Нафтеновые кислоты

Нафтеновые углеводороды: применение, свойства, формула

Нафтеновые кислоты

Нафтеновые углеводороды входят в состав нефти. Об их составе, свойствах, получении и применении и пойдет речь в этой статье. Здесь приведены примеры нафтеновых соединений, формулы наиболее известных из них.

Представлено понятие сиккативов и рассмотрено применение нафтенов в виде сиккативов для лакокрасочной промышленности. Кратко рассмотрен вопрос техники безопасности при работе с веществами, содержащими нафтены.

Абсолютное время: понятие, основы теории

Эти соединения – органические вещества, в большом количестве получаемые из нефти. Свое название они получили от слова нефть (по-гречески naphtha).

К нафтеновым углеводородам относятся соединения алициклического ряда насыщенных углеводородов, т. е. имеющих молекулы округлой формы, замкнутые циклы. Свое название они получили в 1883 году. Его ввели в органическую химию ученые В. В.

Марковников и В. Н. Оглоблин. К нафтенам относят дополнительно углеводороды с несколькими пяти- и шестичленными циклами (в том числе и конденсированные, например, декалин).

Не совсем правильно относить к нафтенам все подряд циклоалканы (цикланы).

Физические и химические свойства нафтенов

Анатомия. Эндокринные железы и их гормоны в таблице, функции

По физическим свойствам нафтеновые углеводороды – жидкости, иногда – с очень резкими неприятными запахами, которыми славится сырая нефть. Именно нафтены оказывают лечебное действие в специальной нафталанской грязи, с помощью которой лечат многие кожные заболевания.

По химическим свойствам нафтеновые углеводороды аналогичны насыщенным ациклическим углеводородам ряда метана. Исключение составляет циклопропан, который ведет себя в некоторых реакциях как ненасыщенный углеводород, присоединяя атомы с разрывом кольца.

В большинстве химических реакций нафтеновые углеводороды выступают как насыщенные, с линейной цепью атомов углерода.

Однако использование химических реакций с разрывом циклов делает возможным применение нафтеновых углеродов в качестве прекрасного сырья для химического синтеза: получения ароматических углеводородов и других ценных продуктов для химической промышленности разных отраслей путем каталитического риформинга.

Общая формула и важнейшие представители ряда

Что означает выражение “правда-матка”?

Формула нафтеновых углеводородов общая для всех циклоалканов: CnH2n, где n – число атомов в молекуле, обычно пять или шесть. Плоскостная формула молекул – круг или замкнутый цикл. Объемная формула достаточно сложна, позволяет иметь несколько вариантов расположения атомов в молекуле.

Примерами нафтеновых углеводородов могут быть такие химические соединения, как циклопентан (пять атомов углерода в кольце), циклогексан (шесть атомов углерода в кольце) и их алкилпроизводные. Особую группу составляют нафтеновые кислоты. Рассмотрим поближе все эти соединения.

Циклопентан для органического синтеза

Циклопентан (или циклопентилен) – циклический насыщенный углеводород, содержащий пять углеродных атомов в одной замкнутой цепочке. Формула циклопентана – С5Н10. Это насыщенный углеводород алициклического ряда, один из простейших циклоалканов.

Он представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом, плотностью 0,745 г/см3, нерастворим в воде, смешивается с бензолом, эфиром, ацетоном (растворение по принципу «подобное в подобном»). Основное количество циклопентана получают вторичной перегонкой нефти.

Большая часть циклопентана используется для органического синтеза ценных химических веществ, например, красителей.

Циклогексан – сырье для получения полиамидов

Циклогексан (или циклогексилен), как и циклопентан, – насыщенный углеводород, содержащий шесть углеродных атомов в замкнутом цикле. Его формула – С6Н12.

Его физические свойства – бесцветная жидкость при нормальных условиях, плотность 0,778 г/см3, в воде нерастворим. Как и циклопентан, растворим в бензоле, эфирах, ацетоне.

Содержится практически во всех видах нефти, но в очень небольших количествах, поэтому получают его каталитическим гидрированием бензола.

