Застосування спиртів як палива

Для паливних цілей в даний момент використовуються в промислових об'ємах три спирти: метанол, етанол і бутанол, що пов'язано, насамперед, з їх комерційною доступністю та можливістю масового виробництва з рослинної сировини (крім метанолу). При цьому можливе використання спиртів у вигляді пального в чистому вигляді, а також у вигляді різних сумішей з бензином або дизельним паливом^[2], а також як добавок (до 10%) з метою підвищення октанового числа і зниження токсичності відпрацьованих газів.^[3][4]Також окремим напрямом є використання метанолу для переетерифікації жирів у виробництві біодизеля.^[5]

Найпоширенішим паливним спиртом є етанол. За оцінками експертів, на 2009 рік 80-90% всього виробленого в світі етилового спирту було використано саме в цих цілях і склало 73,9 млрд літрів (≈ 58 млн тонн).^[6]

Основні причини, які дали поштовх активному вивченню спиртів як альтернативного палива, це^[7]:

§ зростання цін на нафту і природний газ, а також вичерпність цих ресурсів в найближчому майбутньому;

§ спирти володіють високими експлуатаційними характеристиками, а продукти згоряння містять менше шкідливих речовин;

§ спирти можуть виготовлятися біохімічним методом з відходів харчової, деревообробної та целюлозно-паперової промисловості, тим самим вирішуючи одночасно проблемуутилізації.

Разом з тим, масове використання вищевказаних спиртів як моторного палива, крім суто економічних причин, має низку недоліків:

§ метанол і етанол мають порівняно з бензином меншу енергоефективність і, відповідно, забезпечують більші витрати;

§ низькі температури кипіння спиртів можуть бути причиною утворення парових пробок, що може істотно ускладнити роботу двигуна;

§ гігроскопічність спиртів, а також їх розчинність у воді може привести до різкого зниження потужності при потраплянні вологи в паливну систему;

§ спирти мають істотно більш високі корозійні характеристики порівняно з вуглеводнями;

§ відносно висока прихована теплота згоряння метанолу та етанолу може бути причиною проблеми при змішуванні цих спиртів з повітрям і подальшого транспортування через впускний колектор двигуна.

23, Області використання спиртів численні та різноманітні, особливо враховуючи широкий спектр сполук, що відносяться до цього класу. Разом з тим, з промислової точки зору, тільки невелика низка спиртів вносить помітний внесок у глобальну світову економіку.

В TOP 50 за 2002 рік сполук, що випускаються хімічною промисловістю США, зі спиртів входять тільки метанол (14-е місце) та етиленгліколь (29-е місце).^[1] У наступні 50 найважливіших хімічних сполук, за даними 1999 роу, включені ізопропіловий спирт, н-бутиловий спирт, синтетичний етанол, пропіленгліколь, діетиленгліколь, 2-етилгексанол, 1,4-бутандіол, сорбітол і гліцерин.^[1]

У світі найбільше значення з спиртів мають метиловий, етиловий, пропіловий, ізопропіловий спирт, а також бутилові, амілові і вищі жирні спирти. З циклічних і ароматичних спиртів: циклогексанол, 2-етилгексанол, фенілетиловий і бензиловий спирти; з гликолей і поліолів: етиленгліколь, пропіленгліколь, діетиленгліколь, гліцерин, пентаеритрит.

Найбільш великотоннажними напрямками використання спиртів є (в довільному порядку):

§ проміжні продукти для основного органічного синтезу;

§ застосування як палива;

§ виробництво розчинників;

§ виробництво синтетичних миючих засобів, парфумерії та косметики;

§ використання в харчовій і фармацевтичній промисловості.

[ред.] Застосування спиртів як палива

Для паливних цілей в даний момент використовуються в промислових об'ємах три спирти: метанол, етанол і бутанол, що пов'язано, насамперед, з їх комерційною доступністю та можливістю масового виробництва з рослинної сировини (крім метанолу). При цьому можливе використання спиртів у вигляді пального в чистому вигляді, а також у вигляді різних сумішей з бензином або дизельним паливом^[2], а також як добавок (до 10%) з метою підвищення октанового числа і зниження токсичності відпрацьованих газів.^[3][4]Також окремим напрямом є використання метанолу для переетерифікації жирів у виробництві біодизеля.^[5]

Найпоширенішим паливним спиртом є етанол. За оцінками експертів, на 2009 рік 80-90% всього виробленого в світі етилового спирту було використано саме в цих цілях і склало 73,9 млрд літрів (≈ 58 млн тонн).^[6]

Основні причини, які дали поштовх активному вивченню спиртів як альтернативного палива, це^[7]:

§ зростання цін на нафту і природний газ, а також вичерпність цих ресурсів в найближчому майбутньому;

§ спирти володіють високими експлуатаційними характеристиками, а продукти згоряння містять менше шкідливих речовин;

§ спирти можуть виготовлятися біохімічним методом з відходів харчової, деревообробної та целюлозно-паперової промисловості, тим самим вирішуючи одночасно проблемуутилізації.

