Organik maddeler hayatımızda önemli bir yer tutar. Bizi her yerde çevreleyen polimerlerin ana bileşenleridir: bunlar plastik torbalar, kauçuk ve diğer birçok malzemedir. Polipropilen bu serideki son adım değildir. Ayrıca çeşitli malzemelerde bulunur ve inşaat, plastik bardak malzemesi olarak ev içi kullanım ve diğer küçük (ancak endüstriyel ölçekli olmayan) ihtiyaçlar gibi bir dizi endüstride kullanılır. Propilenin hidrasyonu gibi bir süreç hakkında konuşmadan önce (bu arada, izopropil alkol elde edebildiğimiz için), endüstri için gerekli olan bu maddenin keşfinin tarihine dönelim.
Tarih
Bu nedenle propilenin açılış tarihi yoktur. Bununla birlikte, polimeri - polipropilen - aslında 1936'da ünlü Alman kimyager Otto Bayer tarafından keşfedildi. Elbette bu kadar önemli bir malzemenin nasıl elde edilebileceği teorik olarak biliniyordu ama pratikte bunu yapmak mümkün değildi. Bu, ancak yirminci yüzyılın ortalarında, Alman ve İtalyan kimyagerler Ziegler ve Natt, doymamış hidrokarbonların (bir veya daha fazla bağa sahip olan) polimerizasyonu için bir katalizör keşfettiklerinde mümkün oldu.daha sonra buna Ziegler-Natta katalizörü adını verdiler. O ana kadar bu tür maddelerin polimerizasyon reaksiyonunu sürdürmek kesinlikle imkansızdı. Polikondenzasyon reaksiyonları, bir katalizörün etkisi olmadan, maddeler bir polimer zincirinde bir araya getirilerek yan ürünler oluşturduğunda biliniyordu. Ancak doymamış hidrokarbonlarla bunu yapmak mümkün değildi.
Bu maddeyle ilgili bir diğer önemli süreç de hidrasyonuydu. Propilen, kullanılmaya başlandığı yıllarda oldukça fazlaydı. Ve tüm bunlar, çeşitli petrol ve gaz işleme şirketleri tarafından icat edilen propeni geri kazanma yöntemlerinden kaynaklanmaktadır (buna bazen tarif edilen madde de denir). Petrol kırıldığında bir yan üründü ve türevi olan izopropil alkolün insanlık için faydalı birçok maddenin sentezinin temeli olduğu ortaya çıktığında, BASF gibi birçok şirket, üretim yöntemlerinin patentini aldı. ve bu bileşiğin toplu ticaretine başladı. Propilen hidrasyonu polimerizasyondan önce denenmiş ve uygulanmıştır, bu nedenle aseton, hidrojen peroksit, izopropilamin polipropilenden önce üretilmeye başlanmıştır.
Propeni yağdan ayırma işlemi çok ilginç. Şimdi ona dönüyoruz.
Propilenin ayrılması
Aslında, teorik anlamda, ana yöntem yalnızca bir işlemdir: petrolün ve ilgili gazların pirolizi. Ancak teknolojik uygulamalar sadece bir denizdir. Gerçek şu ki, her şirket benzersiz bir yol elde etmek ve onu korumak için çabalıyor.patent ve bu tür diğer şirketler de propeni hammadde olarak üretip satmanın veya çeşitli ürünlere dönüştürmenin kendi yollarını arıyor.
Pyrolysis ("pyro" - ateş, "liziz" - yıkım), yüksek sıcaklık ve bir katalizörün etkisi altında karmaşık ve büyük bir molekülü daha küçük moleküllere ayırmanın kimyasal bir işlemidir. Petrol, bildiğiniz gibi, bir hidrokarbon karışımıdır ve hafif, orta ve ağır fraksiyonlardan oluşur. Birincisinden en düşük moleküler ağırlık, propen ve etan piroliz sırasında elde edilir. Bu işlem özel fırınlarda gerçekleştirilir. En gelişmiş imalat şirketleri için bu süreç teknolojik olarak farklıdır: bazıları ısı taşıyıcı olarak kum kullanır, diğerleri kuvars kullanır, diğerleri kok kullanır; fırınları yapılarına göre de ayırabilirsiniz: reaktörler olarak adlandırılan borulu ve konvansiyonel reaktörler vardır.