Находит, как и циклопентан, очень широкое применение в химической промышленности в производстве циклогексанола и циклогексанона, нитроциклогексана, циклогексаноксима – полупродуктов при производстве капролактама и адипиновой кислоты, которые, в свою очередь, служат для получения полиамидов.

Нафтеновые кислоты: свойства и применение

Это карбоновые кислоты алициклического ряда, по большей части одноосновные. Они содержат один или несколько пяти- или шестичленных углеродных циклов. Именно нафтеновые кислоты составляют большую часть кислотосодержащих компонентов различных нефтей. Их извлекают раствором щелочи, так называемым «высаливанием» нафтенатов.

При нормальных условиях нафтеновые кислоты – вязкие, бесцветные, при стоянии желтеющие жидкости, практически нерастворимые в воде. Сами являются хорошими растворителями смол и камедей. Смешиваются с большинством органических растворителей, обладают всеми химическими свойствами карбоновых кислот.

Наибольшее применение имеют соли нафтеновых кислот. Соли щелочных металлов (мылонафты или нафтенаты) используют в качестве эмульгаторов и средств для дезинфекции, а также как средство для мытья шерсти. Соли меди широко применяют как дезинфицирующее средство для пропитки шпал, канатов, тканей, соли алюминия и свинца – в качестве специальных добавок, присадок к смазочным маслам и топливу.

Кроме этого, мылонафты применяются как добавки к бетонным смесям и растворам, делают их водоотталкивающими, что очень важно, так как позволяют делать растворные смеси пластичными за счет смазки с получением своеобразного действия особых пленок, называемых тонкоориентированными.

Соли нафтеновых кислот как сиккативы

Высоленные гидроокисями из содержащихся в нефти кислот (мылонафты) свинца, кобальта, марганца и цинка широко используют как сиккативы для масляных красок. Сиккатив (на позднелатинском означает «высушивающий») – вещество, применяемое для ускорения высыхания красок. С химической точки зрения – катализатор окислительной полимеризации растворов растительных масел и их производных.

Мылонафты, или нафтенаты, среди сиккативов являются самыми дешевыми, наиболее стабильны при хранении, но, к сожалению, имеют примеси и характерный неприятный запах, поэтому для масляной живописи не применяются.

Защита организма человека при работе с сиккативами

Нафтеновые углеводороды зачастую обладают запахом, воспринимаемым человеком как острый и неприятный.

Для защиты органов дыхания людей, работающих с красками, необходимо применять защиту от паров растворителей и сиккативов.

С этим легко справляются обыкновенные водяные завесы и влажные поглотители: салфетки, повязки и др. При небольших объемах работы и непостоянном контакте с красками этого будет вполне достаточно.

При длительной и постоянной работе с красками, особенно содержащими много сиккативов, необходима более глубокая защита – как органов дыхания, так и глаз, кожи и слизистых. Содержащиеся в сиккативах металлы, особенно свинец, имеют свойство накапливаться в печени и других органах человека, вызывать тяжелые заболевания.

Смазочно-охлаждающие жидкости

Невозможна работа металлообрабатывающих станков без использования смазочно-охлаждающих жидкостей – СОЖ. В большинстве СОЖ – эмульсии, в которых широко используются довольно дешевые продукты нефти-сырца, такие как нафтеновые углеводороды, а также минеральные масла в смеси с водой.

Для того чтобы эмульсия не разделилась на составные части, применяются эмульгаторы и стабилизаторы. Наличие в составе эмульсии воды делает их нелетучими и практически безвредными.

Поэтому очень многие, работающие с маслами, сильные загрязнения рук отмывают эмульсией, содержащей нафтены. Этим свойством СОЖ очень часто пользуются и слесаря, и шоферы.

Эмульсия с нафтенами не только помогает легко отмыть засохшие загрязнения, но и дезинфицирует кожу рук, смягчает, исключает необходимость применения вазелинового масла в качестве смягчителя кожи.

Нефть нельзя использовать как топливо

Знаменитое высказывание Дмитрия Менделеева о том, что нефть – это не топливо, а топить можно и ассигнациями, обретает со временем все больший смысл.