Разом з тим, масове використання вищевказаних спиртів як моторного палива, крім суто економічних причин, має низку недоліків:

§ метанол і етанол мають порівняно з бензином меншу енергоефективність і, відповідно, забезпечують більші витрати;

§ низькі температури кипіння спиртів можуть бути причиною утворення парових пробок, що може істотно ускладнити роботу двигуна;

§ гігроскопічність спиртів, а також їх розчинність у воді може привести до різкого зниження потужності при потраплянні вологи в паливну систему;

§ спирти мають істотно більш високі корозійні характеристики порівняно з вуглеводнями;

§ відносно висока прихована теплота згоряння метанолу та етанолу може бути причиною проблеми при змішуванні цих спиртів з повітрям і подальшого транспортування через впускний колектор двигуна.

24, Фізичні властивості гліцерину. Безбарвна, в’язка, гігроскопічна рідина, солодка на смак. Змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Температура плавлення — , кипіння — . Багатоатомними називаються спирти, у молекулах яких два або більше атомів Гідрогену заміщені на гідроксигрупи.

25Хімічні властивості багатоатомних спиртів (на прикладі гліцерину).
1) Горіння:

Утворюються вуглекислий газ і вода (за достатньої кількості кисню).
2) Взаємодія з активними металами (може відбуватися ступінчасто):



3) Взаємодія з галогеноводнями (може відбуватися ступінчасто):

4) Нітрування (нітруюча суміш — суміш концентрованих нітратної і сульфатної кислот):

26,, Володіє слабкими кислотними властивостями, при дії лугів утворює солі -феноляти (наприклад, фенолят натрію - C6H5ONa):
C6H5OH + NaOH = C6H5ONa + H2O
Вступає в реакції електрофільного заміщення по ароматичного кільця.Гідрокси-група, будучи однією з найсильніших донорних груп, збільшуєреакційну здатність кільця до цих реакцій, і направляє заміщення в орто-іпара-положення. Фенол з легкістю алкілуючі, ацилирующей, галогеніруется, нітрит і сульфірующій.
Реакція Кольбе-Шмідта.
Взаємодія з металевим натрієм:
2C6H5OH + 2Na = 2C6H5ONa + H2 ↑
Взаємодія з бромной водою (якісна реакція на фенол):
C6H5OH + 3Br2 (aqua) → C6H2 (Br) 3OH + 3HBr утворюється тверда речовина білого кольору 2,4,6 трібромфенол
Взаємодія з концентрованою азотною кислотою:
2C6H5OH + 6HNO3конц → 2C6H2 (NO2) 3OH + 6H2О утворюється 2,4,6тринітрофенолу
Взаємодія з хлоридом заліза (III) (якісна реакція на фенол):
C6H5OH + FeCl3 → [C6H5OFe] 2 + (Cl) 2 - + HCl утворюєтьсядіхлорідфенолят заліза (III) (фіолетове забарвлення)

27, Фенол утворює безбарвні призматичні кристали, що розовіють при зберіганні на повітрі. При температурі 65,3 °С фенол змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Нижче цієї температури при розчиненні фенолу у воді утворюється два шари: фенолова і водна фази.

Температура плавлення 40,5 °С;

Температура кипіння 181,84 °С;

Критична температура 421,1 °С;

Показник заломлення d⁷⁰₄=1,032; d²⁵_тв=1,132; n⁶⁰_D=1,5321;

Діелектрична проникність (при 60 °С) 10;

Теплота утворення 165,25 кДж/моль;

Теплота згоряння 3057,86 кДж/моль;

Теплота випаровування (760 мм рт. ст.) 45,75 кДж/моль.

28, Фенол застосовують у виробництві фенолформальдегидних пластмас, синтетичного волокна капрону, фарбників, пестицидів, лікарських препаратів (аспірин, салол). Розбавлені водні розчини фенолу (карбол (5%)) застосовують для дезинфекції приміщень, білизни в деяких установах (наприклад, лікарнях).
Являсь антисептиком, широко застосовувався в європейській і американській медицині в період 2 світової війни, але із-за високої токсичності в даний час використання сильно обмежене. Широко використовується в молекулярній біології і генній інженерії для очищення ДНК. У суміші з хлороформом раніше використовувався для виділення ДНК з клітки.
В даний час цей метод не актуальний, із-за наявності великої кількості специалізірованих китів для виділення.

