Најважније из лекције
Нафта: Природна течна смеша угљоводоника (алкана, циклоалкана, арена). Густине је мање од воде, не раствара се у води, а због нерастворљивости прави нафтне мрље штетне за живи свет.
Фракциона дестилација: Раздвајање нафте на основу тачака кључања на фракције: гасови (\(\text{C}_1\text{--}\text{C}_4\)), петролетар (\(\text{C}_5\text{--}\text{C}_6\)), бензин (\(\text{C}_6\text{--}\text{C}_{10}\)), керозин (\(\text{C}_{10}\text{--}\text{C}_{14}\)), дизел-гориво (\(\text{C}_{14}\text{--}\text{C}_{18}\)), уља (\(\text{C}_{19}\text{--}\text{C}_{35}\)) и битумен (\(>\text{C}_{35}\)).
Октански број: Мера квалитета бензина; скала је одређена према \(n\)-хептану (вредност \(0\)) и 2,2,4-триметилпентану (вредност \(100\)).
Земни гас: Гасовита смеша у којој доминира метан (\(\text{CH}_4\)); ефикасно фосилно гориво које се одорише ради сигурности због високе запаљивости.
Фракциона дестилација: Раздвајање нафте на основу тачака кључања на фракције: гасови (\(\text{C}_1\text{--}\text{C}_4\)), петролетар (\(\text{C}_5\text{--}\text{C}_6\)), бензин (\(\text{C}_6\text{--}\text{C}_{10}\)), керозин (\(\text{C}_{10}\text{--}\text{C}_{14}\)), дизел-гориво (\(\text{C}_{14}\text{--}\text{C}_{18}\)), уља (\(\text{C}_{19}\text{--}\text{C}_{35}\)) и битумен (\(>\text{C}_{35}\)).
Октански број: Мера квалитета бензина; скала је одређена према \(n\)-хептану (вредност \(0\)) и 2,2,4-триметилпентану (вредност \(100\)).
Земни гас: Гасовита смеша у којој доминира метан (\(\text{CH}_4\)); ефикасно фосилно гориво које се одорише ради сигурности због високе запаљивости.
Нафта је комплексна течна смеша угљоводоника и органских једињења која садрже кисеоник, сумпор и азот.
Састав угљоводоника: У нафти су најзаступљенији алкани, циклоалкани и ароматични угљоводоници.
Постанак: Настала је пре више милиона година распадањем остатака биљних и животињских организама у дубљим слојевима Земљине коре - у одсуству ваздуха, под дејством високе температуре и високог притиска.
Нафта се накупља у слојевима непропусних стена у дубини Земље, одакле се експлоатише бушењем и пумпама транспортује до рафинерија на даљу прераду.
Нафта је густа, уљаста течност, боје од светложуте до тамномрке, са карактеристичним непријатним мирисом који потиче од једињења сумпора и азота.
Растворљивост и густина:
- Густина нафте је мања од густине воде (\(\rho_{\text{нафте}} < \rho_{\text{воде}}\)).
- Не раствара се у води, али је растворљива у органским растварачима.
Због мање густине и нерастворљивости у води, при хаваријама и изливању формирају се нафтне мрље на површини мора и река, што спречава проток кисеоника и светлости и изазива масовно гушење воденог екосистема.
Зашто се за гашење пожара изазваног паљењем нафте не сме користити вода?
Пошто нафта има мању густину од воде и у њој се не раствара, она би испливала на површину воде и наставила да гори, при чему би вода само проширила пожар.
Фракциона дестилација је физички поступак раздвајања сирове нафте на групе угљоводоника сличних тачака кључања (фракције) унутар фракционе колоне.
Нафта се загрева на дну колоне и испарава; температура колоне постепено опада ка врху.
Угљоводоници са мањим бројем \(C\) атома имају нижу температуру кључања, лакше испаравају и издвајају се при самом врху колоне.
