Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

O RGANICKÁ CHEMIE Zpracování paliv Makromolekulární látky.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "O RGANICKÁ CHEMIE Zpracování paliv Makromolekulární látky."— Transkript prezentace:

1 O RGANICKÁ CHEMIE Zpracování paliv Makromolekulární látky

2 Technologie paliv Palivo – chemická látka, nebo jejich směs, která je schopná zahájit a udržet chemickou reakci - spalování. Uvolňuje se chemická energie paliva – přeměna na energii tepelnou. Skupenství paliv: plynné: H 2, zemní plyn, vysokopecní plyn, svítiplyn… kapalné: benzín, motorová nafta, petrolej, alkoholy… pevné: černé a hnědé uhlí, koks V současnosti nejvyužívanější paliva – uhlovodíky, vyskytující se v ropě a zemním plynu. Výroba el. energie – využití uhlí (tepelné elektrárny)

3 Ropa Složení – různé v různých nalezištích (závisí na geologických podmínkách). Světle žlutá až tmavě hnědá olejovitá kapalina s nižší hustotou, než voda. Většinou převažují alifatické uhlovodíky. Původ se vysvětluje: – bakteriálním rozkladem mořských sedimentů (planktonu) před cca 500 miliony let, nebo – rozkladem kovových karbidů vodou a reakcemi vzniklého ethinu C 2 H 2.

4 Zpracování ropy Z kapalné ropy se jednotlivé složky (frakce), oddělují tzv. frakční destilací v destilačních kolonách. Zpracovává se palivářsky nebo petrochemicky. 1. plynné uhlovodíky (C 1 – C 4 ), 2. benzíny (C 5 – C 11 ), 3. petroleje (C 12 – C 15 ), 4. plynové oleje (nafta) (C 16 – C 19 ).  Za atmosférického tlaku (50 – 360°C ):  Destilace ve vakuu (snížení t varu ): a. mazací oleje, b. vazelíny, c. parafín, d. zbytek -asfalt, (stavba silnic).

5 Benzíny Výroba - frakční destilace ropy (primární benzíny), Spalování – v ideálním případě probíhá podle rovnice: Směsi nižších uhlovodíků (frakce C 6 -C 9 ). C n H 2n+2 + (3n+1)/2 O 2 = nCO 2 + (n+1)H 2 O - krakování (pyrolýza) výševroucích ropných frakcí (pyrolýzní benzíny). Podmínky dobrého chodu motoru:  správná odpařivost – palivo se musí ihned vznítit s minimálním množstvím benzínu v plynné fázi.  správná rychlost hoření – hladké předání impulsu klesajícímu pístu (minimum detonací).

6 Rozvětvené (C-H) řetězce jsou méně náchylné ke klepání motoru, než jejich nerozvětvené izomery. Oktanové číslo (OČ) – míra antidetonačních vlastností benzínu. 2,2,4 - trimethylpentan (izooktan): OČ = 100 CH 3 -C-CH 2 -CH-CH 3 - standard pro „dobré“ palivo. CH 3 heptan: (OČ = 0 ) – standard pro „špatné“ palivo CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 Oktanová čísla neupravovaných benzínů mají hodnoty

7 Aditivování– tj. přidávání takových látek, které potlačují explozivní hoření spalovaného plynu. Zvyšování oktanového čísla benzínu: CH 3 -CH 2 CH 2 -CH 3 Pro mírné zvýšení OČ se přidávají se látky s vysokým oktanovým číslem (benzen, methanol…) Pro razantnější zvýšení OČ lze přidat tetraethylolovo: CH 3 -CH 2 CH 2 -CH 3 Pb Reformování – tj. transformace nerozvětvených uhlovodíků na rozvětvené – zahřátí benzínu na 500°C při tlaku až 4 MPa (kat. Pt, Rh).

8 Uhlí Typy uhlí Hnědá, nebo černá hořlavá hornina biologického původu - směs vysokomolekulárních látek, jejíž struktura není jednotná ani zcela objasněná. - Lignit (hnědé uhlí) – nejméně kvalitní druh (použití výhradně jako palivo, nebo pro výrobu elektřiny). - Černé uhlí – zpracovává se jako chemická surovina (vysokoteplotní karbonizace). - Antracit – nejkvalitnější uhlí – používá se k vytápění a k výrobě chemikálií. Složení a vlastnosti uhlí se různí podle stáří a lokality ložiska.,

9 Vysokoteplotní karbonizace černého uhlí Provádí se v koksovnách při teplotě °C, za omezeného přístupu kyslíku. Produkty:  Karbonizační plyn (svítiplyn) – H 2 + CH 4 + CO (používán jako zdroj vodíku i pro spalování).  Dehet – hustá olejovitá kapalina tmavohnědé až černé barvy (směs několika tisíc sloučenin). Obsahuje především aromatické uhlovodíky – benzen, toluen, naftalen…, které se z něj získávají destilací.  Koks – pevný zbytek po karbonizaci uhlí. Obsahuje až 90% uhlíku a používá se jako palivo i jako redukční činidlo, např. ve vysoké peci.

10 Makromolekulární látky Makromolekuly (polymery) – Molekulové systémy složené z velkého množství atomů (až několik tisíc), vázaných kovalentními vazbami do dlouhých řetězců. přírodní - bílkoviny, syntetické – připravené uměle z jednoduchých stavebních jednotek (polyethylen, teflon, PVC…). Z hlediska původu je lze rozdělit na: - nukleové kyseliny (DNA, RNA), - polysacharidy (např. škrob, celulóza).

11 Tvary makromolekul  Lineární (jednorozměrný) tvar: Zásadním způsobem ovlivňují fyzikální a chemické vlastnosti makromolekulárních sloučenin. Molekula narůstá jen v jednom směru – její výsledný tvar je vláknitý....-CH 2 -[CH 2 -CH 2 ] n -CH Příklad – polyethylen: Při svém vzniku většinou není molekula rozvinuta do přímky. Zvlášť v kapalné fázi se kroutí a svinuje - zaujímá tvar klubka, jehož úseky jsou k sobě vázány mezimolekulárními silami. Klubko lze rozvinout pomocí vhodných rozpouštědel.

12  Sítěný (dvojrozměrný) tvar: Molekula narůstá nejprve lineárně - příčné chemické vazby vznikají v druhé fázi. Příklad – vulkanizovaný kaučuk: Původně lineární makromolekuly jsou dodatečně zesíťovány tzv. sirnými můstky....-CH 2 -C - CH-CH 2 -CH 2 -C - CH-CH CH 3 S S S S S S

13  Prostorový (trojrozměrný) tvar: Makromolekula narůstá všemi směry do prostoru. Podmínka vzniku – alespoň jeden druh stavebních nízkomolekulárních jednotek musí mít minimálně tři místa schopná reakce (funkční skupiny). Příklad – rezity (fenol-formaldehydové pryskyřice), – aminoplasty (močovino-formaldehydové pryskyřice), – silikony Vlastnosti - rozdíl oproti lineárním makromolekulám: snížená chemická reaktivita, vyšší odolnost vůči rozpouštědlům (botnání). …-[- Si-O- Si-O-Si -O-] n -….

14 Příprava syntetických makromolekulárních látek Polymer – makromolekula vzniklá postupnou rekcí velkého počtu nízkomolekulárních jednotek. nA...-A-[A] n-2 -A-... monomery polymer Reakce, při níž vznikají polymery:  Polymerace – mnohokrát opakovaná adice. Polymerovat mohou pouze monomery s dvojnou vazbou v molekule. CH 2 =CH 2 + nCH 2 =CH 2 …..-CH 2 -[CH 2 -CH 2 -] n …. ethylen polyethylen

15 Podmínkou vzniku makromolekuly je existence alespoň dvou funkčních skupin v molekule monomeru !!! R 1 – COOH + HO-R 2 R 1 -CO-OR 2 + H 2 O  Polykondenzace – řada po sobě jdoucích kondenzací (například esterifikace – vždy při nich vzniká doprovodný nízkomolekulární produkt, např. voda).  Polyadice – charakteristickým rysem je přenos vodíkového atomu z první molekuly na druhou...atd. 1. Týž vodíkový atom se pohybuje po celém řetězci od počátku až do konce. 2. Vodíkový atom se u bifunkčních monomerů přesune jen jednou. Rozeznáváme dva typy těchto reakcí:

16 HO-CH 2 -OH + O=CH 2 Polyadice 1.typu: Polyadice 2.typu: methandiol methanal (formaldehyd) HO-CH 2 -O-CH 2 -OH + O=CH 2 …. HO-CH 2 -O-[CH 2 -O-] n -CH 2 -OH polyformaldehyd O=C=N-R 1 -N=C=O + HN-R 2 -NH 2 diizokyanatandiamin H ….. […-C-NH-R 1 -NH-C-NH-R 2 -NH-…] n OO polymočovina

