المواد العضوية تحتل مكانة مهمة في حياتنا. إنها المكون الرئيسي للبوليمرات التي تحيط بنا في كل مكان: هذه أكياس بلاستيكية ، ومطاط ، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى. مادة البولي بروبيلين ليست الخطوة الأخيرة في هذه السلسلة. يوجد أيضًا في مواد مختلفة ويستخدم في عدد من الصناعات مثل البناء والاستخدام المنزلي كمواد للأكواب البلاستيكية وغيرها من الاحتياجات الصغيرة (ولكن ليست على نطاق صناعي). قبل أن نتحدث عن عملية مثل ترطيب البروبيلين (والذي بفضله ، بالمناسبة ، يمكننا الحصول على كحول الأيزوبروبيل) ، دعنا ننتقل إلى تاريخ اكتشاف هذه المادة الضرورية للصناعة.
التاريخ
على هذا النحو ، ليس للبروبيلين تاريخ افتتاح. ومع ذلك ، تم اكتشاف البوليمر - البولي بروبيلين - في الواقع في عام 1936 من قبل الكيميائي الألماني الشهير أوتو باير. بالطبع ، كان معروفًا من الناحية النظرية كيف يمكن الحصول على هذه المواد المهمة ، لكن لم يكن من الممكن القيام بذلك في الممارسة العملية. لم يكن هذا ممكنًا إلا في منتصف القرن العشرين ، عندما اكتشف الكيميائيون الألمانيون والإيطاليون زيجلر ونات عاملًا مساعدًا لبلمرة الهيدروكربونات غير المشبعة (التي لها واحد أو أكثر من الروابط المتعددة) ، والتيفيما بعد أطلقوا عليه محفز زيجلر-ناتا. حتى تلك اللحظة ، كان من المستحيل تمامًا إجراء تفاعل البلمرة لمثل هذه المواد. كانت تفاعلات التكثيف المتعدد معروفة ، عندما يتم دمج المواد في سلسلة بوليمر ، مكونة منتجات ثانوية ، بدون تأثير عامل حفاز. لكن لم يكن من الممكن القيام بذلك باستخدام الهيدروكربونات غير المشبعة.
عملية أخرى مهمة مرتبطة بهذه المادة هي ترطيبها. كان البروبيلين في سنوات بداية استخدامه كثيرًا جدًا. وكل هذا يرجع إلى طرق استعادة البروبين التي اخترعتها شركات معالجة النفط والغاز المختلفة (تسمى هذه أحيانًا المادة الموصوفة). عندما تم تكسير الزيت ، كان منتجًا ثانويًا ، وعندما اتضح أن مشتقه ، كحول الأيزوبروبيل ، هو الأساس لتركيب العديد من المواد المفيدة للبشرية ، حصلت العديد من الشركات ، مثل BASF ، على براءة اختراع لطريقة إنتاجها وبدأت تجارة هذا المركب بالجملة. تمت تجربة عملية ترطيب البروبيلين وتطبيقها قبل البلمرة ، ولهذا السبب بدأ إنتاج الأسيتون وبيروكسيد الهيدروجين والأيزوبروبيلامين قبل مادة البولي بروبيلين.
عملية فصل البروبين عن الزيت ممتعة للغاية. عليه أن ننتقل الآن.
فصل البروبيلين
في الواقع ، من الناحية النظرية ، الطريقة الرئيسية هي عملية واحدة فقط: الانحلال الحراري للزيت والغازات المصاحبة. لكن التطبيقات التكنولوجية مجرد بحر. الحقيقة هي أن كل شركة تسعى جاهدة للحصول على طريقة فريدة وحمايتها.براءات الاختراع ، وغيرها من الشركات المماثلة تبحث أيضًا عن طرقها الخاصة لاستمرار إنتاج البروبين وبيعه كمواد خام أو تحويله إلى منتجات مختلفة.
الانحلال الحراري ("pyro" - نار ، "تحلل" - تدمير) هو عملية كيميائية لتفتيت جزيء معقد وكبير إلى جزيئات أصغر تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة ومحفز. النفط ، كما تعلم ، هو خليط من الهيدروكربونات ويتكون من كسور خفيفة ومتوسطة وثقيلة. من الأول ، يتم الحصول على أقل وزن جزيئي ، والبروبين والإيثان أثناء الانحلال الحراري. تتم هذه العملية في أفران خاصة. بالنسبة لشركات التصنيع الأكثر تقدمًا ، تختلف هذه العملية من الناحية التكنولوجية: يستخدم البعض الرمل كحامل للحرارة ، بينما يستخدم البعض الآخر الكوارتز ، بينما يستخدم البعض الآخر فحم الكوك ؛ يمكنك أيضًا تقسيم الأفران وفقًا لبنيتها: هناك مفاعلات أنبوبية وتقليدية ، كما يطلق عليها.
