Охрана окружающей среды от загрязнений при переработке углеводородного сырья и использовании продуктов ее переработки.

Обработка и использование углеводородного сырья неразрывно связаны с проблемой охраны окружающей среды. Это обуславливается тем, что каждый день происходят выбросы в атмосферу, например, углекислого газа, который образуется во время сжигания горючих веществ в быту, на транспорте, в промышленности. Повышенная концентрация CO2 в атмосфере вызывает парниковый эффект.
Кроме парникового эффекта, в результате переработки и использования горючих полезных ископаемых атмосфера загрязняется вредными веществами, такими как карбон(II) оксид CO сульфур(IV) оксид SO2, метан CH4 и другие. Все эти вещества вызывают фотохимический смог, кислотные дожди и т.д.
Фотохимический смог образуется в результате реакций, происходящих под воздействием солнечного света. При этом, помимо имеющихся в воздухе загрязнителей, дополнительно образуются диоксин азота и озон. Озон реагирует с углеводородами, которые выделяются в воздух от неполного сгорания топлива. В результате образуются соединения, опасные для здоровья людей и вредны для окружающей среды. Фотохимический смог впервые наблюдался в Лос-Анджелесе, где много солнца и автомобилей.
Можно избавиться от вредных загрязнителей, образующихся в результате использования топлива и горючего следующим образом:
во-первых, можно экономно использовать эти продукты, тем самым уменьшая количество вредных выбросов;
во-вторых, можно удалить из топлива серу еще до его использования;
в-третьих, создавать технологические условия для полного сгорания угля в котельных, на теплоэлектростанциях и бензина в двигателях автомобилей;
в-четвертых, можно улавливать отходы после сгорания топлива с помощью фильтров;
в-пятых, можно заменить источники энергии, то есть вместо энергии топлива использовать энергию солнца, ветра, воды, ядерную и геотермальную энергию.
Экономическое развитие общества тесно связано с потреблением энергии в растущем количестве. Основные источники энергии - уголь, нефть, природный и попутный нефтяной газы. Ресурсы ископаемого топлива сокращаются, что заставляет нас думать о повышении эффективности их использования. В то же время необходимость защиты окружающей среды заставляет приложить усилия, направленных на совершенствование технологий использования природного сырья, а также на создание новых источников энергии. В решении этих проблем ведущая роль принадлежит химии.

Экологически вредными последствиями производства энергии являются: парниковый эффект, кислотные дожди, термические и химические загрязнения окружающей среды.

К кислотным дождям относят все виды метеорологических осадков: дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение рН (водородный показатель). Нормальное pH в чистых дождях - 5,6.

Простым способом определения характера среды является применение индикаторов - химических веществ, окраска которых меняется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы - фенолфталеин, метилоранж, лакмус.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как диоксид серы (SO2) и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот: серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.
Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу являются главным образом вулканы и лесные пожары. Тем временем природные поступления в атмосферу оксидов азота связаны главным образом с электрическими разрядами, при которых образуется NО, впоследствии – NO2. Значительная часть оксидов азота природного происхождения перерабатывается в почве микроорганизмами, то есть, включена в биохимический круговорот.
Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает химические превращения, которые ведут к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SO3:
2SO2 + О2 → 2SO3

который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя серную кислоту (при наличии катализатора V2O5) : SO3 + Н2О → H2SO4.

Основная часть диоксида серы, выбрасываемого в влажном воздухе образует аэрозоль сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SO3:

SO2 + H2O → H2SO3

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:
2H2SO3 + O2 → 2H2SO4
Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы.

Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:

2NO2 + H2О → HNO3 + HNO2

Источники кислотообразующих осадков: тепловые электростанции, автотранспорт, металлургические и химические предприятия, авиация.
В водных экосистемах кислотные осадки вызывают гибель всех водяных обитателей. Подкисление воды водоемов серьезно влияет и на сухопутных животных, потому что много зверей и птиц входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах. Вместе с гибелью озер, рек, морей становится очевидной и деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых и других патогенных микроорганизмов. Во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги. Если разрушается, лесная экосистема ухудшение запасов воды становятся катастрофическими. Подкисление почвы кислотными (азотнокислыми) дождями стимулирует развитие лесных вредителей. В результате окисления в почве происходит растворение питательных веществ, эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, ртуть и свинец, которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды.
Алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Тяжелые металлы, находящиеся в природных водах, негативно влияют на почки, печень, центральную нервную систему, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться даже через 20 лет.
Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы опасно для людей, страдающих сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых случаях может возникнуть отек легких. Кислотные дожди разъедают изделия из металлов, краски, синтетические соединения, разрушают архитектурные памятники.

Использования продуктов переработки углеводородного сырья.
Сырую нефть обычно не используют. Чтобы добыть технически ценные продукты нефти, ее подвергают переработке. Продукты перегонки нефти имеют разнообразное применение.

Бензин в больших количествах используют как авиационное и автомобильное топливо. Он состоит обычно из углеводородов, содержащих в молекулах в среднем от 5 до 9 атомов углерода.
Лигроин используют как топливо для дизельных двигателей, а также как растворитель в лакокрасочной промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин.
Газ применяют как топливо для реактивных и тракторных двигателей, а также для бытовых нужд. Он состоит из углеводородов, содержащих в молекулах в среднем от 9 до 16 атомов углерода.
Солярное масло используется как моторное топливо, а масла - для смазывания механизмов.
Вазелин используют в медицине. Он состоит из смеси жидких и твердых углеводородов.

