Значение углеводородов в жизни человека кратко

Обновлено: 02.07.2024

Природные источники углеводородов и их использование

Изученные нами углеводороды имеют большое практическое значение, так как широко используются в качестве топлива, а также служат сырьём для получения множества органических веществ.

Наиболее важные источники углеводородов — природный газ и нефть.

Природный газ

Основной составной частью природного газа является метан. Кроме метана, в природном газе присутствуют этан, пропан и бутаны. Обычно чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержание в природном газе. Состав природного газа различных месторождений неодинаков. В таблице 21.1 приведено примерное содержание веществ в природном газе.

Таблица 21.1. Примерный состав природного газа

Содержание в % по объёму

Природный газ используется в основном в качестве топлива. Он имеет ряд преимуществ над твёрдым и жидким топливом: при его сгорании выделяется больше тепла, он не оставляет золы, продукты его сгорания более экологически чистые. Природный газ используется на тепловых электростанциях, в качестве горючего для газовых плит, топлива для автомобилей и т. д.

Нефть

Физические свойства и состав нефти

Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом (рис. 21.1). Она легче воды и в воде не растворяется. Основными компонентами нефти являются жидкие и растворённые в них твёрдые углеводороды. То есть нефть является смесью углеводородов. В основном это алканы, циклоалканы и ароматические углеводороды. Соотношение этих углеводородов в нефти различных месторождений может существенно различаться.

Для того чтобы выделить из нефти полезные для нужд человека продукты, её подвергают переработке.

Первичная переработка нефти

Нефть не имеет определённой температуры кипения, так как является смесью углеводородов, имеющих различные температуры кипения. В процессе нагревания нефти из неё выделяют сначала наиболее лёгкие углеводороды (они имеют низкие температуры кипения), а затем более тяжёлые.

Смесь углеводородов, собранных в процессе перегонки нефти в определённом интервале температур, называется фракцией.

Рассмотрим некоторые фракции нефти.

Бензиновая фракция перегоняется в интервале температур от 40 до 200 °С и содержит углеводороды C₅ — C₁₁. Как следует из названия, эта фракция используется для получения бензина.

Лигроин перегоняется при температуре от 120 до 240 °С и содержит углеводороды C₈ — C₁₄. Лигроин применяется для получения бензина и дизельного топлива, а также в качестве растворителя.

Керосин — перегоняется в интервале температур от 180 до 300 °С и содержит углеводороды C₁₂ — C₁₈. Он применяется как горючее для реактивных двигателей (авиационный керосин), для бытовых нагревательных приборов, в качестве растворителя и для получения дизельного топлива.

Процесс перегонки нефти не сопровождается изменением структуры образующих её углеводородов, а заключаются только в разделении на отдельные компоненты, то есть являются физическим процессом. Такой процесс называют первичной переработкой нефти.

Октановое число бензина

Смесь паров бензина с воздухом поступает в цилиндр двигателя. Когда поршень цилиндра достигает верхней точки, то есть максимально сжимает смесь, искра свечи зажигания её воспламеняет. Образовавшиеся газы толкают поршень вниз, он совершает работу, в результате которой автомобиль движется. Это описание касается нормальной работы двигателя. Но возможна ситуация, когда бензиново-воздушная смесь воспламенится в цилиндре до поджигания за счёт повышения её температуры при сжатии. Этот процесс называется детонацией. Детонация очень вредна для двигателя, она снижает мощность и приводит к преждевременному износу деталей и даже к поломке двигателя.

Для характеристики детонационной стойкости бензинов используется октановое число. Октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Октановое число н-гептана, чрезвычайно легко детонирующего, принято за 0. Смесь н-гептана и изооктана имеет октановое число, равное содержанию в ней изооктана (в процентах по объёму). Например, смесь, содержащая 92 % по объёму изооктана и 8 % н-гептана, имеет октановое число равное 92. Если бензин имеет октановое число, равное 92, то это значит, что он допускает такое же сжатие в цилиндре без детонации, как смесь из 92 % изооктана и 8 % н-гептана. Октановые числа фигурируют в названии марки бензина, например АИ-92, АИ-95 и др. Проезжая мимо автозаправочной станции, можно убедиться, что чем выше октановое число, тем дороже бензин.