Безпека

Фенол отруйний. Викликає порушення функцій нервової системи. Пил, пари і розчин фенолу дратують слизисті оболонки очей, дихальних шляхів, шкіру (ГДК 5мг/м?, у водоймищах 0,001 міліграм/л).

Отримання

1) Виділення з продуктів сухої перегонки кам’яного вугілля.

2) Через бензолсульфокислоту. Спочатку бензол обробляють при нагріванні концентрірованной сірчаною кислотою C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O

Отриману бензолсульфокислоту сплавляють з лугом

C6H5SO3H + 3NaOH = C6H5ONa + 2H2O + Na2SO3

Після обробки фенолята сильною кислотою отримують фенол.

3) Кумольний спосіб..

 

30, Перший член гомологічного ряду граничних альдегідів НСНО - безбарвний газ, кілька наступних альдегідів - рідини. Вищі альдегіди - тверді речовини. Карбонильная група зумовлює високу реакційну здатність альдегідів. Температура кипіння альдегідів зростає із збільшенням молекулярної маси. Киплять вони при більш низькій температурі, ніж відповідні спирти, наприклад пропіонової альдегід при 48,8 оС, а пропіловий спирт - при 97,8 оС.Щільність альдегдов менше одиниці. Мурашиний і оцтовий альдегіди добре розчиняються у воді, наступні - гірше. Нижчі альдегіди мають різкий, неприємний запах, деякі вищі - приємний запах.
Систематичні назви кетонів нескладного будови виробляють від назв радикалів (в порядку збільшення) з додаванням слова кетон. Наприклад:
CH _{3-CO-CH 3} - диметил кетон (ацетон);
CH ₃ CH ₂ CH _{2-CO-CH 3} - метілпропіл кетон.
У більш загальному випадку назва кетону будується за назвою відповідного вуглеводню і суфікса-он; нумерацію ланцюга починають від кінця ланцюга, найближчого до карбонільної групи (замісна номенклатура ІЮПАК).
Приклади:
CH _{3-CO-CH 3} - пропан він (ацетон);
CH ₃ CH ₂ CH _{2-CO-CH 3} - пентан він - 2;
CH ₂ = CH-CH _{2-CO-CH 3} - пента-4 - він - 2.
Слово "альдегід" буквально означає "спирт, позбавлений водню" (від лат. Al cohol dehyd rogenatus), тобто окислений спирт.
Хімічні властивості альдегідів.
Наявність карбонільної групи визначає більшу реакційну здатність альдегідів. Подвійний зв'язок між киснем і вуглецем в групі С = О на відміну від звичайної подвійний вуглець-вуглецевого зв'язку сильно поляризована, так як кисень має значно більшу електронегативністю, ніж вуглець, та електронна щільність p-зв'язку зміщується до кисню:
Окислення альдегідів оксидом срібла в аміачному розчині (реакція "срібного дзеркала"). При нагріванні оксид срібла окислює альдегід і сам відновлюється до чистого срібла:
Відновлене срібло, покриваючи стінки судини тонким шаром, утворює срібне дзеркало.
Окислення альдегідів гідроксидом міді (II). Свіжоприготований блакитний осад гідроксилу міді (II), окислюючи альдегід, при нагріванні до цегельно-червоного осаду оксиду міді (I):
Часто для проведення цієї реакції використовують темно-синю рідину Фелінга - суміш розчинів сульфату міді (II) з лужним розчином сегнетової солі(калієво-натрієва сіль винної кислоти КООН - СНОН - СНОН - СООNa). При нагріванні з альдегідом синій колір реактиву зникає і випадає в осад оксид міді (II).
Реакції приєднання. Альдегіди легко приєднують ціановодород HCN і гідросульфіт натрію NaHSO _3:
Продукти приєднання NaHSO ₃ - кристалічні речовини, розчинні у воді. При нагріванні з кислотами вони розпадаються з утворенням вихідного альдегіду. Тому остання реакція застосовується для очистки альдегідів.
У присутності нікелевих або платинових каталізаторів альдегіди приєднують водень і відновлюються до первинних спиртів, наприклад:
Приєднуючи спирти, альдегіди утворюють сполуки, які мають назву ацетали. Реакція протікає в присутності кислот:
Ацеталі представляють собою прості ефіри двоатомних спирту. Вони легко гідролізуються з утворенням вихідних речовин.
Реакція полімеризації і конденсації. Ці реакції характерні для альдегідів і обумовлені реакційною здатністю карбонільної групи. Процеси полімеризації розглянуті нижче.
Всі молекули альдегіду можуть з'єднуватися один з одним в присутності лугу з утворенням сполуки з більш довгою вуглецевої ланцюгом, що міститьальдегідну і гідроксильну групи:
Така речовина називають альдоль. При відщепленні молекули води від гідроксібутаналя утворюється альдегід, що містить подвійний зв'язок у ланцюгу:
Подібні реакції конденсації альдегідів називаються Альдольна-кротоновий конденсації. При конденсації інших альдегідів реакція також завжди протікає за участю другого вуглецевого атома однієї з молекул, наприклад:
Окислення. При окисленні альдегідів, яке протікає дуже легко, утворюються органічні кислоти або їх солі. Наприклад при окисленні оцтового альдегіду утворюється оцтова кислота:
Заміщення кисню карбонільної групи. Атом кисню в молекулі альдегіду може бути заміщений на галоген при дії галогенідів фосфору PCl ₅ або PBr _5,наприклад:
При дії гідроксиламіну NH ₂ OH на альдегіди карбонільних кисень заміщується на оксімідную групу = N - OH:
Утворюється азотовмісна органічна сполука відноситься до оксимами. Взаємодія з галогенами. Як вже зазначалося, атом водню при другому атомі вуглеводневого ланцюга альдегідів володіє підвищеною рухливістю. При взаємодії альдегідів з хлором або бромом цей водневий атом легко заміщується на галоген

