بخش ۴_قسمت دوم

جايگزين نفت

يکي از جايگزين هاي احتمالي نفت ، توليد سوخت مايع از ذغال سنگ است . انرژي هسته اي ، انرژي خورشيدي ، انرژي باد ، انرژي موج هاي دريا و انرژي زمين گرمايي هم مي توانند منابي براي تامين انرژي باشند . همچنين گاز طبيعي که بيشتر CH4 است و به صورت فشرده در مخزن هاي CNG که قابل پر شدن دوباره هستند را مي توان به عنوان سوخت خوردروها جايگزين کرد . براي ساختن هم م يتوان از جايگزين هايي مثل زغال سنگ ، آب و هوا استفاده کرد .

خود آزمايي ۱- کدام آلکان زير سريعتر از ليوان بيرون مي ريزد؟

الف) C10H22 ب) C16H34 ج) C8H18 د)C15H32

۲- فرمول CnH2n+2 مربوط به کدام است ؟

الف) آلکان ب) آلکن ج) آلکين د) همپار

۳- کدام فرآورده زير در سوختن کامل و ناقص يک آلکان توليد مي شود ؟

الف) C ب)Co ج)2Co د) H2O

۴- از سوختن يک مول از کدام آلکان هاي زير انرژي گرمايي بيشتري آزاد مي شود ؟

الف) متان ب) بوتان ج) اوکتان د) هپتان

۵- کداميک کاتاليزگر فرآيند کراکينگ است ؟

الف) SO2 ب) Fe3O4 ج) Fe2O3 د) AL2O3

۶- کدام هيدروکربن هاي زير در موتور خودروها بهتر مي سوزد ؟

الف) آلکان هاي راست زنجير ب) آلکن هاي راست زنجير ج) آلکان ها يشاخه دار د) هگزان و هپتان

۷- افزايش تترااتيل سرب چند عدد بر عع اوکتان بنزين اضافه مي کند ؟

الف) يک ب) دو ج) سه د) چهار

۸- دماي ذوب و جوش آلکان ها با افزايش جرم مولي .......... و گرانوري آنها .......... مي يابد .

الف) کاهش – کاهش ب) افزايش – افزايش ج) افزايش – کاهش د) کاهش افزايش

۹- وارد شدن عنصرها يديگر در ساختار هيدروکربن ها کدام ويژگي زير را به شدت تغيير مي دهد ؟

الف) دماي جوش ب) دماي ذوب ج) گرانوري د) واکنش پذيري

۱۰- تفاوت آلکان هاي راست زنجير باهم درکدام است ؟

الف) در تعداد اتم هاي کربن ب) در تعداد عامل (- CH2 - ) ج) در تعداد اتم هاي هيدروژن د) هر سه مورد درست است .

کليد سئوالات

سئوالات تشريحي

۱- به نظر شما چگونه مي توان تمام شدن نفت را که يک منبع تمديد ناپذير است به تاخير انداخت ؟ ۲- از بنزين ، گازوئيل و قير کداميک سرعيتر جاري مي شود ؟ ۳- منظور از برش نفتي چيست ؟ شرح دهيد ۴- عمل کراکنيک چيست و به چه منظور انجام مي شود ؟ ۵- چرا متان با اينکه فراوان تر از اتن (اتيلن ) است در صنايع پتروشيميايي بکار نمي رود ؟ ۶- انواع سوختن هيدروکربن ها را بنويسيد . ۷- ويژگي مهم آلکان ها چيست ؟ ۸- تفاوت هيدروکربن هاي سير شده و سير نشده در چيست ؟ ۹- براي ساختن ، چه چيزهايي را مي توان به جاي نفت جايگزين کرد ؟ ۱۰- واژه هاي زير را شرح دهيد . عدد اوکتان – فراورده ها يپتروشيمايي – گرانوري – هم پار – شيمي آلي – آلکان

بخش ۴ طلاي سياه ، اندوخته روبه پايان

پس از آب ، نفت فراوان ترين مايع در بخش هاي بالايي پوسته زمين است . نفت يک منبع غني از مواد شيميايي است . حدود 87% هر بشکه نفت براي سوزاندن و 13% براي ساخت بکار مي رود . بي توجهي در مصرف نفت باعث ورود مقادير زيادي Co2 در هوا و آلودگي هوا مي شود . به زغال سنگ ، نفت خام و گاز طبيعي ، سوخت هاي فسيلي مي گويند . سوخت هاي فسيلي منابعي تجديد ناپذيرند زيرا تشکيل آنها بسيار آهسته است و سرانجام روزي تمام خواهد شد .