Оказывается, что наиболее стойкими к детонации являются ароматические углеводороды и углеводороды разветвлённого строения. Эти углеводороды характеризуются высокими октановыми числами, иногда больше 100. Октановые числа неразветвлённых углеводородов, наоборот, низкие (табл. 21.2).

Таблица 21.2. Октановые числа некоторых углеводородов

В нефти преобладают углеводороды неразветвлённого строения. Поэтому бензин, получаемый в процессе перегонки нефти, имеет низкое октановое число (обычно ниже 65) и не может использоваться в двигателях современных автомобилей. В связи с этим, фракции нефти, полученные при перегонке, подвергают дальнейшей переработке, связанной с изменением структуры входящих в них углеводородов. Эти процессы называются вторичной переработкой нефти.

Вторичная переработка нефти

Крекинг

Бензиновая фракция составляет лишь небольшую долю от всей добываемой нефти, и получаемый в процессе перегонки бензин не может удовлетворить спрос на него. Поэтому одной из задач вторичной переработки нефти является превращение тяжёлых углеводородов в углеводороды бензиновой фракции. Для этого молекулы с большим числом атомов углерода расщепляются на более мелкие. Этот процесс называется крекингом.

При высоких температурах происходит расщепление химических связей углерод-углерод, в результате чего молекулы углеводородов с длинной цепью атомов углерода превращаются в углеводороды с более короткой цепью, например:

Как видно из приведённого примера, из углеводорода состава C₁₂H₂₆ образовалась смесь алкана и алкена с числом атомов углерода в молекулах, равным 6, что соответствует бензиновой фракции. Следует отметить, что расщепление молекулы исходного вещества может происходить по любой связи углерод-углерод, например:

В результате образуется смесь предельных и непредельных углеводородов преимущественно неразветвлённого строения. Описанный процесс называется термическим крекингом. Термический крекинг проводится при температурах до 800 °С. Чем выше температура крекинга, тем сильнее дробятся молекулы исходных веществ. Так, при температурах около 800 °С образуется большое количество газообразных алкенов (этена, пропена и бутенов), которые используются для получения полимеров.

Недостатком термического крекинга является большое содержание в его продуктах углеводородов неразветвлённого строения. Поэтому полученный таким способом бензин имеет невысокое октановое число (обычно не выше 70). Бензин с более высоким октановым числом можно получить в результате каталитического крекинга. Каталитический крекинг осуществляется при более низких температурах (400–500 °С) в присутствии катализаторов. В этих условиях, наряду с расщеплением молекул, происходит изомеризация получающихся углеводородов (§ 10), то есть образуются углеводороды разветвлённого строения.

Риформинг

Ещё более эффективным способом получения бензина с высоким октановым числом является риформинг — процесс превращения алканов в ароматические углеводороды при нагревании на катализаторе. Например, при нагревании гексана на платиновом катализаторе он превращается в бензол:

Как видно, в ходе описанных реакций от молекул алканов отщепляются четыре молекулы водорода и образуются циклические ароматические углеводороды, поэтому данные процессы называют дегидроциклизацией, или ароматизацией, алканов. Дегидроциклизация алканов используется не только для повышения октанового числа бензина, но и с целью получения бензола и его гомологов.

Использование процессов вторичной переработки нефти позволяет довести выход бензина с 15 % (первичная переработка) до примерно 60 %. Кроме этого, в процессах вторичной переработки образуется большое число ценных веществ, которые являются сырьём для получения полимеров и других продуктов.

Защита окружающей среды

Описанные процессы связаны с переработкой гигантских объёмов нефти, которые составляют несколько миллиардов тонн в год. В связи с этим первостепенное значение имеет защита окружающей среды при добыче нефти и её переработке.

