تحتل المادة العضوية مكانا مهما فيحياتنا. إنها المكون الرئيسي للبوليمرات التي تحيط بنا في كل مكان: هذه هي الأكياس البلاستيكية والمطاط ، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى. البولي بروبلين ليس الخطوة الأخيرة في هذه السلسلة. كما أنها جزء من مواد مختلفة وتستخدم في عدد من الصناعات ، مثل البناء ، ولها استخدام محلي كمادة للأكواب البلاستيكية والاحتياجات الصغيرة الأخرى (ولكن ليس في حجم الإنتاج). قبل أن نتحدث عن عملية مثل ترطيب البروبيلين (بفضله ، يمكننا بالمناسبة الحصول على كحول الأيزوبروبيل) ، ننتقل إلى تاريخ اكتشاف هذه المادة اللازمة للصناعة.
على هذا النحو ، ليس لدى البروبيلين تاريخ افتتاح.ومع ذلك ، تم اكتشاف البوليمر - البولي بروبيلين - في عام 1936 من قبل الكيميائي الألماني الشهير أوتو باير. بالطبع ، كان من المعروف نظريًا كيف يمكن الحصول على هذه المواد المهمة ، ولكن من المستحيل عمليًا القيام بذلك. كان هذا ممكنًا فقط في منتصف القرن العشرين ، عندما اكتشف الكيميائيان الألماني والإيطالي Ziegler و Nutt محفز البلمرة للهيدروكربونات غير المشبعة (التي تحتوي على رابط واحد أو أكثر) ، والذي أطلق عليه لاحقًا محفز Ziegler-Natta. حتى هذه النقطة ، كان من المستحيل بالتأكيد إجراء تفاعل البلمرة لمثل هذه المواد. كانت تفاعلات التكثيف المتعدد معروفة عندما ، دون عمل المحفز ، تم دمج المواد في سلسلة بوليمر ، وبالتالي تشكيل منتجات ثانوية. ولكن مع الهيدروكربونات غير المشبعة ، لا يمكن القيام بذلك.
عملية أخرى مهمة تتعلق بهذاكانت المادة ترطيبها. كان البروبيلين في سنوات بداية استخدامه كثيرًا. وكل هذا بسبب اختراعه من قبل شركات معالجة النفط والغاز المختلفة طرق معالجة البروبين (وهذا ما يسمى أحيانًا المادة الموصوفة). عند تكسير النفط ، كان منتجًا ثانويًا ، وعندما اتضح أن كحول مشتق ، إيزوبروبيل ، كان أساسًا لتوليف العديد من المواد المفيدة للبشرية ، حصلت العديد من الشركات ، مثل BASF ، على براءة اختراع لطريقة إنتاجها وبدأت التجارة الجماعية في هذا المركب. تم اختبار ترطيب البروبيلين وتطبيقه قبل البلمرة ، ولهذا السبب بدأ إنتاج الأسيتون ، بيروكسيد الهيدروجين ، الأيزوبروبيلامين قبل البولي بروبلين.
عملية فصل البروبين عن النفط مثيرة للاهتمام للغاية. عليه أن ننتقل الآن.
في الواقع ، بالمعنى النظري ، الرئيسيطريقة واحدة فقط هي طريقة: الانحلال الحراري للنفط والغازات المرتبطة به. لكن التطبيقات التكنولوجية ليست سوى بحر. والحقيقة هي أن كل شركة تسعى إلى الحصول على طريقة فريدة وحمايتها ببراءة ، بينما تبحث شركات أخرى مماثلة أيضًا عن طرقها الخاصة لإنتاج وبيع البروبين كمواد خام أو تحويله إلى منتجات مختلفة.
الانحلال الحراري ("البيرو" - النار ، "التحلل" - التدمير) -العملية الكيميائية لتحلل جزيء معقد وكبير إلى جزيئات أصغر تحت تأثير درجة حرارة عالية ومحفز. الزيت ، كما تعلم ، هو مزيج من الهيدروكربونات ويتكون من أجزاء خفيفة ومتوسطة وثقيلة. من أول ، الوزن الجزيئي المنخفض ، والحصول على البروبين والإيثان أثناء الانحلال الحراري. تتم هذه العملية في أفران خاصة. بالنسبة لشركات التصنيع الأكثر تقدمًا ، تختلف هذه العملية من الناحية التكنولوجية: يستخدم البعض الرمل كمبرد ، والبعض الآخر يستخدم الكوارتز ، والبعض الآخر يستخدم فحم الكوك ؛ يمكن أيضًا تقسيم الأفران حسب هيكلها: هناك أنبوب ومفاعلات عادية ، كما يطلق عليها ، مفاعلات.