Парафин применяется для получения высших карбоновых кислот, пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т.д. Он состоит из смеси твердых углеводородов.
Гудрон - нелетучая темная масса; после частичного окисления применяется для изготовления асфальта.
Мазут кроме переработки на смазочные масла и бензин используют как жидкое котельное топливо. Легкий газойль, фракция 200-3400С, состоит на 40-80% из ароматических углеводов, используется как сырье для производства сажи, нафталина, фенантрену, дизельного топлива, разбавителя топливных мазутов.
При коксовании каменного угля добывают различные продукты: кокс, каменноугольную смолу, аммиачную воду и коксовый газ. Коксовый газ далее используют для обогрева коксовых печей, но основные количества его подвергают химической переработке. Из него выделяют водород для синтеза аммиака, из которого далее добывают нитратные удобрения - сульфат аммония.
Каменноугольная смола является источником ароматических углеводородов, подвергают ректификационной перегонке и получают бензол, толуол, ксилол, нафталин, а также фенолы, азотсодержащие соединения и др. Пек - густая черная масса, которая отстаивается после перегонки смолы, используется для изготовления электродов и кровельного толя.
Коксовый газ используют для обогрева коксовых печей (при сгорании 1 м3 газа выделяется около 18ООО кДж), но основное количество его подвергают химической переработке. Из него выделяют водород для синтеза аммиака, который используют для добывания азотных удобрений.
2. Генетическая связь между классами неорганических и органических соединений.

 

Генетическая связь ( от греч. «генезис» - происхождение).

Генетические связи - это связи между классами соединений, основанные на получении одного класса веществ с другого.

Генетическая связь отражает возможность взаимных превращений.

Правило генетических связей:

1) количество стрелок в схеме соответствует количеству уравнений химических реакций, которые необходимо сложить;

2) соединения, записанные перед стрелочкой обязательно должны вступить в химическую реакцию;

3)соединения, записанные после стрелочки должны образоваться в результате реакции..

Имея правила генетических связей давайте вместе совершим такое преобразование: С→СО2 → Н2СО3→СаСО3

Поэтому для неметаллов схема будет иметь такой вид:

Неметалл→ Кислотный оксид→ Кислота→Соль.
Изучая углеводороды, мы убедились в их разнообразии, которая обусловлена способностью атомов Углерода образовывать молекулы линейного, разветвленного, циклического строения; сочетаться между собой с помощью простых и кратных связей. А еще - образовывать гомологические ряды и изомеры.
Сравнив общие формулы алканов, алкенов и алкинов, можно заметить, что они отличаются количеством атомов Водорода в молекулах. Итак, реакциями гидрирования и дегидрирования можно переходить от одного класса углеводородов к другому. Существует также связь между насыщенными, ненасыщенными углеводородами и бензолом. Так, из метана реакцией дегидрирования можно получить ацетилен. А с него реакцией тримеризации добыть бензол:

2CH4 → C2H2 + 3H2;

3C2H2 → C6H6

Итак, при всем разнообразии углеводородов между ними существует взаимосвязь, что отражается во взаимных превращениях веществ. Это открывает огромные возможности для химического синтеза.
Вещественный мир природы чрезвычайно разнообразен, и вместе с тем все вещества взаимосвязаны. Генетическая связь между органическими и неорганическими веществами заключается, прежде всего, в том, что органические вещества можно добыть из неорганических. Например, при нагревании

неорганического вещества цианата аммония образуются органическое вещество мочевина (NH2)2CO:

Ярким доказательством существования генетической связи между органическими и неорганическими веществами являются также круговорот биогенных элементов в природе. Следовательно, все вещества генетически связаны между собой. Генетическая связь заключается в том, что каждое вещество может химически взаимодействовать с веществами других классов. Органические вещества могут взаимодействовать с неорганическими. Их можно синтезировать из неорганических и превращать в неорганические.

В органической химии также следует различать более общее понятие — генетическая связь и более частное понятие генетический ряд. Если основу генетического ряда в неорганической химии составляют вещества, образованные одним химическим элементом, то основу генетического ряда в органической химии (химии углеродных соединений) составляют вещества с одикиконым числом атомов углерода в молекуле. Рассмотрим генетический ряд органических веществ, в который включим наибольшее число классов соединений:

 

Каждой цифре над стрелкой соответствует определенное уравнение реакции (уравнение обратной реакции обозначено цифрой со штрихом):

 

Пример генетической взаимосвязи:

ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ:
1. Охрана окружающей среды от загрязнений при переработке углеводородного сырья.
2. Использование продуктов переработки нефти.

 

ЗАДАЧИ САМОКОНТРОЛЯ:
1. При взаимодействии 12 г предельного одноатомного спирта с натрием выделилось 2.24 л водорода (н. у.). Найдите молекулярную формулу спирта и запишите формулы возможных изомеров.


4. Содержание крахмала в картофеле составляет 22%. Какую массу 80%-ного этилового спирта можно получить из 250 кг картофеля, если выход спирти составляет 80% от теоретически возможного?

 

Тема: Химия и жизнь.