Попадание нефти и нефтепродуктов в окружающую среду чрезвычайно опасно. Это связано как с пожаро- и взрывоопасностью углеводородов, таки с токсичностью компонентов нефти и продуктов их превращений. Загрязнение нефтью может достигать очень больших масштабов. Так, одна тонна нефти способна покрыть тонкой плёнкой участок поверхности моря площадью до тысячи гектаров. Поэтому в настоящее время актуальны вопросы, связанные не только с эффективностью добычи и переработки нефти, но и с безопасностью этих процессов. Кроме этого, большое внимание приходится уделять проблемам безопасности при транспортировке и использовании нефти и нефтепродуктов, а также разработке методов ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с попаданием этих веществ в окружающую среду.

Как видно, проблем очень много, поэтому охрана окружающей среды должна обеспечиваться в целом ряде отраслей промышленности, связанных как с добычей нефти, так и с её транспортировкой, переработкой и использованием. На стадии добычи в настоящее время актуальна задача повышения эффективности использования существующих месторождений с целью наиболее полного извлечения нефти из недр. Чтобы повысить нефтеотдачу, применяются методы подачи в нефтяные пласты воды и различных растворов.

Это позволяет обеспечивать высокий уровень добычи без необходимости освоения новых месторождений.

Экологически безопасная переработка нефти должна быть безотходной. Это касается в первую очередь глубокой переработки всех компонентов нефти в необходимые продукты. Данную проблему во многом решает совершенствование технологии производства. Кроме этого, нефтеперерабатывающие предприятия оснащаются системами очистки (отстаивание, фильтрация, микробиологическая и химическая очистка сточных вод и др.).

Охрана окружающей среды на стадии транспортировки нефти связана с совершенствованием правил техники безопасности и разработкой методов очистки нефтяных ёмкостей (в основном, танкеров) от остатков нефти во избежание попадания её в окружающую среду. Ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций в случае загрязнения нефтью осуществляется с применением новейших научно-технических достижений (локализация зон загрязнения и последующий сбор нефти).

Большое значение для охраны окружающей среды имеет также разработка прогрессивных энергосберегающих технологий, позволяющих сократить потребление нефтепродуктов и тем самым снизить опасность и ущерб для окружающей среды.

В последние годы наметилась тенденция постепенного перехода от автомобилей, работающих на углеводородном топливе, к электромобилям. Это, несомненно, будет способствовать улучшению состояния окружающей среды.

Каждый из нас может внести свою лепту в эту деятельность, просто не забыв выключить свет, отменив неактуальную поездку на автомобиле и т. д. Осознавая масштабы деятельности человека, в том числе в использовании нефти, важно понять, что сохранение нашей замечательной планеты — дело каждого из нас.

С основными предприятиями нефтехимической промышленности нашей страны вы можете познакомиться, перейдя по ссылке в QR-коде.

Основные природные источники углеводородов — природный газ и нефть.

Вся добываемая нефть подвергается переработке. Переработка бывает первичная и вторичная.

В процессе первичной переработки нефть путём перегонки разделяют на отдельные фракции, которые в дальнейшем используются как топливо, сырьё для химической промышленности и для вторичной переработки.

Вторичная переработка нефти заключается в изменении строения молекул углеводородов, входящих в её состав. В результате увеличивается выход бензина и повышается его октановое число. В процессе вторичной переработки нефти также получают многие ценные продукты для химической промышленности.

Одна из важнейших проблем переработки нефти — защита окружающей среды.

*Предприятия нефтехимии Республики Беларусь

В Новополоцке, кроме продуктов нефтепереработки, из нефти получают много другой ценной продукции: полиэтилен и изделия из него (полиэтиленовая плёнка, трубы, электроизоляционные материалы и др.); продукты органического синтеза (компоненты для получения синтетических волокон и пластмасс), отдельные углеводороды и многое другое.

Выпускаемая на белорусских заводах продукция отвечает современным экологическим требованиям. Промышленные стоки предприятий проходят полный цикл глубокой очистки.

Важнейшими задачами, стоящими перед предприятиями нефтехимического комплекса нашей страны, является увеличение глубины переработки нефти, повышение качества получаемых продуктов, в том числе с точки зрения повышения их экологической чистоты, улучшение экологичности производств за счёт утилизации отходов и получения из них новых видов продукции.

Вопросы и задания

1. Что такое природный газ и нефть? Какие углеводороды входят в их состав? Какое значение имеют природный газ и нефть в нашей жизни?