31, Найбільше застосування мають метаналя і етаналь. Велика кількість метаналя використовується для отримання фенолформальдегидной смоли, яку отримують при взаємодії метаналя з фенолом. Ця смола необхідна для виробництва різних пластмас. Пластмаси, виготовлені з фенолформальдегідної смоли в поєднанні з різними наповнювачами, називаються фенопласту. При розчиненні фенолформальдегидной смоли в ацетоні чи спирті отримують різні лаки.
При взаємодії метаналя з карбамідом СО (МНГ) 2 отримують карбамідних смол, а з неї - амінопласти. З цих пластмас виготовляють мікропористіматеріали для потреб електротехніки.
Метаналя йде також на виробництво деяких лікарських речовин і барвників.
Широко застосовується водний розчин, що містить в масових частках 0,4, або 40%, метаналя. Він називається формаліном. Його використання грунтується на властивості згортати білок. Так, наприклад, у шкіряному виробництві дубящие дію формаліну пояснюється згортанням білка, в результаті чого шкіра твердне і не піддається гниття. На цьому ж властивості грунтується застосування формаліну для збереження біологічних препаратів. Іноді формалін використовується для дезінфекції та протруєння насіння.
Етаналь в основному йде на виробництво оцтової
кислоти
Застосування альдегідів в медицині.
Формальдегід (формалін), прозора безбарвна рідина зі своєрідним гострим запахом. Застосовують як дезинфікуючий і дезодоруючу засіб для миття рук, обмивання шкіри при підвищеній пітливості (0,5-1%), для дезінфекції інструментів (0,5%), для спринцювань (1:2000 - 1:3000). Входить до складу Лізоформ.
Формідрон
- Рідина, що містить розчину формальдегіду 10 частин, спирту етилового 95% 40 частин, води 50 частин, одеколону 0,5 частин. Застосовують для протирання шкіри при підвищеній пітливості.
Мазь формальдегідна, білого кольору зі слабким запахом формаліну і аромату. Застосовують при підвищеній пітливості, втирають у подмишечняю западини один раз на добу, в міжпальцевих складки.
Лізоформ мильний розчин формальдегіду. Склад: формаліну 40 частин, мила калійного 40 частин, спирту 20 частин. Надає дезінфікуючий і дезодорує. Застосовують для спринцювання в гінекологічній практиці, для дезінфекції рук (1-3% розчини).
Уротропін (гексаметилентетрамін), безбарвні кристали без запаху, легко розчиняються у воді. Водні розчини мають лужну реакцію. Застосовують головним чином при інфекційних процесах сечовивідних шляхів (циститах, пієлітах).
Дія заснована на здатності препарату розкладатися в кислому середовищі з утворенням формальдегіду. Призначають препарат натщесерце. Показаннями для його застосування служать холецистити, холангіти, алергічні захворювання шкіри, очей (кератити, іридоцикліти та ін.) Препарат може викликати роздратування паренхіми нирок, при цих ознаках прийом препарату припиняють.
Уросал, таблетки, що містять по 0,3 г гексаметилентетраміну і фенілсаліцилату.
Кальцекс - таблетки білого кольору, солоно-гіркого смаку, легко розчиняються у воді.
Містять 0,5 г комплексної солі гексаметилентетраміну і кальцію хлориду. Застосовують по 1-2 таблетки 3-4 рази на день при простудних захворюваннях.
Ціміналь, придушує (місцево) грампозитивні і грамнегативні бактерії, сприяє епітелізації і загоєнню ран. Застосовують зовнішньо при лікуванні ран, піодермії, трофічних виразок, опіків.
Призначають у вигляді порошку (для припудрювання) або 1-3% суспензії, яку наносять на ушкоджену поверхню, перев'язки через 3-4 дні. При тривалому застосуванні препарату можливе виникнення дерматитів, відчуття печіння та свербежу.

