سال اول دبیرستان

بخش ۴

طلای سیاه ، اندوخته روبه پایان

شامل : خلاصه درس سوالات و…

پس از آب ، نفت فراوان ترین مایع در بخش های بالایی پوسته زمین است . نفت یک منبع غنی از مواد شیمیایی است . حدود ۸۷% هر بشکه نفت برای سوزاندن و ۱۳% برای ساخت بکار می رود . بی توجهی در مصرف نفت باعث ورود مقادیر زیادی Co2 در هوا و آلودگی هوا می شود .

به زغال سنگ ، نفت خام و گاز طبیعی ، سوخت های فسیلی می گویند . سوخت های فسیلی منابعی تجدید ناپذیرند زیرا تشکیل آنها بسیار آهسته است و سرانجام روزی تمام خواهد شد .

پالایش نفت خام

نفتی که از چاه بیرون آورده می شود نفت خام نام دارد . پس از جداکردن نمک ها و اسید ها ،هیدروکربن های باقی مانده را پالایش می کنند . عمل پالایش با تقطیر جزء به جزء نفت خام انجام می شود . در آغاز نفت خام را در کوره تا Cْ 400 گرم می کنند سپس آن را با پمپ به پائین برج تقطیر که بیش از ۳۰ متر ارتفاع دارد می فرستند . مولکول های کوچکتر و سبکتر و زود جوش تر به سوی بالا ستون تقطیر می روند و مولکول ها یسنگین تر و دیر جوش تر به سمت پائین برج می روند .(مطابق شکل ۴- یک برج تقطیر، صفحه ۱۱۸ کتاب.)

برش گازی نفت شامل ترکیبهایی با نقطه جوش پائین است . مولکول های این گازها از ۱ تا ۴اتم کربن دارند . برش های مایع نفت که شامل بنزین ، نفت و روغن های سنگین تر هستند شامل مولکول های ۵ تا ۲۰ کربن هستند . برش جامد و روغنی که حتی در دماهای بالا بخار نمی شوند مولکول هایی با بیش از ۲۰ اتم کربن هستند .

شیمی آلی

بخشی از علم شیمی است که درباره مواد آلی گفتگو می کند . ویژگی آشکار ترکیب های آلی وجود اتمهای کربن در همه آنهاست . از این رو شیمی آلی را شیم یترکیب های کربن نیز می گویند .

هیدروکربن های سیر شده یا آلکان ها

در یک آلکان ، هر اتم کربن با چهار پیوند به چهار اتم دیگر متصل شده است . این ، بیش ترین تعداد اتمی است که می تواند به یک اتم کربن دیگر متصل شود . به این علت آلکان ها راهیدروکربنهای سیر شده می گویند . نام اعضای این خانواده از دو بخش تشکیل شده است . بخش اول تعداد اتم های کربن و بخش دوم لفظ " ان " است. متان نخستین و ساده ترین عضو این گروه است . متان – اتان – پروپان – بوتان – نپتان – هگزان – هپتان – اوکتان – نونان – دکان – نام آلکان های ۱ کربنه تا ۱۰ کربنه است .

آلکان ها می توانند راست زنجیر یا شاخه دار باشند . مولکول هایی که فرم مولکولی یکسان دارند ، اما آرایش اتم ها در آنها متفاوت است . هم پاریاایزوم می نامند . آلکان هایی که چهار یا تعداد بیش تری اتم کربن داشته باشند دارای ایزوم هستند . همه ی آلکان ها ، گازها ، مایع ها یا جامدهایی بی رنگ هستند که با افزایش اعداد کربن به نقطه جوش و گرانوری آنها افزایش می یابد . همه ی آلکان ها در هوا با شعله زرد – آبی تمیزی می سوزند .

سوختن هیدروکربن ها

انرژی نورانی و گرمایی + آب + گازکربن دی اکسید = گاز اکسیژن + هیدروژن
معادله بالا ، سوختن کامل یک هیدروکربن را نشان می دهد . انرژی آزاد شده را می توان بر حسب KG/mol بیان کرد .

اگر مقدار اکسیژن کافی نباشد ، سوختن ناقص خواهد بود .
در سوختن ناقص ، افزون بر کربن د یاکسید آب ، مقداری کربن مونوکسید (Co) نیز تشکیل می شود و در صورتی که اکسیژن باز هم کمتر شود ، مقداری دوده به عنوان فرآورده های مرغی تولید می شود .

بهبود کیفیت سوخت

در سال ۱۹۱۳ ، شیمیدان ها فرآیند کراکینگ را برای شکستن مولکول های نفت چراغ به مولکول های کوچک تر طراح یمی کردند . در این فرآیند ، نفت چراغ تا حدود Cْ 700 گرم می شود . برا ینمونه ممکن است یک مولکول با ۱۶ اتم کربن شکسته شود و دو مولکول با ۸ اتم کربن به وجود آید . در عمل می توان مولکول هایی را که از ۱ تا ۱۴ یا تعداد بیش تری اتم کربن دارند ، از راه کراکینگ مولکول های بزرگ تر بدست آورد . مولکول های ۵ تا ۱۲ کربنه برای استفاده در بنزین سودمند هستند . به طور معمول بیش از یک سوم نفت خام کراکینگ می شود . بازده این فرآیند را با افزودن کاتالیز گرمای مناسب مانند آلومینیوم اکسید (AL2O3 ) بالا برده اند . فرایند کراکینگ کاتالیزی از نظر مصرف انرژی کارایی بهتری دارد زیرا به جای Cْ۷۰۰ رد دمای Cْ 500 انجام می شود .