2. В чём заключается первичная переработка нефти? Почему у нефти нет определённой температуры кипения? Что такое нефтяные фракции?

3. В процессе перегонки нефти получен бензин, детонационные свойства которого такие же, как у смеси одинаковых объёмов изооктана и н-гептана. Чему равно октановое число полученного бензина?

4. Что такое вторичная переработка нефти? С какой целью она осуществляется?

5. В результате крекинга н-нонана получена смесь углеводородов, среди которых были вещества А и Б. Известно, что вещество А не обесцвечивает бромную воду, но вступает в реакцию дегидроциклизации с образованием толуола. Вещество Б обесцвечивает бромную воду и раствор KMnO₄. В присутствии серной кислоты вещество Б присоединяет воду, при этом образуется этанол. Установите формулы веществ А и Б. Напишите уравнения всех описанных в задаче реакций и укажите условия их протекания.

6. Для растворения лаков и красок широко используются растворители 645 и 646, которые содержат 50 % толуола (по массе). Рассчитайте объём гептана плотностью 0,68 г/см 3 , который потребуется для получения 1 кг толуола, если выход продукта реакции дегидроциклизации составляет 90 %.

7. Каковы основные направления охраны окружающей среды при нефтепереработке?

8*. Качество топлива для двигателей внутреннего сгорания характеризуется при помощи октанового числа.

а) Приведите структурную формулу изооктана.

б) Приведите структурные формулы и названия двух изомеров н-гептана, содержащих пять атомов углерода в главной цепи.

в) Смешали 20 дм 3 изооктана и 5 дм 3 н-гептана. Укажите октановое число полученной смеси.

г) Массовая доля углерода в углеводороде А неразветвлённого строения, октановое число которого равно 25, составляет 83,72 %. Установите молекулярную формулу углеводорода А.

д) Какую массу (кг) н-гептана необходимо добавить к изооктану массой 20 кг, чтобы получить топливо с таким же октановым числом, как у углеводорода А? Плотность изооктана равна плотности н-гептана и составляет 0,69 г/см 3 .

9*. Назовите основные нефтеперерабатывающие предприятия Республики Беларусь. Предложите способ получения полиэтилена из жидких алканов, содержащихся в нефти. Напишите соответствующие уравнения реакций.

*Что такое углеводороды? Углеводороды-это класс веществ,который объединяет самые разные соединения,большинство из которых давно и успешно используются для своих целей человеком.Это объясняется тем,что углерод(ведь углеводороды состоят из двух элементов:углерода и кислорода.Отсюда и название)очень легко образует химические связи,особенно с водородом,поэтому и наблюдается такое разнообразие.Без углеводородов жизнь была бы невозможна в том виде,в котором мы её знаем.

*Классификация углеводородов Между атомами углерода могут быть не только одинарные,но и двойные,а также тройные связи.По этому критерию различают классы углеводородов.В первом случае эти вещества называются предельными(или алканами ),а во втором-ненасыщенными или непредельными( алкеными и алкиными для двух и трех связей соответственно) Еще одна классификация предусматривает рассмотрение молекулы.В этом случае различают углеводороды структура которых линейна и углеводороды структура которых представляет собой вид замкнутой цепи.

*Общие черты углеводородов Прежде все это состав.А также тот факт,что в начале каждого ряда,по мере увеличения количества атомов углерода,происходит переход от газообразной и жидкой формы к твердой.Есть еще одно сходство:все углеводороды обладают хорошей горючестью. (горение метана)

*Источники получения углеводородов Как и другие полезные ископаемые,некоторые углеводороды располагаются в виде залежей запасов в земной коре.В частности они составляют большую часть нефти и газа.Это хорошо видно при переработке последней:в процессе выделяется огромное количество веществ,большая часть из которых относится именно к углеводородам.

Другие источники получения углеводородов-лаборотории.Те вещества,которые не встречаются в природе,могут быть синтезированы из других соединений с помощью химических реакций.