Ancak piroliz işlemi, yeterince saf propen elde etmeyi mümkün kılar, çünkü buna ek olarak, orada çok sayıda hidrokarbon oluşur ve bunlar daha sonra oldukça enerji tüketen yollarla ayrılması gerekir. Bu nedenle, sonraki hidrasyon için daha saf bir madde elde etmek için alkanların dehidrojenasyonu da kullanılır: bizim durumumuzda propan. Tıpkı polimerizasyon gibi, yukarıdaki süreç de öylece gerçekleşmez. Hidrojenin doymuş bir hidrokarbon molekülünden ayrılması, katalizörlerin etkisi altında gerçekleşir: üç değerlikli krom oksit ve alüminyum oksit.
Pekala, hidrasyon sürecinin nasıl gerçekleştiğinin hikayesine geçmeden önce doymamış hidrokarbonumuzun yapısına dönelim.
Propilen yapısının özellikleri
Propenin kendisi, alken serisinin (bir çift bağa sahip hidrokarbonlar) yalnızca ikinci üyesidir. Hafiflik açısından, yalnızca etilenden sonra gelir (tahmin edebileceğiniz gibi, polietilen yapılır - dünyadaki en büyük polimer). Normal durumunda propen, alkan ailesinden "akrabası" olan propan gibi bir gazdır.
Ancak propan ve propen arasındaki temel fark, propen'in bileşiminde kimyasal özelliklerini kökten değiştiren bir çift bağa sahip olmasıdır. Doymamış bir hidrokarbon molekülüne başka maddeler eklemenize izin vererek, genellikle endüstri ve günlük yaşam için çok önemli olan tamamen farklı özelliklere sahip bileşiklerle sonuçlanır.
Aslında bu makalenin konusu olan reaksiyon teorisinden bahsetmenin zamanı geldi. Bir sonraki bölümde, propilenin hidrasyonunun endüstriyel açıdan en önemli ürünlerden birini ürettiğini, ayrıca bu reaksiyonun nasıl gerçekleştiğini ve içindeki nüansların neler olduğunu öğreneceksiniz.
Hidrasyon Teorisi
İlk olarak, yukarıda açıklanan reaksiyonu da içeren daha genel bir işleme - çözmeye - dönelim. Bu, çözünen moleküllere çözücü moleküllerinin eklenmesinden oluşan kimyasal bir dönüşümdür. Aynı zamanda, elektrostatik etkileşimle bağlanan bir çözünen ve bir çözücünün moleküllerinden oluşan yeni moleküller veya solvatlar olarak adlandırılan parçacıklar oluşturabilirler. sadece ilgileniyoruzilk madde türü, çünkü propilenin hidrasyonu sırasında böyle bir ürün ağırlıklı olarak oluşur.
Yukarıda açıklanan şekilde çözülürken, çözücü molekülleri çözünen maddeye bağlanır, yeni bir bileşik elde edilir. Organik kimyada, hidrasyon ağırlıklı olarak alkolleri, ketonları ve aldehitleri oluşturur, ancak glikollerin oluşumu gibi birkaç durum daha vardır, ancak bunlara değinmeyeceğiz. Aslında bu süreç çok basit ama aynı zamanda oldukça karmaşık.
Hidrasyon mekanizması
Çift bağ, bildiğiniz gibi, iki tür atom bağlantısından oluşur: pi- ve sigma-bağları. Pi bağı, daha az güçlü olduğu için (daha düşük bir bağlanma enerjisine sahiptir) hidrasyon reaksiyonu sırasında her zaman ilk kırılandır. Kırıldığında, iki komşu karbon atomunda yeni bağlar oluşturabilen iki boş yörünge oluşur. Çözeltide iki parçacık halinde bulunan bir su molekülü: bir hidroksit iyonu ve bir proton, kırık bir çift bağ boyunca birleşebilir. Bu durumda, hidroksit iyonu merkezi karbon atomuna ve protona - ikinci, aşırı uçlara bağlanır. Bu nedenle, propilenin hidrasyonu sırasında ağırlıklı olarak propanol 1 veya izopropil alkol oluşur. Bu çok önemli bir maddedir çünkü oksitlendiğinde dünyamızda yaygın olarak kullanılan aseton elde edilebilir. Ağırlıklı olarak oluştuğunu söyledik ama bu tam olarak doğru değil. Şunu söylemeliyim: Propilenin hidrasyonu sırasında oluşan tek ürün ve bu da izopropil alkol.
