητες αλκανίων:

Φυσικές ιδιότητες C 1- 4 : αέρια, άχρωμα, άοσμα, αδιάλυτα στο νερό C 5 - 16 : υγρά, οσμή πετρελαίου C 1 7&άνω : στερεά, άχρωμα, υφή κεριού (π.χ. βαζελίνη) Χημικές ιδιότητες Αδρανείς ενώσεις Σε κατάλληλες συνθήκες αντιδράσεις: Καύση Πυρόλυση Υποκατάσταση Ι διότητες αλκανίων

Καύση αλκανίων:

Πλήρης καύση (αφθονία O 2 ) C ν H 2 ν +2 + [ ( 3ν+1 ) /2] O 2 → ν CO 2 + (ν +1)H 2 O Παράδειγμα: 2CH 4 + 3O 2 → 2CO + 4H 2 O Αιθάνιο  ; Ατελής καύση (ανεπάρκεια O 2 ) Προϊόντα  CO, C Καύση αλκανίων

Πυρόλυση αλκανίων:

Θερμική διάσπαση – απουσία αέρα - πίεση Σχάση αλυσίδας – κυκλοποίηση – ισομερείωση – αφυδρογόνωση Προϊόντα  υδρογονάνθρακες: Κορεσμένοι – ακόρεστοι Μικρότερη μοριακή μάζα/Διακλαδισμένη αλυσίδα Διακλαδισμένες αλυσίδες  βελτίωση ποιότητας βενζίνης Πυρόλυση αλκανίων

Υποκατάσταση αλκανίων:

Υδρογόνα από άλλα στοιχεία Αλογόνα (αλογόνωση) Παρουσία φωτός (=φωτοχημική αντίδραση) Π.χ. χλωρίωση Υποκατάσταση αλκανίων

Χρήσεις αλκανίων:

Καύσιμα Πρώτες ύλες για πετροχημικά Π.χ. CH 4 : Καύσιμο – Πετροχημεία C 3 H 8 – C 4 H 10 : υγραέριο (γκαζάκια μίγμα υπό πίεση) C 5 H 12 – C 6 H 12 : πετρελαϊκός αιθέρας ( μίγμα)  διαλύτης C 7 H 16 -C 9 H 20 : καύσιμο (μίγμα)  βενζίνη C 20 &άνω : φαρμακευτική (βαζελίνη), κεριά (παραφίνη) Χρήσεις αλκανίων

1.4 Καυσαέρια – καταλύτες αυτοκινήτων:

1.4 Καυσαέρια – καταλύτες αυτοκινήτων Χημεία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

Καυσαέρια:

Καύση: Χημική ενέργεια  Θερμική Προβλήματα: Απώλειες (αναπόφευκτες, <60%) Ανεπιθύμητα προϊόντα  Ρύποι Σύσταση καυσαερίων Σχετικά αδρανή (μη τοξικά) : N 2 , CO 2 , H 2 O, O 2 Ρύποι : NO, NO 2 , CO, SO 2 , άκαυστοι υδρογονάνθρακες Καυσαέρια

Ρύποι:

Διοξείδιο του άνθρακα ( CO 2 ) Φαινόμενο του θερμοκηπίου  εγκλωβίζει ατκινοβολία στην ατμόσφαιρα  αύξηση θερμοκρασίας Μονοξείδιο του άνθρακα ( CO) «Σιωπηλός δολοφόνος»  άχρωμο, άγευστο, άοσμο Δέσμευση στην αιμοσφαιρίνη ισχυρότερα από ότι το O 2  ανεπάρκεια O 2 σε ιστούς  θάνατος Οξείδια του αζώτου ( NO, NO 2 ) Φωτοχημικό νέφος Όξινη βροχή Όζον σε χαμηλά επίπεδα της ατμόσφαιράς Ρύποι

Καταλύτες:

Αυτοκινήτων  ευγενή μέταλλα (π.χ. Pt , Rh) Επιταχύνουν χημικές αντιδράσεις μετατροπής επικίνδυνων ρύπων  αβλαβή CO, ά καυστοι υδρογονάνθρακες  CO 2 ΝΟ, ΝΟ 2  Ν 2 + Ο 2 Βενζίνη  Αμόλυβδη, αφού ο μόλυβδος Pb Δημιουργεί κράματα με τα ευγενή μέταλλα  απενεργοποίηση καταλύτη (δηλητηριάζεται) Φράζει διαύλους προς καταλύτη  τα καυσαέρια δε φτάνουν εκεί Καταλύτες