پالايش نفت خام

نفتي که از چاه بيرون آورده مي شود نفت خام نام دارد . پس از جداکردن نمک ها و اسيد ها ،هيدروکربن هاي باقي مانده را پالايش مي کنند . عمل پالايش با تقطير جزء به جزء نفت خام انجام مي شود . در آغاز نفت خام را در کوره تا Cْ 400 گرم مي کنند سپس آن را با پمپ به پائين برج تقطير که بيش از 30 متر ارتفاع دارد مي فرستند . مولکول هاي کوچکتر و سبکتر و زود جوش تر به سوي بالا ستون تقطير مي روند و مولکول ها يسنگين تر و دير جوش تر به سمت پائين برج مي روند .(مطابق شکل ۴- يک برج تقطير، صفحه 118 کتاب.) برش گازي نفت شامل ترکيبهايي با نقطه جوش پائين است . مولکول هاي اين گازها از ۱ تا ۴ اتم کربن دارند . برش هاي مايع نفت که شامل بنزين ، نفت و روغن هاي سنگين تر هستند شامل مولکول هاي ۵ تا 20 کربن هستند . برش جامد و روغني که حتي در دماهاي بالا بخار نمي شوند مولکول هايي با بيش از 20 اتم کربن هستند .

شيمي آلي

بخشي از علم شيمي است که درباره مواد آلي گفتگو مي کند . ويژگي آشکار ترکيب هاي آلي وجود اتمهاي کربن در همه آنهاست . از اين رو شيمي آلي را شيم يترکيب هاي کربن نيز مي گويند .

هيدروکربن هاي سير شده يا آلکان ها

در يک آلکان ، هر اتم کربن با چهار پيوند به چهار اتم ديگر متصل شده است . اين ، بيش ترين تعداد اتمي است که مي تواند به يک اتم کربن ديگر متصل شود . به اين علت آلکان ها راهيدروکربنهاي سير شده مي گويند . نام اعضاي اين خانواده از دو بخش تشکيل شده است . بخش اول تعداد اتم هاي کربن و بخش دوم لفظ " ان " است. متان نخستين و ساده ترين عضو اين گروه است . متان – اتان – پروپان – بوتان – نپتان - هگزان – هپتان – اوکتان – نونان – دکان – نام آلکان هاي ۱ کربنه تا 10 کربنه است . آلکان ها مي توانند راست زنجير يا شاخه دار باشند . مولکول هايي که فرم مولکولي يکسان دارند ، اما آرايش اتم ها در آنها متفاوت است . هم پارياايزوم مي نامند . آلکان هايي که چهار يا تعداد بيش تري اتم کربن داشته باشند داراي ايزوم هستند . همه ي آلکان ها ، گازها ، مايع ها يا جامدهايي بي رنگ هستند که با افزايش اعداد کربن به نقطه جوش و گرانوري آنها افزايش مي يابد . همه ي آلکان ها در هوا با شعله زرد – آبي تميزي مي سوزند .

سوختن هيدروکربن ها

انرژي نوراني و گرمايي + آب + گازکربن دي اکسيد = گاز اکسيژن + هيدروژن معادله بالا ، سوختن کامل يک هيدروکربن را نشان مي دهد . انرژي آزاد شده را مي توان بر حسب KG/mol بيان کرد . اگر مقدار اکسيژن کافي نباشد ، سوختن ناقص خواهد بود . در سوختن ناقص ، افزون بر کربن د ياکسيد آب ، مقداري کربن مونوکسيد (Co) نيز تشکيل مي شود و در صورتي که اکسيژن باز هم کمتر شود ، مقداري دوده به عنوان فرآورده هاي مرغي توليد مي شود .