32, 32) Карбонові кислоти – органічні сполуки, що містять одну або декілька карбоксильних груп СООН. За кількістю цих груп розрізняють одноосновні (бензойна, оцтова кислота), двоосновні (щавлева, фталева) та багатоосновні (лимонна)

У молекулах карбонових кислот, як і в молекулах спиртів, містяться гідроксильні групи, унаслідок чого кислоти виявляють деяку схожість із спиртами.

³³⁾ За фізичними властивостями карбонові кислоти є рідинами або твердими речовинами. Низькомолекулярні карбонові кислоти добре розчинні у воді. Кислоти розчинні в розчинах лугів з утворенням солей.

34) Хімічні властивості карбонових кислот обумовлені наявністю в молекулі карбоксильної групи. В розчинах вони дисоціюють на іони:

Це, як правило слабкі кислоти Kg у них нижче ніж у мінеральних кислотах.

1. Взаємодіють з солями важких металів в нейтральному середовищі з утворенням забарвлених сполук.

2. З спиртом утворюють складні ефіри, які мають характерний запах – реакція етерифікації.

Зворотній процес – реакція гідролізу (окислення).

35) Застосування карбонових кислот.

Мурашина кислота застосовується як протрава для фарбування шерсті, консервант фруктових соків і силосу, використовується для дезінфекції місткостей у харчовій промисловості, у хімічних синтезах.
Оцтова кислота застосовується для добування пластмас, барвників, ліків, штучних волокон, кіноплівки в хімічних синтезах. Вона використовується як приправа до їжі, для консервації овочів. Солі оцтової кислоти використовують для фарбування тканин, а також для боротьби зі шкідниками сільського господарства

36) Добування карбонових кислот.

Загальний спосіб добування карбонових кислот — окиснення альдегідів або спиртів із гідроксигрупою біля першого атома Карбону:

38) Похідні карбонових або мінеральних кислот, в яких атом водню в гідроксильній (ОН) групі заміщено на органічний радикал (R').

Назва естер походить від німецького слова Es sig-Ae ther, етилацетат.

В українській мові вживалась в 30-ті роки минулого століття, та згодом була замінена на складний ефір.

За своєю будовою естери на перший погляд схожі з солями. Насправді ж схожість тут лише формальна. Зв’язок між вуглеводневим радикалом, тобто залишком, який виходить, якщо відняти від молекули вуглеводню один атом водню, і рештою частини молекули в естері ковалентний, а не іонний, як у солях.

Естери (складні етери), на відміну від більшості солей, нерозчинні у воді, але розчиняються в органічних розчинниках. Розчини їх не проводять електричного струму.

Реакція утворення естеру із спирту і кислоти є оборотною: пряма реакція називається естерифікацією, а зворотна – омиленням естеру.

39) Фізичні властивості естерів. Естери нижчих карбонових кислот і спиртів — леткі рідини, малорозчинні або нерозчинні у воді, добре розчинні у спирті та інших органічних розчинниках. Багато естерів мають приємний запах.
Естери вищих кислот і спиртів — воскоподібні речовини, без запаху, нерозчинні у воді, добре розчинні в органічних розчинниках.

Хімічні властивості

1. Кислотний гідроліз

C₂H₅OOCCH₃ = C₂H₅OH + CH₃COOH

2. Лужний гідроліз

C₂H₅OOCCH₃ + NaOH = C₂H₅OH + CH₃COONa

На відміну від кислотного лужний гідроліз естерів протікає незворотно