Нахождение на Земле.
Добыча нефти
В земной атмосфере метан присутствует
в очень небольших количествах (около
0,0001 %), он производится некоторыми археями (архебактериями), в частности, находящимися
в кишечном тракте крупного рогатого скота. Промышленное значение имеют
месторождения низших алканов в форме природного газа, нефти и, вероятно, в будущем — газовых гидратов (найдены в областях вечной мерзлоты и под океанами). Также метан
содержится в биогазе.
Высшие алканы содержатся в кутикуле растений, предохраняя их от
высыхания, паразитных грибков и мелких
растительноядных тварей. Это обыкновенно
цепи с нечётным числом атомов углерода, образующиеся при декарбоксилировании жирных кислот с чётным количеством углеродных
атомов. Среди животных алканы встречаются
в качестве феромонов у насекомых, в частности у мухи цеце (2-метилгептадекан C18H38, 17,21-диметилгептатриаконтан
C39H80, 15,19-диметилгептатриаконтан
C39H80 и 15,19,23-триметилгептатриаконтан
C40H82). Некоторые орхидеи при помощи алканов-феромонов
привлекают опылителей.
Получение.
Главным источником алканов
(а также других углеводородов) являются нефть и природный газ, которые обычно встречаются
совместно.
Восстановление галогенпроизводных
алканов
При каталитическом гидрировании
в присутствии палладия галогеналканы превращаются
в алканы[4]:
Восстановление иодалканов
происходит при нагревании последних
с иодоводородной кислотой:
Для восстановления галогеналканов
пригодны также амальгама натрия, гидриды
металлов, натрий в спирте, цинк в соляной
кислоте или цинк в спирте[4]
Восстановление спиртов
Восстановление спиртов приводит
к образованию углеводородов, содержащих
то же количество атомов С. Так, например,
проходит реакция восстановления бутанола (C4H9OH), проходящую
в присутствии LiAlH4. При этом выделяется вода.
Применение
Этиленгликоль используется
главным образом для производства лавсана
и для приготовления антифризов — водных
растворов, замерзающих значительно ниже
0°С (использование их для охлаждения двигателей
позволяет автомобилям работать в зимнее
время).
Глицерин широко используется в кожевенной,
текстильной промышленности при отделке
кож и тканей и в других областях народного
хозяйства. Наиболее важной областью применения
глицерина является производство тринитрата
глицерина (неверно называемого нитроглицерином)
— это сильное взрывчатое вещество, которое
взрывается от удара, а также лекарство
(сосудорасширяющее средство). Сорбит
(шестиатомный спирт) используется как
заменитель сахара для больных диабетом.
Одноатомные спирты.
Спиртами называются производные
углеводородов, представляющие собой
продукты замещения атома (атомов) водорода
в углеводородной молекуле гидроксильной
группой –ОН. В зависимости от того, какое
количество атомов водорода замещено,
спирты бывают одноатомными и многоатомными.
Т.е. число групп –ОН в молекуле спирта
характеризует атомность последнего.
Наибольшее значение имеют
предельные одноатомные спирты. Состав
членов ряда предельных одноатомных спиртов
может быть выражен общей формулой — СnH2n+1ОН
или R-OH.
Несколько первых членов гомологического
ряда спиртов и их названия по радикально-функциональной,
заместительной и рациональной номенклатурам
соответственно приведены ниже:
По радикально-функциональной
номенклатуре название спиртов образуется
из названия радикалов и слова «спирт»,
выражающего функциональное название
класса.
Международная заместительная
номенклатура: к заместительному названию
углеводорода, производным которого является
спирт, добавляют окончание –ол (алканолы).
Локант указывает номер атома углерода,
при котором расположен гидроксил. Главная
углеродная цепь выбирается таким образом,
чтобы она включала углерод, несущий гидроксильную
группу. Начало нумерации цепи так же определяет
гидроксил.
Рациональная номенклатура:
все спирты рассматриваются как производные
метанола (СН3ОН), который в данном случае
называется карбинолом: и в котором водородные
атомы замещены на один или несколько
радикалов. Название спирта составляют
из названий этих радикалов и слова –
карбинол.
Первичные спирты изостроения
имеют более низкие температуры кипения,
чем нормальные первичные спирты.
В спиртах имеет место ассоциация
молекул друг с другом за счет образования
водородной связи. [Длина водородной связи
больше обычной связи –ОН, а прочность
значительно меньше (раз в 10).] Поэтому
метанол-жидкость, а метан-газ. Чтобы разрушить
водородные связи, надо затратить энергию;
это может быть осуществлено при нагревании
спирта.
Спирты легче воды: их плотности
меньше 1. Метиловый, этиловый и пропиловый
спирты смешиваются с водой во всех соотношениях.
По мере усложнения углеводородных радикалов
растворимость спиртов резко падает. Бутиловый
спирт растворяется частично. Высшие спирты
в воде не растворяются, т.е. выталкиваются
из воды.