لكن عملية الانحلال الحراري تجعل من الممكن الحصول على البروبين النقي غير الكافي ، لأنه بالإضافة إلى ذلك ، يتم تكوين عدد كبير من الهيدروكربونات هناك ، والتي يجب فصلها بعد ذلك بطرق مستهلكة للطاقة. لذلك ، للحصول على مادة أنقى للترطيب اللاحق ، يتم أيضًا استخدام نزع الهيدروجين من الألكانات: في حالتنا ، البروبان. تمامًا مثل البلمرة ، لا تحدث العملية المذكورة أعلاه من تلقاء نفسها. يحدث انقسام الهيدروجين من جزيء هيدروكربون مشبع تحت تأثير المحفزات: أكسيد الكروم ثلاثي التكافؤ وأكسيد الألومنيوم.
حسنًا ، قبل الانتقال إلى قصة كيفية حدوث عملية الترطيب ، دعنا ننتقل إلى هيكل الهيدروكربون غير المشبع.
ملامح هيكل البروبيلين
البروبين نفسه هو العنصر الثاني فقط في سلسلة الألكين (الهيدروكربونات برابطة مزدوجة واحدة). من حيث الخفة ، فهو يأتي في المرتبة الثانية بعد الإيثيلين (الذي ، كما قد تتخيل ، يصنع البولي إيثيلين - البوليمر الأكثر ضخامة في العالم). في حالته الطبيعية ، البروبين هو غاز ، مثل "قريبه" من عائلة الألكان ، البروبان.
لكن الاختلاف الأساسي بين البروبان والبروبين هو أن الأخير له رابطة مزدوجة في تركيبته ، مما يغير خصائصه الكيميائية بشكل جذري. يسمح لك بربط مواد أخرى بجزيء هيدروكربوني غير مشبع ، مما ينتج عنه مركبات ذات خصائص مختلفة تمامًا ، وغالبًا ما تكون مهمة جدًا للصناعة والحياة اليومية.
حان الوقت للحديث عن نظرية رد الفعل ، والتي هي في الواقع موضوع هذا المقال. في القسم التالي ، سوف تتعلم أن ترطيب البروبيلين ينتج أحد أهم المنتجات الصناعية ، وكذلك كيفية حدوث هذا التفاعل وما هي الفروق الدقيقة فيه.
نظرية الترطيب
أولاً ، دعنا ننتقل إلى عملية أكثر عمومية - الذوبان - والتي تشمل أيضًا التفاعل الموصوف أعلاه. هذا تحول كيميائي يتكون من إضافة جزيئات المذيبات إلى الجزيئات الذائبة. في الوقت نفسه ، يمكنهم تكوين جزيئات جديدة ، أو ما يسمى بالمذابات ، وهي جزيئات تتكون من جزيئات من مادة مذابة ومذيب متصل بواسطة تفاعل إلكتروستاتيكي. نحن مهتمون فقطالنوع الأول من المواد ، لأنه أثناء ترطيب البروبيلين ، يتم تكوين مثل هذا المنتج في الغالب.
عند الذوبان بالطريقة الموضحة أعلاه ، يتم ربط جزيئات المذيب بالمذاب ، ويتم الحصول على مركب جديد. في الكيمياء العضوية ، يشكل الماء في الغالب الكحوليات ، والكيتونات ، والألدهيدات ، ولكن هناك بعض الحالات الأخرى ، مثل تكوين الجليكولات ، لكننا لن نتطرق إليها. في الواقع ، هذه العملية بسيطة للغاية ، لكنها في نفس الوقت معقدة للغاية.
آلية الترطيب
الرابطة المزدوجة ، كما تعلم ، تتكون من نوعين من توصيل الذرات: روابط pi و sigma. دائمًا ما تكون رابطة pi هي أول من ينكسر أثناء تفاعل الماء ، لأنها أقل قوة (لها طاقة ربط أقل). عندما ينكسر ، يتشكل مداران شاغران عند ذرتي كربون متجاورتين ، والتي يمكن أن تشكل روابط جديدة. جزيء الماء الموجود في المحلول على شكل جسيمين: أيون الهيدروكسيد والبروتون ، قادر على الانضمام على طول رابطة مزدوجة مكسورة. في هذه الحالة ، يتم توصيل أيون الهيدروكسيد بذرة الكربون المركزية ، والبروتون - بالثاني ، المتطرف. وهكذا ، أثناء ترطيب البروبيلين ، يتشكل البروبانول 1 أو كحول الأيزوبروبيل في الغالب. هذه مادة مهمة للغاية ، لأنه عندما تتأكسد ، يمكن الحصول على الأسيتون ، والذي يستخدم على نطاق واسع في عالمنا. قلنا أنه يتكون في الغالب ، لكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. يجب أن أقول هذا: المنتج الوحيد الذي تشكل أثناء ترطيب البروبيلين ، وهذا هو كحول الأيزوبروبيل.