*использование углеводородов Углеводороды играют огромную роль в современной жизни человека.Нефть и газ стали очень ценными ресурсами,ведь они служат в качестве топлива и энергоносителей. Углеводороды-это буквально все,что окружает людей в быту.С помощью полимеризации удалось получить новые материалы,из которых изготавливаются разные виды пластмасс,тканей и т.д.Керосин,растворители,лакокрасочные изделия,асфальт и многие другие.Значение этих веществ невозможно переоценивать.

Спасибо за внимание!

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок посвящен прекрасному русскому поэту второй половины 19 века - Фёдору Ивановичу Тютчеву, его лирике.Кто-то должен разбираться в сумятице повседневной жизни.Но кто-то .

презентация к уроку "Органы дыхания. Значение дыхания в жизни человека" для 9а класса со сложными дефектами по предмету "Человек"

Психологи, рассматривая возрастные особенности человека, обычно выделяют какую-то основную характеристику возрастного этапа.В статье введено понятие главной задачи духовного воспитания для каждого воз.

Познакомить учащихся с понятием и языком декоративного искусства разных стран. На примере Западной Европы XVII в..Формирование духовно-нравственного развития; сформировать понимания роли декорат.

Углеводороды – группа веществ, к которой относятся нефть и метан, природный газ. Их разнообразие велико. Речь, конечно, про углеводороды. Это одновременно одни из самых распространенных и самых востребованных человечеством веществ. Что же они собой представляют? Стоит вспомнить, о чем в 9 классе рассказывала химия.

Углеводороды

Этот класс веществ объединяет самые разные соединения, большинство из которых давно и успешно используются для своих целей человеком. Это объясняется тем, что углерод очень легко образует химические связи, особенно с водородом, поэтому и наблюдается такое разнообразие. Без этого была бы невозможна жизнь в том виде, в котором мы ее знаем. Углеводороды – это вещества, состоящие из двух элементов: углерода и водорода. Их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными, а также образовывать замкнутые циклы.

Классификация углеводородов

Углерод образует четыре связи, а водород – одну. Но это не значит, что их соотношение всегда равно 1 к 4. Дело в том, что между атомами углерода могут быть не только одинарные, но и двойные, а также тройные связи. По этому критерию различают классы углеводородов. В первом случае эти вещества называются предельными (или алканами), а во втором – ненасыщенными или непредельными (алкенами и алкинами для двух и трех связей соответственно).

Еще одна классификация предусматривает рассмотрение молекулы. В этом случае различают алифатические углеводороды, структура которых линейна, и карбоциклические, в виде замкнутой цепи. Последние в свою очередь делятся на алициклические и ароматические.

Помимо этого, углеводороды часто подвергаются полимеризации – процессу присоединения одинаковых молекул одна к другой. В результате получается совершенно новый материал, не похожий на базовый. Примером может служить полиэтилен, получающийся из просто этилена. Это возможно только когда речь идет о ненасыщенных углеводородах.

Структуры, которые также относятся к классу непредельных, могут с помощью своих свободных радикалов присоединять и новые атомы, отличные от водорода. В этом случае получаются другие органические вещества: спирты, амины, кетоны, эфиры, белки и т. д. Но это уже совершенно отдельные темы в химии.

Примеры углеводородных соединений

Углеводороды – это огромное разнообразие веществ даже с учетом классификации. Но все же стоит кратко перечислить наименования соединений, входящих в этот многочисленный класс.

Предельные углеводороды – это метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан и т. д. Первое и третье названия наверняка знакомы даже тем, кто не особенно дружит с химией. Так называются довольно распространенные виды газов.
В класс алкенов (олефинов) входят этен (этилен), пропен (пропилен), бутен, пентен, гексен и т. д.
К алкинам относятся этин (ацетилен), пропин, бутин, пентин, гексин и т. д.
Кстати, двойные и тройные связи могут быть не одиночными. В таком случае такие структуры относятся к алкадиенам и алкадиинам. Но слишком уж углубляться не стоит.
Что касается углеводородов, структура которых замкнута, для них есть свои названия: циклоалканы, циклоалкены и циклоалкины.
Названия первых: циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.
Во второй класс входят циклопропен, циклобутен, циклопентен, циклогексен и т. д.
Наконец циклоалкины, не встречающиеся в природе. Синтезировать их пытались очень давно и долго, и это удалось лишь в начале XX века. Молекулы циклоалкинов состоят не менее чем из 8 атомов углерода. При меньшем количестве соединение просто нестабильно из-за слишком большого напряжения.
Есть еще арены (ароматические углеводороды), самым простым и распространенным представителем которых является бензол. Также к этому классу относятся нафталин, фуран, тиофен, индол и т. д.