Угљоводоници са већим бројем \(C\) атома имају вишу температуру кључања, брже се кондензују и испуштају се у нижим нивоима или остају на самом дну колоне.
| Фракција | Опсег броја \(\text{C}\) атома | Примена |
|---|---|---|
| Рафинеријски гас | \(\text{C}_1 - \text{C}_4\) | Гас за домаћинство, гориво |
| Петролетар | \(\text{C}_5 - \text{C}_6\) | Органски растварач у лабораторијама и индустрији |
| Бензин | \(\text{C}_6 - \text{C}_{10}\) | Погонско гориво за аутомобиле |
| Керозин | \(\text{C}_{10} - \text{C}_{14}\) | Гориво за авионе и млазне моторе |
| Дизел-гориво | \(\text{C}_{14} - \text{C}_{18}\) | Гориво за камионе, аутобусе, дизел-аутомобиле и бродове |
| Мазива уља и парафин | \(\text{C}_{19} - \text{C}_{35}\) | Уља за подмазивање мотора, израда свећа и масти |
| Битумен (асфалт) | \(> \text{C}_{35}\) | Асфалтирање путева и грађевинска изолација од влаге |
Октански број је мерило квалитета моторног бензина и његове отпорности на превремено, експлозивно самопаљење (детонацију) у цилиндру мотора.
Као еталони за дефинисање скале користе се два угљоводоника:
- \(n\)-хептан: има октански број \(0\) (врло лако се самопали, лоше гориво).
- 2,2,4-триметилпентан (изооктан): има октански број \(100\) (мирно и равномерно сагорева, одлично гориво).
Бензин са ознаком BMB 95 (безоловни моторни бензин) има исте особине сагоревања као смеша која се састоји од \(95\%\) 2,2,4-триметилпентана и \(5\%\) \(n\)-хептана.
Раније су се бензину додавала једињења олова ради смањења детонације, али су због изузетне токсичности оксида олова у издувним гасовима замењена еколошки прихватљивијим адитивима у безоловним бензинима (BMB).
Земни гас је природна гасовита смеша угљоводоника која се налази у подземним лежиштима (најчешће непосредно изнад налазишта нафте или као самостална гасна поља).
Хемијски састав: Главни састојак је метан (\(\text{CH}_4\)) са преко \(85\text{--}95\%\) удела, док су у мањим количинама присутни етан (\(\text{C}_2\text{H}_6\)), пропан (\(\text{C}_3\text{H}_8\)) и бутан (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)).
Примена: Ефикасно и релативно чисто фосилно гориво за грејање у домаћинствима, као гориво за кување (шпорети на гас), у индустрији и термоелектранама. До потрошача се допрема гасоводима.
Чист земни гас је без боје и мириса. Због велике запаљивости и опасности од експлозије, пре пуштања у дистрибутивну мрежу му се додају супстанце оштрог, непријатног мириса (одоранти) како би се цурење одмах осетило.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одредите да ли су наведени узорци чисте супстанце или смеше:
а) Сирова нафта
б) Земни гас
в) Моторни бензин
г) Чист метан
а) Сирова нафта
б) Земни гас
в) Моторни бензин
г) Чист метан
а) Смеша (сложена смеша различитих угљоводоника и других органских једињења).
б) Смеша (гас који се састоји од метана, етана, пропана и бутана).
в) Смеша (фракција угљоводоника од \(\text{C}_6\) до \(\text{C}_{10}\)).
г) Чиста супстанца (хемијско једињење формула \(\text{CH}_4\)).
б) Смеша (гас који се састоји од метана, етана, пропана и бутана).
в) Смеша (фракција угљоводоника од \(\text{C}_6\) до \(\text{C}_{10}\)).
г) Чиста супстанца (хемијско једињење формула \(\text{CH}_4\)).
Задатак 2 (средњи): Колико се грама \(n\)-хептана и 2,2,4-триметилпентана налази у \(30\text{ g}\) еталонске смеше која одговара бензину октанског броја 98?
Октански број 98 значи да смеша садржи \(98\%\) 2,2,4-триметилпентана и \(2\%\) \(n\)-хептана (масени удели: \(\omega_1 = 0{,}98\), \(\omega_2 = 0{,}02\)).