Из сказанного можно сделать
вывод, что растворимые спирты можно тушить
разбавлением (до концентрации менее 25
%); не растворимые в воде спирты водой
тушить не рекомендуется, т.к. при этом
спирты всплывают на поверхность воды
и процесс горения продолжается. Водные
растворы содержащие 25 % спирта и более
- являются ЛВЖ. Следует отметить, что разбавленные
растворы спиртов относятся к категории
трудно горючих веществ, т.е. склонны гореть
в присутствии источника зажигания.
Химические свойства.
1.Спирты реагируют со
щелочными металлами (Na, K и т.д.) с образованием
алкоголятов:
Реакция протекает не так бурно,
как при использовании воды. Причем с увеличением
молярной массы спирта его активность
в указанной реакции уменьшается. Первичные
спирты значительно активнее в реакциях
со щелочными металлами, чем изомерные
им вторичные и, особенно, третичные.
Практически же спирты нейтральные
вещества: они не показывают ни кислой,
ни щелочной реакции на лакмус, не проводят
электрического тока.
Способы получения.
В свободном виде в природе
спирты встречаются редко. Этиловый спирт
(этанол, винный спирт). Бесцветная жидкость
с характерным запахом и жгучим вкусом.
С водой образует азеотроп (96 % С2Н5ОН + 4
% Н2О). Химическим способом (осушая CaO, CuSO4,
Ca) можно получить абсолютный спирт. Используется
при получении каучуков, а также как растворитель,
в парфюмерии (духи, одеколоны), горючее,
дезинфицирующее средство, алкогольный
напиток, на его основе готовят лекарства.
(ЛВЖ, Твсп.=13 оС). С добавкой ядовитых дурно
пахнущих веществ он называется денатуратом.
Получают спирт в результате брожения
сахаристых веществ, из целлюлозы (гидролизный
спирт), гидратацией этилена в присутствии
серной кислоты, восстановлением уксусного
альдегида водородом, уксусный альдегид
в свою очередь получают по реакции Кучерова
с использованием ацетилена (см. стр. 66).
Добавка метилового и этилового спиртов
к моторному топливу способствует полноте
сгорания топлива и устраняет загрязнение
атмосферы.
Физиологически этиловый спирт
действует на организм как наркотик, к
которому появляется пристрастие, и который
разрушает психику.
Многоатомные спирты.
Двухатомные спирты называются
гликолями, трехатомные – глицеринами.
По международной заместительной номенклатуре
двухатомные спирты называются алкандиолами,
трехатомные – алкантриолами. Спирты
с двумя гидроксилами при одном углеродном
атоме обычно в свободном виде не существуют;
при попытках получить их они разлагаются,
выделяя воду и превращаясь в соединение
с карбонильной группой – альдегиды или
кетоны:
Гликоли, в которых две спиртовые
гидроксильные группы расположены в цепи
рядом – при соседних атомах углерода,
называются a-гликолями (например, этиленгликоль,
пропиленгликоль). Гликоли со спиртовыми
группами, расположенными через один углеродный
атом, называются b-гликолями (триметиленгликоль).
И так далее.
Среди двухатомных спиртов
этиленгликоль представляет наибольший
интерес. Он используется в качестве антифриза
для охлаждения цилиндров автомобильных,
тракторных и авиационных двигателей;
при получении лавсана (полиэфир спирта
с терефталевой кислотой).
Это бесцветная сиропообразная
жидкость, не имеющая запаха, сладкая на
вкус, ядовита. Смешивается с водой и спиртом.
Ткип.=197 оС, Тпл.= —13 оС, d204=1,114 г/см3. Горючая
жидкость.
Дает все реакции, характерные
для одноатомных спиртов, причем в них
может участвовать одна или обе спиртовые
группы. Вследствие наличия двух ОН-групп
гликоли обладают несколько более кислыми
свойствами, чем одноатомные спирты, хотя
и не дают кислой реакции на лакмус, не
проводят электрического тока. Но в отличие
от одноатомных спиртов они растворяют
гидроксиды тяжелых металлов. Например,
при приливании этиленгликоля к голубому
студенистому осадку Cu(OH)2 образуется синий
раствор гликолята меди.
Окисление.
При окислении первичные группы
гликолей превращаются в альдегидные,
вторичные - в кетонные группы.
В природе в свободном виде
почти не встречается, но очень распространены
и имеют большое биологическое и практическое
значение его сложные эфиры с некоторыми
высшими органическими кислотами – так
называемые жиры и масла.
Используется в парфюмерии,
фармации, в текстильной промышленности,
в пищевой промышленности, для получения
нитроглицерина и т.д. Это бесцветная горючая
жидкость, без запаха, сладкая на вкус.