Свойства углеводородов

Как уже было упомянуто выше, углеводороды – это огромное количество самых разных веществ. Поэтому говорить об их общих свойствах несколько странно, ведь таковых просто нет.

Одинаковой чертой у всех углеводородов может считаться разве что состав. А также тот факт, что в начале каждого ряда, по мере увеличения количества атомов углерода, происходит переход от газообразной и жидкой формы к твердой.

Есть и еще одна схожесть: все углеводороды обладают хорошей горючестью. При этом выделяется много тепла, образуются углекислый газ и вода.

Природные источники углеводородов

Как и другие полезные ископаемые, некоторые углеводороды располагаются в виде залежей и запасов в земной коре. В частности, они составляют большую часть газа и нефти. Это хорошо видно при переработке последней: в процессе выделяется огромное количество веществ, большая часть из которых относится именно к углеводородам. Газ и вовсе на 80-97% обычно состоит из метана. Кроме того, метан образуется при разложении органических отходов и останков, так что его получение не представляет серьезной проблемы.

Другие источники углеводородов – лаборатории. Те вещества, которые не встречаются в природе, могут быть синтезированы из других соединений с помощью химических реакций.

Использование углеводородов

Углеводороды играют огромную роль в современной жизни человечества. Нефть и газ стали очень ценными ресурсами, ведь они служат в качестве топлива и энергоносителей. Но это не единственные способы применения соединений из данного класса. Углеводороды – это буквально все, что окружает людей в быту. С помощью полимеризации удалось получить новые материалы, из которых изготавливаются разные виды пластмасс, тканей и т. д. Керосин, растворители, лакокрасочные изделия, парафины, асфальт, гудрон, битум, и это не считая основных продуктов нефтепереработки – бензина и дизельного топлива.

Значение этих веществ огромно. Как непредельные, так и предельные углеводороды – это сотни и тысячи вещей, к которым каждый человек привык и не может без них обходиться в самых простых ситуациях. Отказаться от их использования крайне сложно даже с учетом того, что запасы нефти и газа иссякнут, как предрекают аналитики. Уже сейчас человечество ведет активный поиск альтернативных источников энергии, но ни один из вариантов пока не показал такой же эффективности и универсальности, как углеводороды.

Роль углеводородов в организме человека

По характеру воздействия на организм человека различают две группы углеводородов: раздражающие и канцерогенные.

Раздражающие углеводороды оказывают наркотическое воздействие на центральную нервную систему и влияют на слизистые оболочки. К ним относятся альдегиды, все непредельные и предельные соединения углерода с водородом, не относящиеся к ароматическим соединениям.

Наибольшую опасность для человека представляют углеводородные соединения канцерогенной группы: 1,2-бензантрацен, 3,4-бензпирен (С20Н12), 1,2-бензпирен (C2oHi2), 3,4-бензфлуорантен (С2оН14). Особо опасен 3,4-бензпирен, являющийся своего рода индикатором присутствия в смеси других канцерогенов.

Углерод — один из самых распространенных в природе химических элементов. Легче всего он образует разные вариации, соединяясь с атомами водорода. На базе этих двух составляющих и получаются углеводороды.

Природа создает и аккумулирует их в недрах Земли. Всем известные полезные ископаемые — нефть, природный газ, торф и каменный уголь — являются главными природными источниками углеводородов.

Разнообразие природных веществ

Естественные углеводороды очень распространены в природе. При этом они встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии. На это влияют условия, при которых образуется органическое соединение углерода и водорода.

Человечество активно использует основное качество, которым обладают углеводородные ископаемые — при сгорании выделять свет и тепло.

Производимая при этом энергия называется теплотворной способностью. У каждого ископаемого свое значение удельной теплоты сгорания.

Свойства углеводородов различаются в зависимости от их строения.