عدد اوکتان و روش های بالا بردن آن

بنزینی که بیشتر از آلکان های راست زنجیر مانند هگزان ، هپتان ، و اوکتان تشکیل شده است ، به آسانی می سوزد و موجب کوبش (تق تق کردن ) موتور می شود .
آلکانهای شاخ دار در موتور خودروها بهتر از آلکان های راست زنجیر می شوند . مثلاً ایزواوکتان که یکی از همپارهای اوکتان است . بسیار خوش سوز می باشد .
عدد اوکتان ، عددی برای بیان کردن میزان خوش سوزی یک هیدروکربن است .هرچی عدد اوکتان بزرگتر باشد خواص ضد کوبش بنزین بیشتر است و بنزین مرغوب تر است . یک راه نسبتاً ارزان برای بالا بردن عدد اوکتان افزودن تترا اتیل سرب pb ئ ۴(C2H5) به بنزین است .

هیدروکربن های سیرنشده

HTML clipboard

در این نوع هیدروکربن ها حداقل دو اتم کربن می توان یافت که به جای چهار اتم ، تنها با سه یا دو اتم پیوند دارد . آلکن ها و آلکین ها و اتین ساده ترین عضو آلکین هاست .

اتن (اتیلن )

HTML clipboard

اتین (استیلن )

واکنش پذیری هیدروکربن های سیر نشده ، بیشتر از آلکان ها است .

فرآورده های پتروشیمیایی

امروزه بسیاری از اشیاء و مواد متداول ساختنی هستند که به وسیله صنایع شیمیایی از نفت یا گاز طبیعی به دست می آیند . این ترکیب ها را فرآورده های پتروشیمیایی می نامند .برخی از این مواد مثل پاک کننده ، حشره کش ها و مواد دارویی و آرایشی به طور مستقیم استفاده می شوند و ل یبیشتر این مواد به عنوان ماده اولیه در تولید ترکیب های دیگر به ویژه پلاستیک ها بکار می روند .

کاربرد اتن در پتروشیمی

HTML clipboard

یکی از آلکن های مهم صنعتی اتن است . واکنش پذیری پیوند ده گانه در اتن بسیار زیاد است . از این رو به آسانی می توان آن را به بسیاری از فرآورده ها یسودمند تبدیل کرد . برای مثل وقتی که یک مولکول آب با پیوند دوگانه ی یک مولکول اتن واکنش می دهد اتانول که یک ترکیب سیرشده است و کاربردهای بسیار زیادی دارد تشکیل می شود .

اتانول (اتین الکل )آباتن (اتیلن )

همچنین از اتن برای تهیه پلاستیک ، پل یتن (پلی اتیلن ) استفاده می شود که از آن در ساخت کیسه های پلاستیکی و ورقه ها یبسته بندی استفاده می کنند .

پلی تن یکی از بسپارهای (پلیمرهای ) مهم صنعتی است .

بخش ۴_قسمت دوم

جایگزین نفت

یکی از جایگزین های احتمالی نفت ، تولید سوخت مایع از ذغال سنگ است . انرژی هسته ای ، انرژی خورشیدی ، انرژی باد ، انرژی موج های دریا و انرژی زمین گرمایی هم می توانند منابی برای تامین انرژی باشند . همچنین گاز طبیعی که بیشتر CH4 است و به صورت فشرده در مخزن های CNG که قابل پر شدن دوباره هستند را می توان به عنوان سوخت خوردروها جایگزین کرد . برای ساختن هم م یتوان از جایگزین هایی مثل زغال سنگ ، آب و هوا استفاده کرد .

خود آزمایی
۱- کدام آلکان زیر سریعتر از لیوان بیرون می ریزد؟

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

۲- فرمول CnH2n+2 مربوط به کدام است ؟

الف) آلکان
ب) آلکن
ج) آلکین
د) همپار

۳- کدام فرآورده زیر در سوختن کامل و ناقص یک آلکان تولید می شود ؟

الف) C
ب)Co
ج)۲Co
د) H2O

۴- از سوختن یک مول از کدام آلکان های زیر انرژی گرمایی بیشتری آزاد می شود ؟

الف) متان
ب) بوتان
ج) اوکتان
د) هپتان

۵- کدامیک کاتالیزگر فرآیند کراکینگ است ؟

الف) SO2
ب) Fe3O4
ج) Fe2O3
د) AL2O3

۶- کدام هیدروکربن های زیر در موتور خودروها بهتر می سوزد ؟

الف) آلکان های راست زنجیر
ب) آلکن های راست زنجیر
ج) آلکان ها یشاخه دار
د) هگزان و هپتان