لكن عملية الانحلال الحراري تسمح لك بالحصول عليهابروبين نقي بشكل غير كاف ، لأنه ، إلى جانب ذلك ، يتم تشكيل عدد كبير من الهيدروكربونات هناك ، والتي يجب بعد ذلك فصلها بطرق كثيفة الاستخدام للطاقة. لذلك ، للحصول على مادة أنظف للترطيب اللاحق ، يتم أيضًا إزالة الهيدروجين من الألكان: في حالتنا ، البروبان. تمامًا مثل البلمرة ، لا تحدث العملية المذكورة أعلاه. يحدث التخلص من الهيدروجين من جزيء الهيدروكربون المشبع تحت تأثير المحفزات: أكسيد الكروم الثلاثي وأكسيد الألومنيوم.
حسنًا ، قبل الانتقال إلى قصة كيفية حدوث عملية الماء ، دعونا ننتقل إلى هيكل الهيدروكربونات غير المشبعة لدينا.
البروبين بحد ذاته هو العضو الثاني في السلسلةالألكينات (هيدروكربونات بسندات مزدوجة واحدة). من حيث السهولة ، تأتي في المرتبة الثانية بعد الإيثيلين (والتي ، كما قد تتصور ، يتم تصنيع البولي إيثيلين - البوليمر الأكثر ضخامة في العالم). في الحالة المعتادة ، البروبين هو غاز ، مثل "قريبه" من عائلة الألكان ، البروبان.
لكن الفرق الأساسي بين البروبان والبروبين موجودحقيقة أن الأخير يحتوي على رابطة مزدوجة في تكوينه ، مما يغير بشكل أساسي خصائصه الكيميائية. يسمح لك بإرفاق مواد أخرى بجزيء الهيدروكربون غير المشبع ، مما يؤدي إلى مركبات ذات خصائص مختلفة تمامًا ، غالبًا ما تكون مهمة جدًا للصناعة والحياة اليومية.
حان الوقت للحديث عن نظرية رد الفعل ،وهو في الواقع موضوع هذه المقالة. في القسم التالي ، ستتعلم أنه أثناء ترطيب البروبيلين يتشكل أحد أهم المنتجات الصناعية ، بالإضافة إلى كيفية حدوث هذا التفاعل والفروق الدقيقة التي يحتوي عليها.
أولاً ، دعونا نلقي نظرة على عملية أكثر عمومية -انحلال ، والذي يتضمن أيضًا التفاعل الموصوف أعلاه. هذا تحول كيميائي يتضمن إضافة جزيئات مذيب إلى جزيئات مذابة. في نفس الوقت ، يمكنهم تكوين جزيئات جديدة ، أو ما يسمى بالمذيبات ، وهي جسيمات تتكون من جزيئات المذاب والمذيبات المتصلة بالتفاعل الكهروستاتيكي. نحن مهتمون فقط بالنوع الأول من المواد ، لأنه أثناء ترطيب البروبيلين يتشكل هذا المنتج بشكل أساسي.
عند حل الجزيئات كما هو موضح أعلاهمذيب مرتبط بالمادة المذابة ، يتم الحصول على مركب جديد. في الكيمياء العضوية ، ينتج الماء في المقام الأول الكحول والكيتونات والألدهيدات ، ولكن هناك العديد من الحالات الأخرى ، مثل تكوين الجليكول ، لكننا لن نتطرق إليها. في الواقع ، هذه العملية بسيطة للغاية ، ولكنها معقدة في نفس الوقت.
من المعروف أن الرابطة المزدوجة تتكون من اثنينأنواع مركبات الذرات: روابط pi و sigma. أثناء تفاعل الترطيب ، يتم دائمًا كسر رابطة pi أولاً ، لأنها أقل قوة (لديها طاقة ربط أقل). عندما ينكسر ، يتشكل مداريان شاغران في ذرتين كربونيتين متجاورتين ، والتي يمكن أن تشكل روابط جديدة. جزيء الماء الموجود في المحلول على شكل جزيئين: أيون هيدروكسيد وبروتون ، قادر على الانضمام عبر رابطة مزدوجة مكسورة. في هذه الحالة ، ينضم أيون الهيدروكسيد إلى ذرة الكربون المركزية ، والبروتون - إلى الثانية القصوى. وهكذا ، أثناء ترطيب البروبيلين أو البروبانول 1 أو كحول الأيزوبروبيل ، يتم تشكيله في الغالب. هذه مادة مهمة جدًا ، لأنه عندما تتأكسد ، يمكن استخدام الأسيتون بكثافة في عالمنا. قلنا أنها تتكون بشكل أساسي ، لكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. يجب أن أقول هذا: المنتج الوحيد يتكون أثناء ترطيب البروبيلين ، وهذا هو كحول الأيزوبروبيل.