Поэтому их классифицируют по структуре:

Ациклические (алифатические) — соединения, в которых молекулы формируют незамкнутые прямые или разветвленные цепи.
Циклические (карбоциклические) — класс, отличающийся кольцевым строением атомов углерода.

Кратность углерод—углеродных связей влияет на дальнейшую классификацию. Алифатические углеводороды делятся на предельные и непредельные. Первые — алканы — также называют насыщенными, в них кратные связи отсутствуют, есть только простые. Во вторую подгруппу входят ненасыщенные углеводороды — алкены, алкадиены, алкины, в которых имеются одинарные, двойные или тройные связи.

Аналогично карбоциклические углеводороды также делятся на 2 подгруппы: алициклические (циклоалканы, циклоалкены, циклоалкины) и ароматические (арены).

Практическое применение

Наличие углеводородов в группе полезных ископаемых, относимых к горючим, предполагает использование последних в первую очередь в качестве топлива. Каждый из природных ресурсов имеет свои особенности залегания, добычи и переработки.

Нефть

Является главным источником углеводородов. Нефть представляет собой многокомпонентную жидкость маслянистого характера, состоящую преимущественно из жидких и газообразных углеводородов. В зависимости от преобладания в ее составе алканов, циклоалканов или аренов различают нефть парафиновую, нафтеновую и ароматическую. В чистом виде тот или иной вид встречается редко. В состав нефти входит много прочих соединений, механических примесей и вода.

Месторождения нефти располагаются глубоко в недрах земли, как правило, между слоями породы. Добыча осуществляется с помощью нефтяной вышки, которая выкачивает горючее ископаемое через пробуренную скважину.

Для получения топливных продуктов нефть доставляют на перерабатывающие заводы. Перед транспортировкой горючее ископаемое проходит сепарацию — первичную очистку, в процессе которой удаляются сопутствующие газы, вода и неорганические примеси.

Крекинг, коксование — основной этап переработки. Под воздействием атмосферного давления нефть делится на тяжелые и легкие фракции для выделения компонентов разных видов топлива.

Качество получаемых на этой стадии продуктов требует доработки, поэтому необходим и завершающий этап производства.

Риформинг, изомеризация, гидроочистка заключаются в смешении продуктов вторичной переработки, обогащении их различными компонентами или дополнительной очистке для повышения качественного состава.

Примером может служить повышение октанового числа бензина.

Из нефти производится множество разной продукции для различных сфер применения, к которым относятся: бензин, дизельное топливо, мазут, реактивное топливо, смазочные масла, асфальт, удобрения, спирты, ацетон.

Природный газ

Основным компонентом этого природного ресурса является метан. В незначительном количестве содержит этан, пропан, бутан, а также азот, углекислый газ и сероводород. Без углеводородов не было бы и природного газа. Его залежи образовываются в донных отложениях при анаэробном разложении останков животного и растительного происхождения. Соединение накапливающейся органики с молекулами водорода в глубоких слоях пород под воздействием повышенного давления приводило к аккумулированию углеводородов.

Газ имеет превосходство перед нефтью по эффективности использования, простоте добычи и экономичности. Добыча заключается в бурении скважин на всей площади месторождения. Поскольку газ в чистом виде в природе встречается крайне редко, для отделения его от примесей породы или других химических соединений рядом с местом добычи разворачиваются перерабатывающие комплексы. Например, сопутствующий месторождениям нефти газ имеет большую взрывоопасность при добыче черного золота, поэтому его откачка является обязательным первичным условием.

Значительно экономить на транспортировке позволяет то, что сырье не требует такой очистки, как нефть, для перегонки по газопроводу. На химических заводах газ подвергается вторичной переработке, которая по принципу воздействия на природное сырье подразделяется на следующие виды:

физико-энергетическая переработка;
термохимическая;
химико-каталитическая.

Первый метод предполагает сильное нагревание или охлаждение газа, за счет чего происходит его сжатие и разделение на компоненты. Обычно именно этот способ используется на местах газодобычи.

Суть второй технологии заключается в образовании непредельных углеводородов под воздействием высоких температур и давления.