Нефть, газ и уголь – лучшее сырье для огромного количества материалов, необходимых сегодня человеку, но запасы их очень ограничены и невосстанавливаемы.

Среди такого сырья есть и нафтеновые углеводороды, один из ценнейших компонентов нефти – черного золота, еще не до конца оцененного человечеством.

Источник

Источник: https://24Simba.ru/zdorove-i-bezopasnost/23454-naftenovye-uglevodorody-primenenie-svojstva-formula/

Нафтеновая кислота — особенности, свойства, применение и формула

Нафтеновые кислоты

Нафтеновые кислоты (НА) представляют собой смесь нескольких циклопентильных и циклогексилкарбоновых кислот с молекулярной массой от 120 до 700 и более единиц атомной массы.

Основной фракцией являются карбоновые кислоты с углеродным скелетом от 9 до 20 атомов углерода.

Ученые утверждают, что нафтеновые кислоты (НА) представляют собой циклоалифатические карбоновые кислоты с 10-16 атомами углерода, хотя в тяжелой нефти были обнаружены кислоты, содержащие до 50 атомов углерода.

Этимология

Термин имеет корни в несколько архаичном термине «нафтен» (циклоалифатический, но неароматический), который используется для классификации углеводородов.

Первоначально он использовался для описания сложной смеси кислот на основе нефти, когда аналитические методы, доступные в начале 1900-х годов, могли с точностью идентифицировать лишь несколько компонентов нафтенового типа.

Сегодня нафтеновая кислота используется в более общем смысле для обозначения всех карбоновых кислот, присутствующих в нефти (будь то циклические, ациклические или ароматические соединения), и карбоновых кислот, содержащих гетероатомы, такие как N и S.

Многочисленные исследования показали, что большинство циклоалифатических кислот также содержат алифатические кислоты с прямой и разветвленной цепью и ароматические кислоты. Некоторые кислоты содержат > 50% комбинированных алифатических и ароматических кислот.

Формула

Нафтеновые кислоты представлены общей формулой CnH2n-z O2, где n обозначает число атомов углерода, а z обозначает гомологичный ряд. Значение z равно 0 для насыщенных ациклических кислот и увеличивается до 2 в моноциклических кислотах, до 4 в бициклических кислотах, до 6 в трициклических кислотах и ​​до 8 в тетрациклических кислотах.

Соли кислот, называемые нафтенатами, широко используются в качестве гидрофобных источников ионов металлов в различных областях применения.

Алюминиевые и натриевые соли нафтеновой кислоты и пальмитиновой кислоты были объединены во время Второй мировой войны для получения напалма. И напалм был удачно синтезирован.

Слово “напалм” происходит от слов “нафтеновая кислота” и пальмитиновая кислота”.

Связь с нефтью

Природа, происхождение, извлечение и коммерческое использование нафтеновой кислоты были изучены уже довольно давно.

Известно, что сырая нефть с месторождений в Румынии, России, Венесуэле, Северном море, Китае и Западной Африке содержит большое количество кислых соединений по сравнению с большинством американской сырой нефти.

карбоновой кислоты в некоторых калифорнийских нефтепродуктах особенно велико (до 4 %), где, как сообщается, наиболее распространенными классами карбоновых кислот являются циклоалифатические и ароматические кислоты.

Состав

Состав варьируется в зависимости от состава сырой нефти и условий во время переработки и окисления. Фракции, которые богаты нафтеновыми кислотами, могут вызвать коррозионное повреждение оборудования нефтеперерабатывающего завода, поэтому явление коррозии кислоты (NAC) хорошо изучено.

Сырая нефть с высоким содержанием кислот часто упоминается как сырая нефть с высоким общим кислотным числом (TAN) или сырая нефть с высокой кислотностью (HAC). Нафтеновые кислоты являются основным загрязнителем в воде, полученным при добыче нефти из нефтеносных песков Атабаски (AOS).

Кислоты обладают как острой, так и хронической токсичностью для рыб и других организмов.