(Следует сказать, что с увеличением числа
групп ОН в молекуле сладость вещества
увеличивается.) Очень гигроскопичен,
смешивается с водой и спиртом. Ткип. 290
оС (с разложением), d204=1,26 г/см3. (Температуры
кипения более высокие, чем у одноатомных
спиртов – больше водородных связей. Это
ведет к более высокой гигроксопичности
и более высокой растворимости.)
Глицерин нельзя хранить с сильными
окислителями: контакт с этими веществами
приводит к возникновению пожара. (Например
взаимодействие с KMnO4, Na2O2, CaOCl2 приводит
к самовоспламенению.) Тушить рекомендуется
водой и пеной.
Кислотность спиртовых групп
в глицерине еще выше. В реакциях может
участвовать одна, две или три группы.
Глицерин также как и этиленгликоль растворяет
Cu(OH)2, образуя интенсивно- синий раствор
глицерата меди. Тем не менее, так же как
одноатомные и двухатомные спирты, нейтрален
на лакмус. Гидроксильные группы глицерина
замещаются на галогены.
При действии водоотнимающих
средств или при нагревании от глицерина
отщепляется две молекулы воды (дегидратация).
При этом образуется неустойчивый непредельный
спирт с гидроксилом при углероде с двойной
связью, который изомеризуется в непредельный
альдегид акролеин (имеет раздражающий
запах, как от дыма пригоревших жиров).
Нитроглицерин – тяжелое масло
(d15= 1,601 г/см3), не растворяется в воде, но
хорошо растворимое в спирте и других
органических растворителях. При охлаждении
кристаллизуется (Тпл.=13 оС), очень ядовит.
Нитроглицерин – сильное бризантное
взрывчатое вещество. [Синтезировал это
соединение Альфред Нобель. На производстве
этого соединения он создал себе колоссальное
состояние. Проценты от того капитала
используются до сих пор в качестве премиального
фонда Нобелевских премий]. При ударе и
детонации он мгновенно разлагается с
выделением огромного количества газов.
Простыми эфирами называют
производные спиртов, образованные в результате
замещения водорода гидроксильной группы
спирта на углеводородный остаток. Эти
соединения можно рассматривать и как
производные воды, в молекуле которой
углеводородными остатками замещены оба
атома водорода.
Масла
1.Одним из важных химических
свойств масел является нейтрализующая
способность, которая характеризуется
показателем –щелочное число, оно показывает
какое количество кислот образуется при
окислении масла или попадающих в масло
из продуктов сгорания топлива и сколько
может нейтрализовать единицу массы масла.
Эту функцию выполняют присадки.
В качестве моющих присадок используются
сульфанат, алкилсалицилаты, алкидфеноляты,
фосфаты Са, Mg, Ba.
Масла для карбюраторных двигателей, имеющих
щелочное число: 1-2 мг КОН/г масла.
Значительное большое щелочное число
для масел тракторных двигателей: 10-15 мг
КОН/г масла.
2.Температура застывания
Температура застывания - это температура,
при которой масло теряет подвижность.
Оно зависит от присутствия в масле парафиновых
у/в.
Температуру застывания масел регулируют
с помощью обычной депарафинизации (для
получения масел с температурой застывания
до
–150С) или глубокой депарафинизации для
получения масел с температурой застывания
от -20 до 400С.
3. Температура вспышки.
Температура вспышки – это температура,
при которой пары нагреваемого масла вспыхивают
от открытого источника пламени. Для маловязких
зимних масел и всесезонных масел температура
вспышки равна от 190 до 2000С.
4. Антиокислительные свойства.
Улучшение антиокислительных свойств
осуществляется путем глубокой очисткой
масел и введением антиокислительных
присадок. В качестве присадок используются
диарил и диалкил тиофофаты.
Трансмиссионные масла – относятся к
группе смазочных масел. Используются
для смазки высоконагруженных передаточных
механизмов трансмиссий с целью снижения
трения.
Турбинные масла – используются для
смазки и охлаждения подшипников паровых
и газовых турбин. Т.к. эти масла могут
контактировать с водяным паром и водой,
а также с продуктами сгорания топлива,
то требования следующие:
Компрессорные масла – используют в
поршневых и турбокомпрессорах, предназначенных
для сжатия воздуха и других газов. Назначение
– смазка трущихся поверхностей и уплотнение
для предотвращения утечек сжижаемого
газа.
Эти масла подразделяются на две группы
: для агрессивных сред и неагрессивных
сред.
Маркировка включает показатель вязкости
Каждая марка допускает применение в определенном
температурном интервале.
Приборные масла применяют для смазки
узлов трения в точных приборах и механизмах.
Подразделяются на три группы:
- общего назначения;
- специального назначения;
- часовые масла.
Приборные масла общего назначения выпускаются
с вязкостью V50= 6-24 мм2/с и используется
для смазки измерительно-контрольных
приборов, для наполнения амортизаторов
и в качестве распределительной жидкости
в приборах.