بهبود کيفيت سوخت

در سال ۱۹۱۳ ، شيميدان ها فرآيند کراکينگ را براي شکستن مولکول هاي نفت چراغ به مولکول هاي کوچک تر طراح يمي کردند . در اين فرآيند ، نفت چراغ تا حدود Cْ 700 گرم مي شود . برا ينمونه ممکن است يک مولکول با 16 اتم کربن شکسته شود و دو مولکول با ۸ اتم کربن به وجود آيد . در عمل مي توان مولکول هايي را که از ۱ تا 14 يا تعداد بيش تري اتم کربن دارند ، از راه کراکينگ مولکول هاي بزرگ تر بدست آورد . مولکول هاي ۵ تا ۱۲ کربنه براي استفاده در بنزين سودمند هستند . به طور معمول بيش از يک سوم نفت خام کراکينگ مي شود . بازده اين فرآيند را با افزودن کاتاليز گرماي مناسب مانند آلومينيوم اکسيد (AL2O3 ) بالا برده اند . فرايند کراکينگ کاتاليزي از نظر مصرف انرژي کارايي بهتري دارد زيرا به جاي Cْ700 رد دماي Cْ 500 انجام مي شود .

عدد اوکتان و روش هاي بالا بردن آن

بنزيني که بيشتر از آلکان هاي راست زنجير مانند هگزان ، هپتان ، و اوکتان تشکيل شده است ، به آساني مي سوزد و موجب کوبش (تق تق کردن ) موتور مي شود . آلکانهاي شاخ دار در موتور خودروها بهتر از آلکان هاي راست زنجير مي شوند . مثلاً ايزواوکتان که يکي از همپارهاي اوکتان است . بسيار خوش سوز مي باشد . عدد اوکتان ، عددي براي بيان کردن ميزان خوش سوزي يک هيدروکربن است .هرچي عدد اوکتان بزرگتر باشد خواص ضد کوبش بنزين بيشتر است و بنزين مرغوب تر است . يک راه نسبتاً ارزان براي بالا بردن عدد اوکتان افزودن تترا اتيل سرب pb ئ 4(C2H5) به بنزين است .

هيدروکربن هاي سيرنشده

در اين نوع هيدروکربن ها حداقل دو اتم کربن مي توان يافت که به جاي چهار اتم ، تنها با سه يا دو اتم پيوند دارد . آلکن ها و آلکين ها و اتين ساده ترين عضو آلکين هاست .

اتن (اتيلن )

اتين (استيلن )

واکنش پذيري هيدروکربن هاي سير نشده ، بيشتر از آلکان ها است .

فرآورده هاي پتروشيميايي

امروزه بسياري از اشياء و مواد متداول ساختني هستند که به وسيله صنايع شيميايي از نفت يا گاز طبيعي به دست مي آيند . اين ترکيب ها را فرآورده هاي پتروشيميايي مي نامند .برخي از اين مواد مثل پاک کننده ، حشره کش ها و مواد دارويي و آرايشي به طور مستقيم استفاده مي شوند و ل يبيشتر اين مواد به عنوان ماده اوليه در توليد ترکيب هاي ديگر به ويژه پلاستيک ها بکار مي روند .

کاربرد اتن در پتروشيمي

يکي از آلکن هاي مهم صنعتي اتن است . واکنش پذيري پيوند ده گانه در اتن بسيار زياد است . از اين رو به آساني مي توان آن را به بسياري از فرآورده ها يسودمند تبديل کرد . براي مثل وقتي که يک مولکول آب با پيوند دوگانه ي يک مولکول اتن واکنش مي دهد اتانول که يک ترکيب سيرشده است و کاربردهاي بسيار زيادي دارد تشکيل مي شود .

اتانول (اتين الکل )آباتن (اتيلن )

همچنين از اتن براي تهيه پلاستيک ، پل يتن (پلي اتيلن ) استفاده مي شود که از آن در ساخت کيسه هاي پلاستيکي و ورقه ها يبسته بندي استفاده مي کنند .

پلي تن يکي از بسپارهاي (پليمرهاي ) مهم صنعتي است .