В своей часто цитируемой статье, опубликованной в Toxicological Sciences, Роджерс заявил, что смеси нафтеновых кислот являются наиболее значительными загрязнителями окружающей среды в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков. Они обнаружили, что в условиях наихудшего случая острая токсичность маловероятна для диких млекопитающих, подвергшихся воздействию кислот в воде, но повторное воздействие может иметь неблагоприятные последствия для здоровья.

В своей статье 2002 года, цитируемой более 100 раз, Роджерс и соавторы сообщили о лабораторной процедуре на основе растворителей, разработанной для эффективного извлечения кислот из больших объемов воды хвостохранилища (TPW) нефтеносных песков Атабаски. Нафтеновые кислоты присутствуют в воде хвостохранилища AOS (TPW) в предполагаемой концентрации 81 мг/л, слишком низкий уровень для TPW, чтобы считаться жизнеспособным источником для коммерческого восстановления.

Удаление

Нафтеновая кислота удаляется из нефтяных веществ не только для минимизации коррозии, но и для извлечения коммерчески полезных продуктов. Наибольшее текущее и историческое использование этой кислоты приходится на производство нафтенатов металлов.

Кислоты извлекаются из нефтяных дистиллятов путем щелочной экстракции, регенерируются в процессе кислотной нейтрализации, а затем перегоняются для удаления примесей. Кислоты, продаваемые коммерчески, классифицируются по кислотному числу, уровню примесей и цвету.

Используются для получения нафтенатов металлов и других производных, таких как сложные эфиры и амиды.

Нафтенаты

Нафтенаты представляют собой соли кислот, аналогичные соответствующим ацетатам, которые лучше определены, но менее полезны. Нафтенаты, как и нафтеновые кислоты в нефти, хорошо растворимы в органических средах, таких как краски.

Они применяются в промышленности, включая производство таких полезных вещей: синтетические моющие средства, смазочные материалы, ингибиторы коррозии, присадки к топливам и смазочным маслам, консерванты для древесины, инсектициды, фунгициды, акарициды, смачивающие агенты, загустители напалма и масляные осушители, используемые при окраске и обработке поверхности древесины.

Нефтеносные пески

В одном из исследований говорится, что нафтеновые кислоты являются наиболее активными загрязнителями окружающей среды из всех веществ, полученных в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков.

Однако в условиях утечки и загрязнения острая токсичность маловероятна для диких млекопитающих, подвергающихся воздействию кислот в воде пруда, находящегося возле хвостохранилища, но повторное воздействие может иметь неблагоприятные последствия для здоровья животных.

Кислоты присутствуют в нефтеносных песках и в воде в хвостохранилищах в предполагаемой концентрации 81 мг/л.

Используя протоколы Организации экономического сотрудничества и развития (OECD) для тестирования токсичности, американские исследователи утверждали, что на основании их исследований очищенные НК при пероральном употреблении не были остро генотоксичны для млекопитающих. Тем не менее повреждения, вызванные НК при кратковременном воздействии при остром или прерывистом воздействии, могут накапливаться при повторном воздействии.

Циклопентан

Циклопентан является легковоспламеняющимся алициклическим углеводородом с химической формулой C5H10 и номером CAS 287-92-3, состоящим из кольца из пяти атомов углерода, каждое из которых связано с двумя атомами водорода над и под плоскостью.

Он часто представлен в виде бесцветной жидкости с запахом, похожим на бензин. Температура его плавления составляет -94 °C, а температура кипения составляет 49 °C. Циклопентан относится к классу циклоалканов и представляет собой алканы с одним или несколькими кольцами атомов углерода.

Он образуется путем крекинга циклогексана в присутствии оксида алюминия при высокой температуре и давлении.

Производство нафтеновых кислот, включая циклопентан, в последние годы утратило былую массовость.

Впервые он был подготовлен в 1893 году немецким химиком Йоханнесом Висликусом. В последнее время его часто относят к нафтеновым кислотам.