هذا ، بالطبع ، كل التفاصيل الدقيقة. في الواقع ، يمكن وصف كل شيء بأنه أسهل بكثير. والآن سنكتشف كيف يتم تسجيل عملية مثل ترطيب البروبيلين في الدورة المدرسية.
رد الفعل: كيف يحدث
في الكيمياء ، عادةً ما يتم الإشارة إلى كل شيء ببساطة: بمساعدة معادلات التفاعل. لذلك يمكن وصف التحول الكيميائي للمادة قيد المناقشة بهذه الطريقة. يستمر ترطيب البروبيلين ، الذي تكون معادلة تفاعله بسيطة للغاية ، على مرحلتين. أولاً ، تم كسر رابطة pi ، وهي جزء من المضاعفة. ثم يقترب جزيء الماء على شكل جسيمين ، أنيون الهيدروكسيد وكاتيون الهيدروجين ، من جزيء البروبيلين ، الذي يحتوي حاليًا على موقعين شاغرين لتكوين الروابط. يشكل أيون الهيدروكسيد رابطة مع ذرة الكربون الأقل هدرجة (أي بالذرة التي يرتبط بها عدد أقل من ذرات الهيدروجين) ، والبروتون ، على التوالي ، مع الطرف المتبقي. وبالتالي ، يتم الحصول على منتج واحد: الكحول أحادي الهيدرات المشبع الأيزوبروبانول.
كيفية تسجيل رد فعل؟
الآن سوف نتعلم كيف نكتب بلغة كيميائية تفاعلًا يعكس عملية مثل ترطيب البروبيلين. الصيغة التي نحتاجها هي: CH2=CH - CH3. هذه هي صيغة المادة الأصلية - البروبين. كما ترى ، فهو يحتوي على رابطة مزدوجة مميزة بعلامة "=" ، وهذا هو المكان الذي سيتم فيه إضافة الماء عندما يتم ترطيب البروبيلين. يمكن كتابة معادلة التفاعل على النحو التالي: CH2=CH - CH3+ H2O=CH3- CH (OH) - CH3. مجموعة الهيدروكسيل بين قوسين تعنيأن هذا الجزء ليس في مستوى الصيغة ، ولكن أسفل أو أعلى. هنا لا يمكننا إظهار الزوايا بين المجموعات الثلاث الممتدة من ذرة الكربون الوسطى ، لكن دعنا نقول إنها متساوية تقريبًا مع بعضها البعض وتشكل 120 درجة.
أين يتم تطبيقه؟
قلنا بالفعل أن المادة التي تم الحصول عليها أثناء التفاعل تُستخدم بنشاط في تخليق مواد حيوية أخرى. إنه مشابه جدًا في هيكله للأسيتون ، والذي يختلف عنه فقط في أنه بدلاً من مجموعة الهيدروكسو توجد مجموعة كيتو (أي ذرة أكسجين متصلة بواسطة رابطة مزدوجة بذرة نيتروجين). كما تعلم ، يتم استخدام الأسيتون نفسه في المذيبات والورنيش ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه ككاشف لمزيد من تخليق المواد الأكثر تعقيدًا ، مثل البولي يوريثان ، وراتنجات الإيبوكسي ، وأسيتيك أنهيدريد ، وما إلى ذلك.
تفاعل إنتاج الأسيتون
نعتقد أنه سيكون من المفيد وصف تحول كحول الأيزوبروبيل إلى أسيتون ، خاصة وأن هذا التفاعل ليس معقدًا للغاية. بادئ ذي بدء ، يتم تبخير البروبانول وأكسدته بالأكسجين عند درجة حرارة 400-600 درجة مئوية على محفز خاص. يتم الحصول على منتج نقي جدًا عن طريق إجراء التفاعل على شبكة فضية.
معادلة التفاعل
لن ندخل في تفاصيل آلية تفاعل أكسدة البروبانول مع الأسيتون ، لأنها معقدة للغاية. نحن نقيد أنفسنا بمعادلة التحول الكيميائي المعتادة: CH3- CH (OH) - CH3+ O2=CH3- C (O) - CH3+H2O. كما ترى ، كل شيء بسيط للغاية على الرسم التخطيطي ، لكن الأمر يستحق الخوض في العملية ، وسنواجه عددًا من الصعوبات.
الخلاصة
لذا قمنا بتحليل عملية ترطيب البروبيلين ودرسنا معادلة التفاعل وآلية حدوثه. المبادئ التكنولوجية المدروسة تكمن وراء العمليات الحقيقية التي تحدث في الإنتاج. كما اتضح ، فهي ليست صعبة للغاية ، لكن لها فوائد حقيقية في حياتنا اليومية.
