Органические вещества занимают важное место в della nostra vita. Sono il componente principale dei polimeri che ci circondano ovunque: sono sacchetti di plastica e gomma, oltre a molti altri materiali. Il polipropilene non è l'ultimo passo di questa serie. Fa anche parte di vari materiali e viene utilizzato in numerosi settori, come l'edilizia, e ha un uso domestico come materiale per bicchieri di plastica e altre piccole esigenze (ma non in scala di produzione). Prima di parlare di un processo come l'idratazione del propilene (grazie al quale, a proposito, possiamo ottenere alcol isopropilico), passiamo alla storia della scoperta di questa sostanza necessaria per l'industria.
Pertanto, il propilene non ha una data di apertura.Tuttavia, il suo polimero - il polipropilene - fu scoperto nel 1936 dal famoso chimico tedesco Otto Bayer. Naturalmente, era teoricamente noto come si potesse ottenere materiale così importante, ma era praticamente impossibile farlo. Ciò è stato possibile solo a metà del XX secolo, quando i chimici tedeschi e italiani Ziegler e Nutt scoprirono il catalizzatore per la polimerizzazione di idrocarburi insaturi (con uno o più legami multipli), che in seguito fu chiamato catalizzatore di Ziegler-Natta. Fino a questo punto, era decisamente impossibile far procedere la reazione di polimerizzazione di tali sostanze. Le reazioni di policondensazione erano note quando, senza l'azione di un catalizzatore, le sostanze venivano combinate in una catena polimerica, formando così sottoprodotti. Ma con idrocarburi insaturi non è stato possibile farlo.
Un altro importante processo associato a questosostanza era la sua idratazione. C'era molto propilene negli anni in cui fu usato per la prima volta. E tutto ciò è dovuto ai metodi inventati da varie società di lavorazione del petrolio e del gas per il recupero del propene (a volte viene anche chiamata la sostanza descritta). Nel cracking del petrolio era un sottoprodotto, e quando si è scoperto che il suo derivato, l'alcol isopropilico, è la base per la sintesi di molte sostanze utili all'umanità, molte aziende, come BASF, hanno brevettato il loro metodo di produzione e iniziò il commercio di massa in questo composto. L'idratazione del propilene è stata testata e applicata prima della polimerizzazione, motivo per cui acetone, perossido di idrogeno, isopropilammina hanno iniziato a essere prodotti prima del polipropilene.
Il processo di separazione del propene dall'olio è molto interessante. È a lui che ora ci rivolgiamo.
Infatti, nel senso teorico della principaleesiste un solo metodo: la pirolisi del petrolio e dei gas associati. Ma le implementazioni tecnologiche sono solo un mare. Il fatto è che ogni azienda cerca di ottenere un metodo unico e di proteggerlo con un brevetto, mentre altre aziende simili cercano anche i propri modi per produrre e vendere ancora il propene come materia prima o trasformarlo in vari prodotti.
Pirolisi ("piro" - fuoco, "liz" - distruzione) -processo chimico di decomposizione di una molecola complessa e grande in molecole più piccole sotto l'azione dell'alta temperatura e di un catalizzatore. Il petrolio, come sapete, è una miscela di idrocarburi ed è costituito da frazioni leggere, medie e pesanti. Dal primo si ottengono per pirolisi il più basso peso molecolare, propene ed etano. Questo processo viene eseguito in forni speciali. Nelle aziende manifatturiere più avanzate, questo processo è tecnologicamente diverso: alcuni utilizzano la sabbia come vettore di calore, altri il quarzo, altri ancora il coke; Puoi anche dividere i forni in base alla loro struttura: esistono reattori tubolari e convenzionali, come vengono chiamati.
Ma il processo di pirolisi ti permette di ottenerepropene insufficientemente puro, poiché, oltre ad esso, si forma un'enorme varietà di idrocarburi, che devono quindi essere separati con metodi piuttosto energivori. Pertanto, per ottenere una sostanza più pura per la successiva idratazione, si utilizza anche la deidrogenazione degli alcani: nel nostro caso il propano. Proprio come la polimerizzazione, il processo di cui sopra non avviene semplicemente. L'eliminazione dell'idrogeno da una molecola di idrocarburo saturo avviene sotto l'azione di catalizzatori: ossido di cromo trivalente e ossido di alluminio.
Ebbene, prima di passare alla storia di come avviene il processo di idratazione, passiamo alla struttura del nostro idrocarburo insaturo.
Propene stesso è solo il secondo membro della serie.alcheni (idrocarburi con un doppio legame). In termini di leggerezza, è secondo solo all'etilene (da cui, come puoi immaginare, viene prodotto il polietilene, il polimero più massiccio al mondo). Nel suo stato normale, il propene è un gas, come il suo "parente" della famiglia degli alcani, il propano.
Ma la differenza essenziale tra propano e propene è inil fatto che quest'ultimo abbia nella sua composizione un doppio legame, che ne modifica radicalmente le proprietà chimiche. Consente di attaccare altre sostanze alla molecola di idrocarburo insaturo, ottenendo composti con proprietà completamente diverse, spesso molto importanti per l'industria e la vita di tutti i giorni.
È tempo di parlare della teoria della reazione,a cui, appunto, è dedicato questo articolo. Nella prossima sezione imparerai che l'idratazione del propilene produce uno dei prodotti più importanti dal punto di vista industriale, nonché come avviene questa reazione e quali sono le sue sfumature.