Elbette tüm incelikler bu. Aslında her şey çok daha kolay anlatılabilir. Ve şimdi propilen hidrasyonu gibi bir sürecin okul kursunda nasıl kaydedildiğini öğreneceğiz.
Tepki: nasıl olur
Kimyada, her şey genellikle basitçe belirtilir: reaksiyon denklemlerinin yardımıyla. Dolayısıyla, tartışılan maddenin kimyasal dönüşümü bu şekilde tarif edilebilir. Reaksiyon denklemi çok basit olan propilenin hidratasyonu iki aşamada gerçekleşir. İlk olarak, ikilinin bir parçası olan pi bağı kopar. Daha sonra, bir hidroksit anyonu ve bir hidrojen katyonu olmak üzere iki parçacık biçimindeki bir su molekülü, halihazırda bağ oluşumu için iki boş alana sahip olan propilen molekülüne yaklaşır. Hidroksit iyonu, daha az hidrojenlenmiş karbon atomu (yani, daha az hidrojen atomunun bağlı olduğu ile) ve kalan uç ile sırasıyla proton ile bir bağ oluşturur. Böylece tek bir ürün elde edilir: doymuş monohidrik alkol izopropanol.
Bir tepki nasıl kaydedilir?
Şimdi propilenin hidrasyonu gibi bir süreci yansıtan bir reaksiyonu kimyasal dilde nasıl yazacağımızı öğreneceğiz. İhtiyacımız olan formül: CH2 =CH - CH3. Bu, orijinal maddenin formülüdür - propen. Gördüğünüz gibi, "=" ile işaretlenmiş bir çift bağı vardır ve propilen hidratlandığında suyun ekleneceği yer burasıdır. Reaksiyon denklemi şu şekilde yazılabilir: CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3. Parantez içindeki hidroksil grubu şu anlama gelir:bu kısmın formül düzleminde değil, altında veya üstünde olduğunu. Burada orta karbon atomundan uzanan üç grup arasındaki açıları gösteremiyoruz ama diyelim ki yaklaşık olarak birbirine eşit ve 120 derece oluşturuyorlar.
Nerede uygulanır?
Reaksiyon sırasında elde edilen maddenin diğer hayati maddelerin sentezi için aktif olarak kullanıldığını zaten söylemiştik. Yapı olarak asetona çok benzer, bundan sadece bir hidrokso grubu yerine bir keto grubu (yani, bir azot atomuna bir çift bağla bağlanmış bir oksijen atomu) olması bakımından farklılık gösterir. Bildiğiniz gibi, asetonun kendisi solventlerde ve verniklerde kullanılır, ancak ek olarak poliüretanlar, epoksi reçineler, asetik anhidrit ve benzeri gibi daha karmaşık maddelerin daha ileri sentezi için bir reaktif olarak kullanılır.
Aseton üretim reaksiyonu
Özellikle bu reaksiyon çok karmaşık olmadığı için izopropil alkolün asetona dönüşümünü tanımlamanın faydalı olacağını düşünüyoruz. Başlamak için propanol, özel bir katalizör üzerinde 400-600 santigrat derecede oksijenle buharlaştırılır ve oksitlenir. Reaksiyon gümüş bir ağ üzerinde gerçekleştirilerek çok saf bir ürün elde edilir.
Reaksiyon denklemi
Propanolün asetona oksidasyon reaksiyonunun mekanizmasının ayrıntılarına girmeyeceğiz, çünkü çok karmaşık. Kendimizi olağan kimyasal dönüşüm denklemiyle sınırlandırıyoruz: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2O. Gördüğünüz gibi, şemada her şey oldukça basit, ancak sürece girmeye değer ve bir takım zorluklarla karşılaşacağız.
Sonuç
Bu yüzden propilen hidrasyon sürecini analiz ettik ve reaksiyon denklemini ve oluşum mekanizmasını inceledik. Dikkate alınan teknolojik ilkeler, üretimde meydana gelen gerçek süreçlerin temelini oluşturur. Görünen o ki, çok zor değiller ama günlük hayatımız için gerçek faydaları var.