1. Маса 2,2,4-триметилпентана: \[ m(\text{2,2,4-триметилпентан}) = 0{,}98 \cdot 30\text{ g} = 29{,}4\text{ g} \] 2. Маса \(n\)-хептана: \[ m(\text{n-хептан}) = 0{,}02 \cdot 30\text{ g} = 0{,}6\text{ g} \quad (\text{или } 30\text{ g} - 29{,}4\text{ g} = 0{,}6\text{ g}) \] Одговор: У смеши се налази \(29{,}4\text{ g}\) 2,2,4-триметилпентана и \(0{,}6\text{ g}\) \(n\)-хептана.
1. Маса 2,2,4-триметилпентана: \[ m(\text{2,2,4-триметилпентан}) = 0{,}98 \cdot 30\text{ g} = 29{,}4\text{ g} \] 2. Маса \(n\)-хептана: \[ m(\text{n-хептан}) = 0{,}02 \cdot 30\text{ g} = 0{,}6\text{ g} \quad (\text{или } 30\text{ g} - 29{,}4\text{ g} = 0{,}6\text{ g}) \] Одговор: У смеши се налази \(29{,}4\text{ g}\) 2,2,4-триметилпентана и \(0{,}6\text{ g}\) \(n\)-хептана.
Задатак 3 (средњи): Током фракционе дестилације нафте издвајају се бензин, керозин и рафинеријски гас.
а) Поређајте ове три фракције по редоследу издвајања (од врха колоне ка дну).
б) Објасните на основу грађе молекула зашто рафинеријски гас испарава пре бензина.
а) Поређајте ове три фракције по редоследу издвајања (од врха колоне ка дну).
б) Објасните на основу грађе молекула зашто рафинеријски гас испарава пре бензина.
а) Редослед од врха ка дну: рафинеријски гас \(\rightarrow\) бензин \(\rightarrow\) керозин.
б) Рафинеријски гас садржи угљоводонике са свега 1 до 4 \(\text{C}\) атома (\(\text{C}_1 - \text{C}_4\)), док бензин садржи веће молекуле са 6 до 10 \(\text{C}\) атома (\(\text{C}_6 - \text{C}_{10}\)). Што је мањи број угљеникових атома у молекулу, међумолекулске силе су слабије, тачка кључања је нижа, па супстанца лакше испарава и доспева до врха колоне.
б) Рафинеријски гас садржи угљоводонике са свега 1 до 4 \(\text{C}\) атома (\(\text{C}_1 - \text{C}_4\)), док бензин садржи веће молекуле са 6 до 10 \(\text{C}\) атома (\(\text{C}_6 - \text{C}_{10}\)). Што је мањи број угљеникових атома у молекулу, међумолекулске силе су слабије, тачка кључања је нижа, па супстанца лакше испарава и доспева до врха колоне.
Задатак 4 (тежак): Зашто се земни гас сматра повољнијим горивом са еколошког аспекта у односу на нафту и угаљ, и због чега се у њега пре дистрибуције намерно додају одоранти?
1. Еколошка предност: Основни састојак земног гаса је метан (\(\text{CH}_4\)), који има највећи однос водоника према угљенику међу угљоводоницима. Његовим потпуним сагоревањем настају угљеник(IV)-оксид и водена пара:
\[ \text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \]
Притом се ослобађа мање \(\text{CO}_2\) по јединици добијене енергије у односу на бензин, дизел или угаљ, а сагоревање је потпуније и без чађи, пепела и штетних оксида сумпора и тешких метала.
2. Додавање одоранта: Земни гас је природан гас без боје и мириса. Пошто је лако запаљив и у смеси са ваздухом гради експлозивну смешу, додају му се једињења препознатљивог оштрог мириса како би се и најмање цурење у инсталацијама одмах регистровало чулом мириса и спречила несрећа.
2. Додавање одоранта: Земни гас је природан гас без боје и мириса. Пошто је лако запаљив и у смеси са ваздухом гради експлозивну смешу, додају му се једињења препознатљивог оштрог мириса како би се и најмање цурење у инсталацијама одмах регистровало чулом мириса и спречила несрећа.