Per cominciare, passiamo a un processo più generale -solvatazione - che include anche la reazione sopra descritta. Questa è una trasformazione chimica, che consiste nell'attaccamento di molecole di solvente alle molecole di un soluto. Allo stesso tempo, possono formare nuove molecole, o cosiddetti solvati, - particelle costituite da molecole di una sostanza disciolta e un solvente, legate dall'interazione elettrostatica. Siamo interessati solo al primo tipo di sostanze, perché durante l'idratazione del propilene, è proprio un prodotto del genere che si forma prevalentemente.
Quando risolte nel modo sopra descritto, le molecoleil solvente è attaccato al soluto, si ottiene un nuovo composto. Nella chimica organica, durante l'idratazione, si formano prevalentemente alcoli, chetoni e aldeidi, ma ci sono molti altri casi, ad esempio la formazione di glicoli, ma non li toccheremo. In effetti, questo processo è molto semplice, ma allo stesso tempo piuttosto complicato.
Si sa che il doppio legame consiste di duetipi di connessione degli atomi: legami p e sigma. Il legame pi nella reazione di idratazione si rompe sempre per primo, poiché è meno forte (ha un'energia di legame inferiore). Quando si rompe, si formano due orbitali vuoti su due atomi di carbonio adiacenti, che possono formare nuovi legami. Una molecola d'acqua che esiste in soluzione sotto forma di due particelle: uno ione idrossido e un protone, è in grado di legarsi tramite un doppio legame rotto. In questo caso, lo ione idrossido è attaccato all'atomo di carbonio centrale e il protone al secondo, estremo. Pertanto, quando il propilene è idratato, si forma prevalentemente propanolo 1 o alcol isopropilico. Questa è una sostanza molto importante, poiché quando viene ossidata si può ottenere l'acetone, che è ampiamente utilizzato nel nostro mondo. Abbiamo detto che è formato prevalentemente, ma questo non è del tutto vero. Devo dire questo: l'unico prodotto formato durante l'idratazione del propilene, e questo è l'alcol isopropilico.
Queste, ovviamente, sono tutte le sottigliezze. In effetti, tutto può essere descritto molto più facilmente. E ora scopriremo come nel corso della scuola registrano un processo come l'idratazione del propilene.
In chimica, è consuetudine denotare tutto semplicemente:utilizzando le equazioni di reazione. Quindi la trasformazione chimica della sostanza in discussione può essere descritta in questo modo. L'idratazione del propilene, la cui equazione di reazione è molto semplice, avviene in due fasi. Innanzitutto, il pi-bond, che fa parte del doppio, viene rotto. Quindi una molecola d'acqua sotto forma di due particelle, un anione idrossido e un catione idrogeno, si avvicina alla molecola di propilene, che attualmente ha due siti liberi per la formazione di legami. Lo ione idrossido forma un legame con l'atomo di carbonio meno idrogenato (cioè con quello a cui sono attaccati meno atomi di idrogeno) e il protone, rispettivamente, con l'estremo rimanente. Si ottiene così un unico prodotto: l'alcool monovalente saturo isopropanolo.
Ora impareremo come scrivere in linguaggio chimico una reazione che riflette un processo come l'idratazione del propilene. Formula che ci sarà utile: CH2 = CH - CH3... Questa è la formula della sostanza originale - propene.Come puoi vedere, ha un doppio legame, indicato dal segno "=", ed è a questo punto che l'acqua si attaccherà quando il propilene si sarà idratato. L'equazione di reazione può essere scritta come segue: CH2 = CH - CH3 + H2O = CH3 - CH (OH) - CH3... Il gruppo ossidrile tra parentesi significa chequesta parte non è nel piano della formula, ma sotto o sopra. Qui non possiamo mostrare gli angoli tra i tre gruppi che si estendono dall'atomo di carbonio medio, ma diciamo che sono approssimativamente uguali tra loro e ammontano a 120 gradi.
Abbiamo già detto che la reazione risultantela sostanza è attivamente utilizzata per la sintesi di altre sostanze vitali per noi. È molto simile nella struttura all'acetone, dal quale differisce solo per il fatto che invece di un gruppo idrossido c'è un gruppo cheto (cioè un atomo di ossigeno collegato da un doppio legame a un atomo di azoto). Come sai, l'acetone stesso viene utilizzato in solventi e vernici, ma, inoltre, viene utilizzato come reagente per l'ulteriore sintesi di sostanze più complesse, come poliuretani, resine epossidiche, anidride acetica e così via.
Pensiamo che sarebbe utile descrivere la trasformazionealcol isopropilico ad acetone, soprattutto perché questa reazione non è così complicata. Per cominciare, il propanolo viene evaporato e ossidato con ossigeno a 400-600 gradi Celsius su uno speciale catalizzatore. Un prodotto molto puro si ottiene quando la reazione viene condotta su una griglia d'argento.
Non entreremo nei dettagli del meccanismo di reazione per l'ossidazione del propanolo ad acetone, poiché è molto complesso. Ci limitiamo alla solita equazione di trasformazione chimica: CH3 - CH (OH) - CH3 + O2 = CH3 - C (O) - CH3 + H2R. Come puoi vedere, tutto è abbastanza semplice nel diagramma, ma vale la pena approfondire il processo e dovremo affrontare una serie di difficoltà.
Quindi abbiamo analizzato il processo di idratazione del propilene estudiato l'equazione della reazione e il meccanismo del suo corso. I principi tecnologici considerati sono alla base dei processi reali che si verificano nella produzione. Come si è scoperto, non sono molto difficili, ma hanno benefici reali per la nostra vita quotidiana.
