Алканы. Методы получения. Применение

1. Промышленные способы получения алканов

До на­сто­я­ще­го вре­ме­ни ал­ка­ны в ос­нов­ном не по­лу­ча­ют, а вы­де­ля­ют из при­род­но­го сырья: при­род­но­го газа, нефти, ка­мен­но­го угля. Ал­ка­ны яв­ля­ют­ся ос­нов­ны­ми ком­по­нен­та­ми при­род­но­го газа, нефти, ка­мен­но­го угля. В про­мыш­лен­но­сти ал­ка­ны вы­де­ля­ют из при­род­ных ис­точ­ни­ков. Эти ис­точ­ни­ки все еще счи­та­ют­ся почти неис­чер­па­е­мы­ми. Но было время, когда необ­хо­ди­мо было син­те­зи­ро­вать ал­ка­ны. На­при­мер, про­цесс Фи­ше­ра-Троп­ша (1) был раз­ра­бо­тан в 20-е гг. ХХ в. в Гер­ма­нии в связи с де­фи­ци­том бен­зи­на. Сей­час этот метод не ис­поль­зу­ет­ся.

nCO+(2n+1)H₂C_nH_2n+2+nH₂O      (1)

2. Лабораторные способы получения алканов

Метан и дру­гие га­зо­об­раз­ные ал­ка­ны об­ра­зу­ют­ся при раз­ло­же­нии остат­ков рас­ти­тель­ных и жи­вот­ных ор­га­низ­мов без до­сту­па воз­ду­ха. Раз­ра­бо­тан спо­соб про­ве­де­ния этого про­цес­са ис­кус­ствен­но – в спе­ци­аль­ных баках. Рис. 1.

Рис. 1. Био­га­зо­вая уста­нов­ка

Об­ра­зу­ю­щий­ся газ, со­сто­я­щий на 50–70% из ме­та­на, на­зы­ва­ют био­га­зом. Для по­лу­че­ния син­тез-га­за из ме­та­на ис­поль­зу­ют два про­цес­са, про­те­ка­ю­щие при 800–900и в при­сут­ствии ка­та­ли­за­то­ров Ni, MgO, Al₂O_3.

CH₄+H₂O СO + 3H₂↑

3. Способы получения алканов

1.Де­карбок­си­ли­ро­ва­ние солей кар­бо­но­вых кис­лот.

Соли кар­бо­но­вых кис­лот сме­ши­ва­ют с твер­ды­ми ще­ло­ча­ми и силь­но на­гре­ва­ют (сплав­ля­ют). При этом вы­де­ля­ет­ся уг­ле­во­до­род, ко­то­рый со­дер­жит на один атом уг­ле­ро­да мень­ше, чем ис­ход­ная соль.

CH₃CH₂COONa + NaOH  CH₃-CH₃­ + Na₂CO₃.

2. Гид­ро­лиз кар­би­да алю­ми­ния.

При вза­и­мо­дей­ствии кар­би­да алю­ми­ния с водой об­ра­зу­ет­ся метан.

Al₄C₃ + 12H₂O ¾¾® 3CH₄­  + 4Al(OH)₃¯.

3. Ре­ак­ция Вюрца.

При на­гре­ва­нии  га­ло­ге­нал­ка­нов с на­три­ем об­ра­зу­ют­ся ал­ка­ны, со­дер­жа­щие в два раза боль­ше ато­мов уг­ле­ро­да, чем ис­ход­ный га­ло­ге­нал­кан. Эту ре­ак­цию ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния уг­ле­во­до­ро­дов с более длин­ной уг­ле­род­ной цепью.

2CH₃Br + 2Na  CH₃-CH₃ + 2NaBr.

4. Алканы в качестве сырья

1. Энер­го­но­си­те­ли (топ­ли­во). Ал­ка­ны нефти и при­род­но­го газа ис­поль­зу­ют­ся как энер­го­но­си­те­ли. Они яв­ля­ют­ся топ­ли­вом для транс­пор­та, для теп­ло­вых элек­тро­стан­ций. Рис. 2. Кроме того, лег­кие ал­ка­ны ис­поль­зу­ют­ся и как бы­то­вое топ­ли­во. Рис. 3.

Рис. 2. Ал­ка­ны, как топ­ли­во для транс­пор­та

Рис. 3. Ал­ка­ны – бы­то­вое топ­ли­во

2. Сырье для неф­те­хи­ми­че­ско­го син­те­за

Из ал­ка­нов нефти и при­род­но­го газа по­лу­ча­ют ал­ке­ны, аро­ма­ти­че­ские уг­ле­во­до­ро­ды, сажу как на­пол­ни­тель для ре­зи­ны. Рис. 4. Из ал­ка­нов по­лу­ча­ют син­те­ти­че­ские мо­ю­щие сред­ства, га­ло­ге­нал­ка­ны, аце­ти­лен, ме­та­нол и т.д.

Рис. 4. Сажа яв­ля­ет­ся на­пол­ни­те­лем для ре­зи­ны

Рис. 5. Твер­дые ал­ка­ны для по­лу­че­ния па­ра­фи­на

3. Жид­кие ал­ка­ны слу­жат рас­тво­ри­те­ля­ми, вхо­дят в со­став сма­зоч­ных масел, смесь твер­дых ал­ка­нов – па­ра­фин ис­поль­зу­ет­ся при про­из­вод­стве све­чей. Рис. 5.

До­бы­ча и про­из­вод­ство ал­ка­нов в про­мыш­лен­ных мас­шта­бах яв­ля­ет­ся не толь­ко по­ло­жи­тель­ным про­цес­сом, но и это при­во­дит к неко­то­рым эко­ло­ги­че­ским про­бле­мам.

Метан, на­при­мер, яв­ля­ет­ся 3-м по зна­чи­мо­сти пар­ни­ко­вым газом, т.е. газом, ко­то­рый, на­кап­ли­ва­ясь в ат­мо­сфе­ре Земли, уси­ли­ва­ет пар­ни­ко­вый эф­фект. Вклад его в пар­ни­ко­вый эф­фект за­ме­тен. Из-за пар­ни­ко­во­го эф­фек­та ме­та­на необ­хо­ди­мо изу­чать его вклад в этот про­цесс для воз­мож­но­го про­гно­зи­ро­ва­ния кли­ма­та.

Под­ве­де­ние итога

Рас­смот­ре­на тема: «Ал­ка­ны. Ме­то­ды по­лу­че­ния. При­ме­не­ние». В ходе за­ня­тия вы по­лу­чи­ли новую ин­фор­ма­цию об ал­ка­нах, узна­ли о том, какие ме­то­ды по­лу­че­ния и вы­де­ле­ния ал­ка­нов су­ще­ству­ют в наше время и как при­ме­ня­ют ал­ка­ны.