Третий способ заключается в трансформации метана в синтезированный газ и последующая его переработка. Для этого применяют паровую конверсию. Этот вариант — самый быстрый и экономичный, так как высокая скорость протекания химической реакции избавляет от использования дополнительных катализаторов.

В основном продукты переработки природного газа используют как топливо.

Из прочих составляющих также получают смолы, формальдегиды, аммиак, различные кислоты, которые находят дальнейшее применение в химической, оборонной, пищевой промышленности, в текстильном производстве и многих других отраслях.

Каменный уголь

Нашедший наиболее широкое применение вид ископаемого угля.

Твердое горючее вещество органического (растительного) происхождения, представляющее собой смесь соединений углерода, кислорода, водорода, серы и азота.

Неорганические примеси также присутствуют.

Промышленная добыча угля возможна тремя способами в зависимости от глубины залегания породы, ее твердости и доступности:

Карьерный (разрезной) — открытая добыча.
Шахтный — подземная добыча.
Гидравлический способ — с помощью гидравлического комбайна.

Наиболее качественный уголь получают из шахт, но вместе с тем это самый трудоемкий, дорогой и небезопасный способ добычи.

Способы переработки угля

Пиролиз (коксование) — основан на воздействии высоких температур в безвоздушном пространстве, в результате чего происходит разрушение и трансформация полимерных молекул. Полученный таким образом, кокс является сырьем для металлургической промышленности.

Газификация. Этот метод также применяет высокие температуры, но уже при наличии воздушной среды. Воздействие смеси газов и пара преобразует уголь из твердого состояния в газообразное. Конечным результатом переработки являются железо, никель, кобальт и другие металлы.

Полукоксование — за счет окисления с помощью катализатора при низкотемпературном режиме в 500 °C получают промежуточный продукт в виде смолы. В дальнейшем из нее изготавливают топливо или растворители.

Деструктивная гидрогенизация основана на химической реакции присоединения атомов водорода от молекул катализатора, коим является железосодержащая руда, к молекулам угля. Этот способ превращает твердое топливо в жидкое, так называемую синтетическую нефть.

Множество полезных веществ выполняют важную миссию, обеспечивая процесс жизнедеятельности людей.

В целом если нет технологии получения углеводородов, то и прогресс в развитии человечества как таковой невозможен. Ибо для любого действия нужна энергия, а если ее нет, то не будет и действия.

К этой группе веществ относятся нефть и метан, природный газ. Их разнообразие велико. Речь, конечно, про углеводороды. Это одновременно одни из самых распространенных и самых востребованных человечеством веществ. Что же они собой представляют? Стоит вспомнить, о чем в 9 классе рассказывала химия.

Углеводороды

Углеводороды – это вещества, состоящие из двух элементов: углерода и водорода. Их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными, а также образовывать замкнутые циклы.

Классификация

Примеры

Предельные углеводороды – это метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан и т. д. Первое и третье названия наверняка знакомы даже тем, кто не особенно дружит с химией. Так называются довольно распространенные виды газов.
В класс алкенов (олефинов) входят этен (этилен), пропен (пропилен), бутен, пентен, гексен и т. д.
К алкинам относятся этин (ацетилен), пропин, бутин, пентин, гексин и т. д.
Кстати, двойные и тройные связи могут быть не одиночными. В таком случае такие структуры относятся к алкадиенам и алкадиинам. Но слишком уж углубляться не стоит.
Что касается углеводородов, структура которых замкнута, для них есть свои названия: циклоалканы, циклоалкены и циклоалкины.
Названия первых: циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.
Во второй класс входят циклопропен, циклобутен, циклопентен, циклогексен и т. д.
Наконец циклоалкины, не встречающиеся в природе. Синтезировать их пытались очень давно и долго, и это удалось лишь в начале XX века. Молекулы циклоалкинов состоят не менее чем из 8 атомов углерода. При меньшем количестве соединение просто нестабильно из-за слишком большого напряжения.
Есть еще арены (ароматические углеводороды), самым простым и распространенным представителем которых является бензол. Также к этому классу относятся нафталин, фуран, тиофен, индол и т. д.

Свойства

Природные источники

Использование

Читайте также: