Ropa, zemný plyn a uhlie 4.2.9.1 Ropa 4.2.9.2 Zemný plyn 4.2.9 Surovinové zdroje organických zlúčenín a ich význam pre národné hospodárstvo Pôvod ropy ani zemného plynu nie je zatiaľ presne vysvetlený, ale je takmer isté, že tieto suroviny vznikli rozkladom rastlinných a živočíšnych zvyškov pod povrchom zeme za neprístupu vzduchu pri vysokých tlakoch. Tento dej trval niekoľko sto miliónov rokov. -2- -1- Ropa, zemný plyn a uhlie Petrochémia (je samostatné vedné odvetvie chémie) – zaoberá sa syntézami národohospodársky významných chemikálií získavaných z ropy a zemného plynu. 4.2.9.1 Ropa 4.2.9.2 Zemný plyn Zemný plyn je zmes plynov, v ktorých najčastejšie zastúpenie má metán, ďalej sú tam alkány s malým počtom uhlíkových atómov, oxid uhličitý, dusík a niekedy aj hélium. Okrem toho, že sa používa ako vykurovací plyn, je dôležitou surovinou, lebo pri vysokých teplotách za prítomnosti katalyzátora sa rozkladá na zmes vodíka a oxidu uhoľnatého, tzv. syntézny plyn.Ten sa spracúva na metanol. Význam tejto frakcie je najmä v tom, že zohriatím na vysokú teplotu za neprítomnosti kyslíka a za prítomnosti katalyzátorov sa mení na zmes nižšie vrúcich uhľovodíkov (benzín). Tento proces sa nazýva krakovanie. Pri krakovaní vznikajú aj mimoriadne významné alkény – najmä etylén a propén. Mierou kvality benzínu je jeho bezrozmerné oktánové číslo, ktoré vyjadruje vplyv zloženia paliva na detonáciu („klepanie“) motora. Heptán spôsobuje pri spaľovaní silnú detonáciu motora, má hodnotu oktánového čísla nulovú, zase izomér oktánu 2,2,4-trimetylpentán („izooktán“) nespôsobuje detonáciu, má hodnotu oktánového čísla sto. Keď má nejaké palivo oktánové číslo napr. 80, správa sa ako zmes, ktorá má 80% 2,2,4-trimetylpentánu a 20% heptánu. Čím má palivo vyššie oktánové číslo, tým je kvalitnejšie. Benzín sa používa aj ako rozpúšťadlo. Nízkovrúci benzín sa nazýva petroléter. Ropa sa po predchádzajúcom mechanickom čistení spracúva frakčnou destiláciou. Pri tomto procese sa získavajú najprv tzv. uhľovodíkové plyny (najmä propán, butány), ktoré sa používajú na vykurovanie aj ako petrochemická surovina. Frakcia, ktorá vrie do 200°C, sa nazýva benzínová a je najcennejšia, keďže sa z nej získava palivo pre spaľovacie motory, benzín. Obsahuje najmä alkány C6 až C9 . Benzín, získaný priamo z ropy, nie je príliš kvalitný ako motorové palivo, preto ho treba zlepšovať rôznymi chemickými katalytickými procesmi – reformovaním. Ich podstatou je premena nerozvetvených alebo málo rozvetvených alkánov na alkány rozvetvené, prípadne premena uhľovodíkov acyklických na uhľovodíky cyklické. Kvalita benzínu sa zvyšuje pridaním niektorých zlúčenín, najmä tetraetylolova – Pb(C2H5)4, ktoré sa postupne prestáva používať, lebo patrí medzi nebezpečné jedy a zamoruje krajinu zlúčeninami olova, ktoré sa nachádzajú vo výfukových plynoch. Uhlie Ropa Zemný plyn Ropa, predtým sa nazývala nafta, je najčastejšie tmavá olejovitá kvapalina, zvyčajne zložená z alkánov, cykloalkánov a arénov. Neobsahuje alkény. Motorová nafta, (plynový olej) je ďalšia ropná frakcia, ktorá vrie asi pri 200°C až 400°C. Používa sa ako palivo pre dieselové motory a na výrobu mazacích olejov. Táto frakcia, podobne ako petrolejová, sa môže krakovaním premeniť na benzín. Zvyšok po normálnej destilácii ropy je mazut, ktorý sa používa na vykurovanie. Asfalt je zvyšok po destilácii mazutu pri zníženom tlaku. Produkty vákuovej destilácie: mazacie oleje, vazelína parafín a asfalt. Vodík získaný rozkladom zemného plynu sa používa na syntézu amoniaku. Zo zemného plynu sa ďalej vyrábajú sadze (pre polygrafický a gumárenský priemysel), acetylén, kyanovodík a sírouhlík. Sú to fosílne suroviny, ktoré vznikli zložitými premenami živočíšnych a rastlinných tiel v dávnych dobách. Destiláciou pri normálnom tlaku (vľavo) a vákuovou destiláciou vznikajú frakcie s rôznym rozpätím teplôt varu Ložisko ropy a zemného plynu Frakčná destilácia ropy. Frakciu, ktorá vrie medzi 220°C až 275°C, voláme petrolejová. Používa sa ako palivo do turbínových motorov a pod názvom petrolej sa používa v obmedzenej miere na svietenie a na rozpúšťanie nečistôt.. Petroléter CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str. 107 - 111 4 CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA

4.2.9.3 Uhlie -4- -3- ▼ Úlohy ▲ obsahuje viac ako 300 organických Uhlie ako surovina – premena na koks, decht, amoniak a koksárenský plyn (svietiplyn) Uhlie Koksárenský plyn Studená voda Roztok amoniaku Čiernouhoľný decht „Suchá destilácia“ čierneho uhlia ▲ obsahuje viac ako 300 organických zlúčenín - benzén, naftalén,.... a b c Druhy uhlia. a) hnedé uhlie, b) čierne uhlie, c) antracit Poznáme niekoľko druhov uhlia, ale zásadne rozoznávame uhlie hnedé a čierne. Obidva druhy uhlia sa používajú ako palivo i surovina pre chemický priemysel. V druhom prípade sa zvyčajne karbonizuje, t. j. zohrieva sa bez prístupu vzduchu, a jeho tepelným rozkladom vzniká viacero produktov, najmä koks, čiernouhoľný decht a karbonizačný plyn. Karbonizácia sa uskutočňuje v plynárňach, ktoré sú zamerané na výrobu svietiplynu (CO), alebo v koksárňach, ktorých hlavným produktom je koks. Koks je nevyhnutný pri výrobe železa a používa sa aj pri výrobe karbidu vápenatého (acetylidu vápenatého). Čiernouhoľný decht je hustá čierna kvapalina. Obsahuje viac ako tristo organických zlúčenín. Zo surového karbonizačného plynu sa vypieraním získava okrem amoniaku benzén, toluén, xylény a naftalén. 4.2.9.3 Uhlie 1. Porovnajte zloženie uhlia, ropy a zemného plynu. 2. Ktoré sú hlavné frakcie destilácie ropy? 3. Čo je benzín a ako sa vyrába? 4. Napíšte konštitučný vzorec: a) heptánu, b) 2,2,4-trimetylpentánu, c) tetraetylolova. 5. Na čo sa používa koks pri výrobe železa? Rašelinisko Močiarne rastliny Kamene, prach Klesanie pohybom zemskej kôry Ďalšie klesanie vznik hnedého uhlia Kamene, prach Vznik uhlia. Usadeniny rastlinného pôvodu sa premenia na uhlie CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str. 111 112 4 CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA 4.2.9 Surovinové zdroje organických zlúčenín a ich význam pre národné hospodárstvo