هذا ، بالطبع ، كل الدقة. في الواقع ، يمكن وصف كل شيء أسهل بكثير. والآن سنكتشف كيف يتم تسجيل عملية مثل ترطيب البروبيلين في دورة مدرسية.
في الكيمياء ، من المعتاد الإشارة إلى كل شيء ببساطة:باستخدام معادلات التفاعل. لذلك يمكن وصف التحول الكيميائي للمادة قيد المناقشة بهذه الطريقة. يتم ترطيب البروبيلين ، الذي تكون معادلة تفاعله بسيطة للغاية ، على مرحلتين. أولا ، رابطة باي ، التي هي جزء من الرابطة المزدوجة ، مقطوعة. ثم يقترب جزيء الماء على شكل جزيئين ، أنيون هيدروكسيد وكاتيون هيدروجين ، من جزيء البروبيلين ، الذي يحتوي حاليًا على موقعين شاغرين لتشكيل الروابط. يشكل أيون الهيدروكسيد رابطة مع ذرة كربون أقل هدرجة (أي مع واحدة ترتبط بها ذرات هيدروجين أقل) ، والبروتون ، على التوالي ، مع الذروة المتبقية المتبقية. وبالتالي ، يتم الحصول على منتج واحد: الكحول الأيزوبروبانول النهائي أحادي الهيدرات.
سنتعلم الآن كيفية كتابة لغة كيميائية لتفاعل يعكس عملية مثل ترطيب البروبيلين. الصيغة التي تأتي في متناول اليدين: CH2 = CH - CH3. هذه هي صيغة مادة البداية - البروبين.كما ترون ، لديه رابط مزدوج ، مشار إليه بعلامة "=" ، وعند هذه النقطة سينضم الماء عند هيدرات البروبيلين. يمكن كتابة معادلة التفاعل على النحو التالي: CH2 = CH - CH3 + ح2O = CH3 - CH (OH) - CH3. مجموعة الهيدروكسيل بين قوسين تعني ذلكهذا الجزء ليس في مستوى الصيغة ، ولكنه أقل أو أعلى. لا يمكننا هنا إظهار الزوايا بين المجموعات الثلاث الممتدة من ذرة الكربون المتوسطة ، لكننا سنقول إنها متساوية تقريبًا وتصل إلى 120 درجة.
لقد قلنا بالفعل أن ما يتم الحصول عليه أثناء رد الفعليتم استخدام المادة بنشاط لتوليف مواد أخرى حيوية بالنسبة لنا. وهي تشبه إلى حد كبير بنية الأسيتون ، والتي تختلف عنها فقط في ذلك بدلاً من مجموعة الهيدروكسو هناك مجموعة كيتو (أي ذرة أكسجين متصلة برابطة مزدوجة مع ذرة 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 يوريثين ، الإيبوكسي ، أنهيدريد الخل وما إلى ذلك.
نعتقد أنه سيكون من المفيد وصف التحولكحول الأيزوبروبيل للأسيتون ، خاصة وأن هذا التفاعل ليس معقدًا للغاية. بادئ ذي بدء ، يتبخر البروبانول ويتأكسد بالأكسجين على محفز خاص عند 400-600 درجة مئوية. يتم الحصول على منتج نقي للغاية عن طريق تنفيذ التفاعل على شبكة فضية.
لن ندخل في تفاصيل آلية تفاعل أكسدة البروبانول مع الأسيتون ، لأنها معقدة للغاية. نحن نقتصر على معادلة التحول الكيميائي المعتادة: CH3 - CH (OH) - CH3 + O2 = ح3 - C (O) - CH3 + ح2O. كما ترون ، كل شيء بسيط للغاية في الرسم البياني ، ولكن إذا تعمقت في العملية ، فسوف نواجه عددًا من الصعوبات.
لذلك درسنا عملية ترطيب البروبيلين ودرس معادلة التفاعل وآليتها. تكمن المبادئ التكنولوجية المدروسة في العمليات الحقيقية التي تحدث في الإنتاج. كما اتضح ، فهي ليست معقدة للغاية ، ولكن لديهم فوائد حقيقية لحياتنا اليومية.
