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