Роль в производстве

Циклопентан используется в производстве синтетических смол и резиновых адгезивов, а также в качестве вспенивающего агента при производстве полиуретановой изолирующей пены, что встречается во многих бытовых приборах, таких как холодильники и морозильники, заменяя вредные для окружающей среды альтернативы, такие как ХФУ-11 и ГХФУ- 141b.

Смазки с многократным алкилированием циклопентана (MAC) обладают низкой летучестью и используются в некоторых специализированных применениях.

Соединенные Штаты производят более полумиллиона килограммов этого химического вещества в год. В России нафтеновые кислоты (включая циклопентан) производятся как естественный продукт обработки нефти.

Циклоалканы могут быть получены с помощью процесса, известного как каталитический риформинг. Например, 2-метилбутан может быть преобразован в циклопентан с использованием платинового катализатора. Это особенно часто используется в автомобилях, так как разветвленные алканы будут гореть гораздо быстрее.

Физические и химические характеристики

Удивительно, но их циклогексаны начинают кипеть на 10 °C выше, чем гексагидробензол или гексанафтен, но эта загадка была разгадана в 1895 году Марковниковым, Н.М. Кишнером и Николаем Зелинским, когда они переназначили гексагидробензол и гексанафтен как метилциклопентан – результат неожиданного обратного удара.

Хотя циклогексан довольно нереакционноспособен, он подвергается каталитическому окислению с образованием циклогексанона и циклогексанола. Смесь циклогексанон-циклогексанол, называемая “масло КА”, является сырьем для адипиновой кислоты и капролактама, предшественников нейлона.

Применение

Он используется в качестве растворителя в некоторых марках корректирующей жидкости.

Циклогексан иногда используется в качестве неполярного органического растворителя, хотя н-гексан все же более широко используется для этой цели.

Он также часто используется в качестве растворителя для перекристаллизации, так как многие органические соединения проявляют хорошую растворимость в горячем циклогексане и плохую растворимость при низких температурах.

Циклогексан также используется для калибровки приборов дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) из-за удобного перехода кристалл-кристалл при -87,1 °C.

Пары циклогексана используются в вакуумных цементационных печах при производстве оборудования для термообработки.

Деформация

Кольцо с 6 вершинами не соответствует форме идеального шестиугольника. Конформация плоского шестиугольника имеет значительную угловую деформацию, потому что его связи не составляют 109,5 градусов. Деформация кручения также будет значительной, поскольку все связи будут затмеваться.

Следовательно, чтобы уменьшить деформацию кручения, циклогексан принимает трехмерную структуру, известную как “конформационный стул”.

Есть также два других промежуточных конформера – “половинный стул”, который является самым нестабильным конформером, и “твист-лодка”, которая более устойчива.

Впервые эти чудаковатые названия были предложены еще в 1890 году Германом Саксом, но получили широкое признание гораздо позже.

Половина атомов водорода находится в плоскости кольца (экваториально), а другая половина перпендикулярна плоскости (аксиально). Эта конформация обеспечивает наиболее стабильную структуру циклогексана. Существует другая конформация циклогексана, известная как “конформационная лодка”, но она преобразуется в чуть более устойчивое образование “стула”.

Циклогексан имеет самый низкий угол и крутильную деформацию среди всех циклоалканов, в результате чего циклогексан считается равным 0 в общей кольцевой деформации. То же самое актуально и для натриевых солей нафтеновых кислот.

Фазы

Циклогексан обладает двумя кристаллическими фазами. Высокотемпературная фаза I, стабильная между +186 °C и температурой плавления +280 °C, представляет собой пластичный кристалл, что означает, что молекулы сохраняют некоторую степень свободы перемещения.

Низкотемпературная (ниже 186 °C) фаза II более упорядочена.

Две другие низкотемпературные (метастабильные) фазы III и IV были получены путем применения умеренных давлений выше 30 МПа, а фаза IV появляется исключительно в дейтерированном циклогексане (обратите внимание, что применение давления увеличивает значения всех температур перехода).

Источник: https://FB.ru/article/452839/naftenovaya-kislota-osobennosti-svoystva-primenenie-i-formula

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: