Органик бодисууд бидний амьдралд чухал байр суурь эзэлдэг. Эдгээр нь биднийг хаа сайгүй хүрээлж байдаг полимеруудын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм: эдгээр нь гялгар уут, резин, түүнчлэн бусад олон материал юм. Полипропилен нь энэ цувралын сүүлчийн алхам биш юм. Энэ нь мөн янз бүрийн материалаас олддог бөгөөд барилгын ажил, ахуйн хэрэглээний хуванцар аяганы материал болон бусад жижиг (гэхдээ үйлдвэрлэлийн хэмжээний биш) хэрэгцээнд ашиглагддаг. Пропиленийг чийгшүүлэх гэх мэт үйл явцын талаар ярихаасаа өмнө (түүний ачаар бид изопропилийн спирт авах боломжтой) үйлдвэрлэлд шаардлагатай энэ бодисыг нээсэн түүх рүү орцгооё.
Түүх
Тиймээс пропилен нь нээгдсэн огноогүй. Гэсэн хэдий ч түүний полимер болох полипропиленийг 1936 онд Германы алдарт химич Отто Байер нээсэн. Мэдээжийн хэрэг, ийм чухал материалыг хэрхэн олж авах нь онолын хувьд мэдэгдэж байсан боловч практик дээр үүнийг хийх боломжгүй байв. Энэ нь зөвхөн 20-р зууны дунд үед л боломжтой байсан бөгөөд Герман, Италийн химич Зиглер, Натт нар ханаагүй нүүрсустөрөгчийн полимержих катализаторыг (нэг ба түүнээс дээш олон холбоо бүхий) нээсэн үед л боломжтой байсан. Хожим нь тэд үүнийг Зиглер-Натта катализатор гэж нэрлэсэн. Тэр мөч хүртэл ийм бодисын полимержих урвалыг үргэлжлүүлэх боломжгүй байв. Поликонденсацийн урвалууд нь катализаторын нөлөөлөлгүйгээр бодисыг полимер гинжин хэлхээнд нэгтгэж, дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэх үед мэдэгдэж байсан. Гэхдээ ханаагүй нүүрсустөрөгчөөр үүнийг хийх боломжгүй байсан.
Энэ бодистой холбоотой өөр нэг чухал үйл явц бол түүнийг чийгшүүлэх явдал байв. Пропилен нь ашиглагдаж эхэлсэн жилүүдэд нэлээд их байсан. Энэ бүхэн нь газрын тос, байгалийн хий боловсруулах янз бүрийн компаниудын зохион бүтээсэн пропенийг нөхөн сэргээх аргуудтай холбоотой юм (үүнийг заримдаа тайлбарласан бодис гэж нэрлэдэг). Газрын тосыг хагарах үед энэ нь дайвар бүтээгдэхүүн байсан бөгөөд түүний үүсмэл изопропилийн спирт нь хүн төрөлхтөнд хэрэгтэй олон бодисыг нийлэгжүүлэх үндэс болдог нь тодорхой болоход BASF зэрэг олон компани үүнийг үйлдвэрлэх арга барилаа патентжуулжээ. мөн энэ нэгдлийг бөөнөөр нь худалдаалж эхэлсэн. Полимержихээс өмнө пропиленийг чийгшүүлэхийг оролдсон бөгөөд иймээс полипропиленээс өмнө ацетон, устөрөгчийн хэт исэл, изопропиламин үйлдвэрлэж эхэлсэн.
Пропенийг тосноос ялгах үйл явц маш сонирхолтой. Бид одоо түүнд хандаж байна.
Пропилен салгах
Үнэндээ онолын хувьд үндсэн арга нь зөвхөн нэг процесс буюу газрын тос болон холбогдох хийн пиролиз юм. Гэхдээ технологийн хэрэгжилт бол зүгээр л далай юм. Үнэн хэрэгтээ компани бүр өвөрмөц арга замыг олж, түүнийг хамгаалахыг хичээдэг.патент болон бусад ийм компаниуд мөн пропенийг түүхий эд болгон үйлдвэрлэн борлуулах эсвэл төрөл бүрийн бүтээгдэхүүн болгох өөрсдийн арга замыг хайж байна.
Пиролиз ("pyro" - гал, "lysis" - устгах) нь өндөр температур, катализаторын нөлөөн дор нарийн төвөгтэй, том молекулыг жижиг хэсгүүдэд хуваах химийн процесс юм. Газрын тос нь нүүрсустөрөгчийн холимог бөгөөд хөнгөн, дунд, хүнд хэсгүүдээс бүрддэг. Эхнийх нь хамгийн бага молекул жинтэй пропен ба этаныг пиролизийн явцад олж авдаг. Энэ процессыг тусгай зууханд хийдэг. Хамгийн дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн компаниудын хувьд энэ үйл явц нь технологийн хувьд ялгаатай: зарим нь элсийг дулаан зөөгч болгон ашигладаг, бусад нь кварц, бусад нь кокс ашигладаг; Та мөн зуухыг бүтцийн дагуу нь хувааж болно: хоолой хэлбэртэй, ердийн реактор гэж нэрлэдэг.
Гэхдээ пиролизийн процесс нь хангалтгүй цэвэр пропенийг олж авах боломжийг олгодог, учир нь үүнээс гадна тэнд асар их хэмжээний нүүрсустөрөгч үүсдэг бөгөөд дараа нь эрчим хүч зарцуулдаг аргаар ялгах шаардлагатай болдог. Тиймээс, дараа нь усжуулах зорилгоор илүү цэвэр бодис олж авахын тулд алканыг усгүйжүүлэх аргыг бас ашигладаг: манай тохиолдолд пропан. Полимержилтийн нэгэн адил дээрх үйл явц зүгээр л тохиолддоггүй. Ханасан нүүрсустөрөгчийн молекулаас устөрөгчийг задлах нь катализаторын нөлөөн дор явагддаг: гурвалсан хромын исэл ба хөнгөн цагаан исэл.
За, чийгшүүлэх үйл явц хэрхэн явагддаг тухай түүх рүү шилжихээсээ өмнө ханаагүй нүүрсустөрөгчийн бүтэц рүү орцгооё.
Пропиленийн бүтцийн онцлог
Пропен өөрөө алкены цувралын хоёр дахь гишүүн юм (нэг давхар холбоо бүхий нүүрсустөрөгч). Хөнгөн байдлын хувьд энэ нь этиленийн дараа хоёрдугаарт ордог (энэ нь дэлхийн хамгийн том полимер болох полиэтиленийг та таамаглаж байгаагаар үйлдвэрлэдэг). Хэвийн төлөвт нь пропен нь алканы гэр бүлийн "хамаатан" пропан шиг хий юм.
Гэхдээ пропан ба пропенийн үндсэн ялгаа нь түүний найрлагад давхар холбоо байдаг бөгөөд энэ нь химийн шинж чанарыг эрс өөрчилдөг. Энэ нь ханаагүй нүүрсустөрөгчийн молекулд бусад бодисыг хавсаргах боломжийг олгодог бөгөөд үүний үр дүнд огт өөр шинж чанартай нэгдлүүд үүсдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн үйлдвэрлэл болон өдөр тутмын амьдралд маш чухал байдаг.
Энэ нийтлэлийн сэдэв болох урвалын онолын тухай ярих цаг болжээ. Дараагийн хэсэгт та пропиленийг чийгшүүлэх нь үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал бүтээгдэхүүнүүдийн нэгийг бий болгодог, мөн энэ урвал хэрхэн явагддаг, ямар онцлог шинж чанаруудтай болохыг мэдэх болно.
Чийгшүүлэх онол
Нэгдүгээрт, дээр дурдсан урвалыг багтаасан илүү ерөнхий процесс буюу уусмал руу шилжье. Энэ бол уусгагч молекулуудад уусгагч молекулыг нэмэхээс бүрддэг химийн хувирал юм. Үүний зэрэгцээ тэдгээр нь электростатик харилцан үйлчлэлээр холбогдсон уусгагч ба уусгагчийн молекулуудаас бүрдэх шинэ молекулууд буюу уусгагч гэж нэрлэгддэг хэсгүүдийг үүсгэж болно. Бид зөвхөн сонирхож байнаЭхний төрлийн бодис, учир нь пропиленийг чийгшүүлэх явцад ийм бүтээгдэхүүн ихэвчлэн үүсдэг.
Дээр дурдсан аргаар уусгахад уусгагчийн молекулууд ууссан бодистой холбогдож шинэ нэгдэл үүснэ. Органик химийн хувьд усжилт нь ихэвчлэн спирт, кетон, альдегидийг үүсгэдэг боловч гликол үүсэх гэх мэт цөөн хэдэн тохиолдол байдаг боловч бид тэдгээрийг хөндөхгүй. Үнэн хэрэгтээ энэ үйл явц нь маш энгийн, гэхдээ нэгэн зэрэг нэлээд төвөгтэй юм.
Чийгшүүлэх механизм
Давхар бонд нь пи- ба сигма-бонд гэсэн хоёр төрлийн атомын холболтоос бүрддэг. Пи-бонд нь чийгшүүлэх урвалын үед үргэлж хамгийн түрүүнд тасардаг, учир нь энэ нь бат бөх чанар багатай байдаг (үүнийг холбох энерги бага байдаг). Энэ нь тасрах үед хоёр хөрш нүүрстөрөгчийн атом дээр хоёр хоосон орбитал үүсдэг бөгөөд энэ нь шинэ холбоо үүсгэж болно. Уусмал дахь гидроксидын ион ба протон гэсэн хоёр бөөмс хэлбэрээр орших усны молекул нь эвдэрсэн давхар бондын дагуу нэгдэх чадвартай. Энэ тохиолдолд гидроксидын ион нь төв нүүрстөрөгчийн атомд, протон нь хоёр дахь, туйлшралд холбогддог. Тиймээс пропиленийг усжуулах явцад пропанол 1 буюу изопропилийн спирт голчлон үүсдэг. Энэ нь маш чухал бодис бөгөөд үүнийг исэлдүүлэх үед ацетон гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь манай ертөнцөд өргөн хэрэглэгддэг. Бид зонхилон бий болсон гэж хэлсэн боловч энэ нь бүхэлдээ үнэн биш юм. Би үүнийг хэлэх ёстой: пропиленийг чийгшүүлэх явцад үүссэн цорын ганц бүтээгдэхүүн бөгөөд энэ нь изопропилийн спирт юм.
Энэ бол мэдээжийн хэрэг бүх нарийн ширийн зүйл юм. Үнэн хэрэгтээ бүх зүйлийг илүү хялбар тайлбарлаж болно. Сургуулийн хичээл дээр пропиленийг чийгшүүлэх гэх мэт үйл явц хэрхэн бүртгэгдсэнийг бид одоо олж мэдэх болно.
Харилцаа: яаж болдог вэ
Химид бүх зүйлийг ихэвчлэн энгийнээр тэмдэглэдэг: урвалын тэгшитгэлийн тусламжтайгаар. Тэгэхээр хэлэлцэж буй бодисын химийн хувирлыг ингэж тодорхойлж болно. Урвалын тэгшитгэл нь маш энгийн пропиленийг усжуулах нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Нэгдүгээрт, давхарын нэг хэсэг болох pi бонд тасарсан. Дараа нь гидроксидын анион ба устөрөгчийн катион гэсэн хоёр ширхэг хэлбэртэй усны молекул нь пропиленийн молекулд ойртож, одоогийн байдлаар бонд үүсэх хоёр хоосон газар байна. Гидроксидын ион нь бага устөрөгчжүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомтай (өөрөөр хэлбэл цөөн устөрөгчийн атомууд холбогдсон атомтай), харин протонтой, үлдсэн туйлтай холбоо үүсгэдэг. Ийнхүү нэг төрлийн бүтээгдэхүүн гарна: ханасан нэг атомт спирт изопропанол.
Хэрхэн хариу бичих вэ?
Одоо бид пропиленийг усжуулах зэрэг үйл явцыг тусгасан урвалыг химийн хэлээр хэрхэн бичихийг сурах болно. Бидэнд хэрэгтэй томъёо нь: CH2 =CH - CH3. Энэ бол анхны бодис болох пропенийн томъёо юм. Таны харж байгаагаар энэ нь "=" гэсэн тэмдэглэгдсэн давхар холбоостой бөгөөд пропиленийг усжуулах үед ус нэмэгдэх болно. Урвалын тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичиж болно: CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3. Хаалтанд байгаа гидроксил бүлэг ньЭнэ хэсэг нь томьёоны хавтгайд биш, харин доор эсвэл дээш байна. Энд бид дунд нүүрстөрөгчийн атомаас үүсэж буй гурван бүлгийн хоорондох өнцгийг харуулах боломжгүй, гэхдээ тэдгээр нь хоорондоо ойролцоогоор тэнцүү бөгөөд 120 градус байна гэж үзье.
Энэ нь хаана хамаарах вэ?
Урвалын явцад олж авсан бодисыг бусад амин чухал бодисыг нийлэгжүүлэхэд идэвхтэй ашигладаг гэж бид өмнө нь хэлсэн. Энэ нь бүтцийн хувьд ацетонтой маш төстэй бөгөөд үүнээс ялгаатай нь зөвхөн гидроксо бүлгийн оронд кето бүлэг (өөрөөр хэлбэл азотын атомтай давхар холбоогоор холбогдсон хүчилтөрөгчийн атом) байдаг. Та мэдэж байгаагаар ацетон нь өөрөө уусгагч, лаканд ашиглагддаг, гэхдээ үүнээс гадна полиуретан, эпокси давирхай, цууны ангидрид гэх мэт илүү нарийн төвөгтэй бодисуудыг нийлэгжүүлэх урвалж болгон ашигладаг.
Ацетон үйлдвэрлэх урвал
Изопропилийн спиртийг ацетон болгон хувиргах үйл явцыг тайлбарлах нь ашигтай байх болно, ялангуяа энэ урвал нь тийм ч төвөгтэй биш юм. Эхлээд пропанолыг ууршуулж, тусгай катализатор дээр 400-600 хэмд хүчилтөрөгчөөр исэлдүүлнэ. Мөнгөн торонд урвалд оруулснаар маш цэвэр бүтээгдэхүүн гарна.
Урвалын тэгшитгэл
Бид пропанолыг ацетон болгон исэлдүүлэх урвалын механизмын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүй, учир нь энэ нь маш төвөгтэй юм. Бид өөрсдийгөө ердийн химийн хувиргах тэгшитгэлээр хязгаарладаг: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2О. Таны харж байгаагаар диаграмм дээр бүх зүйл маш энгийн, гэхдээ энэ үйл явцыг нарийвчлан судлах нь зүйтэй бөгөөд бид хэд хэдэн бэрхшээлтэй тулгарах болно.
Дүгнэлт
Тиймээс бид пропиленийг усжуулах процесст дүн шинжилгээ хийж, урвалын тэгшитгэл, түүний үүсэх механизмыг судалсан. Боломжит технологийн зарчмууд нь үйлдвэрлэлд тохиолддог бодит үйл явцын үндэс суурь юм. Тэд тийм ч хэцүү биш ч бидний өдөр тутмын амьдралд бодит ашиг тустай байдаг.