17 Destrukce polymerů Destrukce – rozpadá-li se hlavní řetězec polymeru na menší makromolekuly. Depolymerace – probíhá-li destrukce až k monomeru, ze kterého polymer vznikl. Příčina – jakákoli energie přivedená v dostatečné intenzitě (teplo, světlo, ultrazvuk,....) Mění se vlastnosti polymeru (pevnost, teplota měknutí). Změny neprobíhají lineárně s poklesem délky řetězce!!! Nežádoucí destrukce – u hotových výrobků (textil, pneumatiky...). Žádoucí destrukce – zkracování nadbytečně dlouhých řetězců při zpracovávání polymerů (kaučuk).

18 Plastické hmoty Úpravou syntetických makromolekulárních látek vhodnými příměsemi vznikají plasty.  plasty vzniklé polymerací – PVC, polyethylen, polyakryláty, polymery styrenu, … Z hlediska způsobu vzniku je lze rozdělit na:  plasty vzniklé polykondenzací – fenol-formaldehydové pryskyřice, polyamidy, polyestery,….  plasty vzniklé polyadicí – např. polyuretany Podle chování za tepla lze rozlišovat:  plastomery (termoplasty) – teplem tvárnitelné,  duromery (termosety) – teplem tvrditelné.

19 Plasty vzniklé polymerací: Polyethylen (PE) – je tuhý polymer ethenu CH 2 =CH 2. Jeho strukturu lze vyjádřit: [..-CH 2 -CH 2 -..] n Pružná hmota bez chuti a bez zápachu, fyziologicky nezávadná. M = – g.mol -1. Vykazuje dobré mechanické vlastnosti při běžných i při zvýšených teplotách (do 115°C – teplota tání). Odolává vodě, kyselinám i zásadám. Makromolekulu nabourávají pouze látky s oxidačními vlastnostmi. Použití – výroba obalových fólií (mikrotenové sáčky), hadic, potrubí, PET lahví, elektrotechnické izolace. Působením světla PE „stárne“ - pokles mechanické pevnosti.

20 Vlastnosti – bílý prášek bez zápachu, chemicky značně inertní, M= – g.mol -1. Polyvinylchlorid (PVC) – vzniká polymerací vinylchloridu CH 2 =CH-Cl. n CH 2 =CHCl Cl Zpracování a použití: bez změkčovadel – tvrdé výrobky, odolné proti korozivnímu prostředí (desky, trubky, profily...). se změkčovadly – polotuhé až elastické výrobky (podlahové krytiny, folie, zdravotnické potřeby,... [...-CH 2 -CH-CH 2 -CH-CH 2 -CH-...] n

21 Polyakryláty – polymery kyseliny akrylové (propenové) jejich derivátů, esterů a solí. […-CH-CH 2 -CH-CH 2 -CH-CH 2 -…] n COOH n CH 2 =CH-COOH kyselina akrylová kyselina polyakrylová kyselina metakrylová CH 2 =C-COOH + HO-CH 3 CH 3 methanol CH 2 =C-COO-CH 3 + H 2 O methylmetakrylát (methyl ester kyseliny akrylové) CH 3 Polyakryláty patří v současné době k nejužívanějším polymerům v řadě technických aplikací.

22 - Termoplastická a průhledná hmota (propustnost světla až 92%), Polymethylmetakrylát (PMMA) – vyráběný polymerací methylmetakrylátu. n CH 2 =C-COO-CH 3 CH 3 C=O OO - dobré mechanické a elektroizolační vlastnosti (netříštivé organické sklo - Plexisklo), [...-CH 2 -C-CH 2 -C-CH ] n iniciátor °C - kompatibilní s lidskou tkání - intraokulární tvrdé čočky, zubní protetika (Dentakryl). - odolnost vůči vodě, zředěným alkáliím a kyselinám.

23 Polystyrén (PS) – poprvé připraven roku 1839 polymerací styrenu získaného z pryskyřice Storax. CH=CH 2 n 100°C kat. […-CH 2 -CH-CH 2 -CH-CH 2 -…] n PS je tvrdý a křehký termoplast, charakteristický výbornou průhledností, lze jej dobře barvit. Polystyrénové pěny jsou vynikající tepelné izolátory – použití ve stavebnictví. Nevýhoda - nesnadná recyklovatelnost, likvidace odpadního PS je řešitelná jen dokonalým spalováním za vysokých teplot, popřípadě ukládáním na skládky. styren (vinylbenzen)

24 Plasty vzniklé polykondenzací: Fenol-formaldehydové pryskyřice (fenoplasty) - jsou klasickým příkladem duromerů. OH n+ n H-C-H O -H 2 O [...-H 2 C -CH ] n -CH 2 OH V závislosti na reakčních podmínkách vznikají tři druhy makromolekul: 1.Novolaky – reakce s omezeným množstvím formaldehydu (fenol:formaldehyd = 1:0,4 – 1:0,9) v kyselém prostředí. Jejich řetězce jsou lineární. Jedná se o tuhé amorfní látky, rozpustné v alkoholech. fenolformaldehyd

25 2. Resoly – vznikají při reakci fenolu s nadbytkem formaldehydu v zásaditém prostředí. Jejich řetězce, spojované methylenovými (-CH 2 -) a methylolovými (-CH 2 -O-CH 2 -) můstky tvoří sítovou strukturu. 3. Resity – vznikají dodatečným přidáváním formaldehydu k novolakům, nebo resolům. - mají prostorově zesítěné makromolekuly Vytvrzováním účinkem kyselin za zvýšené teploty se dostává do přechodného stavu – tzv. resitol. - jsou amorfní, neplastické, tvrdé a křehké. - mají vysokou relativní molekulovou hmotnost,

26 - lisovací hmoty - složité výlisky, části strojů, - odlévací pryskyřice - modely, držadla deštníků…atd. - lepidla a laky - lepí dřevěné i kovové konstrukce, - pojiva slévárenských formovacích směsí. přednosti - vysoká pevnost po vytvrzení, - velmi dobrá rozpadavost po odlití, - značná stabilita a dlouhodobá skladovatelnost forem a jader, nedostatky - problémy s deponováním odpadních směsí (nebezpečný odpad). - snadná regenerace formovací směsi za sucha.

27 Epoxidové pryskyřice Vznikají polykondenzací epichlorhydrinu s bisfenolem A. CH 2 -CH-CH 2 -Cl O +C CH 3 epichlorhydrin bisfenol A HO- -OH … … - HCl CH 2 -CH-CH 2 -O- O C CH 3 -O-CH 2 -CH-CH 2 -… n OH B B – zbytek bisfenolu A v řetězci. Je-li v základní strukturní jednotce jedna skupina B, je produkt tekutý. Při dvou a více jednotkách je produkt tuhý.

28 Triethyl-tetra-amin – H 2 N-(CH 2 ) 2 -NH-(CH 2 ) 2 -NH-(CH 2 ) 2 -NH 2 Tato látka funguje jako vytvrzovací činidlo – po přidání k tekuté epoxidové pryskyřici se váže na její řetězce a spojuje je dohromady (síťová struktura). Použití epoxidových pryskyřic: - lepidla a tmely - náťerové hmoty - odlévací a lisovací hmoty Vlastnosti epoxidových pryskyřic: - vynikající mechanické a elektroizolační vlastnosti - dobrá chemická odolnost a odolnost vůči stárnutí - vynikající rozměrová stálost

29 Plasty vzniklé polyadicí: Polyuretany (PU) – široká skupina polymerních látek, připravovaných adicí alkoholů na izokyanáty. R 1 -N=C=O + HO-R 2 V praxi je nutno vycházet z di-, nebo polyizokyanátů a vícesytných alkoholů. n OCN-R 1 -NCO + n HO-R 2 -OH diizokyanátdiol lineární polyuretan R 1 -NH-CO-O-R 2 [...OC-NH-R 1 -NH-C-O-R 2 -O-...] n přesun vodíku vznik vazby C-O O

30 Použití: - elektrotechnika (pouzdra kondenzátorů, cívek, konektorů..) - nábytkářství - výroba lehčených hmot (měkké, polotvrdé a tvrdé pěny) - lepidla, použitelná i na velmi hladké plochy (spoje kov-kov, sklo-sklo…apod.) - pojiva slévárenských formovacích směsí - fenolické polyuretany, - alkyd-olejové polyuretany (vhodné k výrobě forem pro těžké odlitky) Matrace – polyurethanová pěna


Stáhnout ppt "O RGANICKÁ CHEMIE Zpracování paliv Makromolekulární látky."

Podobné prezentace


Reklamy Google