Удивительный мир органической химии

При крекинге фракций нефти образуется огромное количество газообразных продуктов расщепления — газов крекинга. Это — этилен, пропилен, изобутилен и др. — реакционноспособные соединения, которые путем химических превращений могут быть переработаны в ценные продукты (СМС, спирты, горючее, хлороформ, пластмассы, душистые вещества, синтетические волокна, каучуки и др.).

В настоящее время около 90% всех органических соединений получают из нефти. В то же время использование углеводородного сырья для химической переработки достигает во всем мире всего 4-5% от добычи нефти! Не правда ли, пародоксальная ситуация... Поэтому задача сегодняшнего дня — более полное использование нефти для получения химических продуктов.

И все же хорошо известно, что нефть и газ — наиболее эффективные и удобные в наше время виды топлива. Более 90% добытых нефти и газа сжигаются в промышленных топках и двигателях машин. Разумно ли это? «Нефть — не топливо. Топить можно и ассигнациями...» — так образно подчеркнул Д. И. Менделеев ценность нефти как источника химического сырья. К этой мысли химики возвращаются и сейчас. Американский ученый Ральф Лэпп повторил слова Д. И. Менделеева: «Я считаю варварством сжигание уникального наследия Земли — углеводородов — в форме нефти и природного газа. Сжигание этих молекулярных структур только для получения тепла следует считать преступлением».

14.2. «Пища» для моторов

И все же нефть сжигают. Потому что без автомобильного, авиационного, железнодорожного и других видов транспорта трудно представить жизнь современных людей. Количество автомобилей в мире постоянно растет и уже приближается к миллиардному рубежу. Самолетов в мире меньше, но вполне достаточно, чтобы быстро и с комфортом добраться до любого материка или государства. А кто может точно сказать, сколько в мире тракторов, самосвалов, мотоциклов и мопедов? Сколько тепловозов, морских и речных судов? Кроме этого, современная армия опирается прежде всего на моторы. Вся эта гигантская движущаяся, летающая и плавающая армада нуждается в огромном количестве горючего — бензина, керосина, дизтоплива.

О бензине знают все. Бензин состоит из десятков жидких углеводородов, содержащих в молекуле от 5 до 12 углеродных атомов. Это в основном изомеры пентана, гексана, гептана и октана. Так как бензин — смесь углеводородов, то он не имеет определенной точки кипения. Кипение происходит в интервале от 40 до 195 °С.

Бензин — основное топливо для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (этот двигатель изобрел француз Этьен Ленуар в 1860 г.). От качества бензина зависит работа двигателя, его долговечность, скорость движения автомобиля.

Как работает карбюраторный двигатель внутреннего сгорания?

Смесь паров бензина с воздухом сжимается поршнем в цилиндре. Сжатая смесь поджигается электрической искрой от запальной свечи и сгорает с образованием СO₂, СО и воды. Образовавшиеся газы двигают поршень, совершая работу. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина и воздуха в цилиндре, тем больше мощность двигателя. Однако бывает так, что смеси некоторых углеводородов, входящих в состав бензина, сгорают еще до достижения максимального сжатия. Происходит это не от электрической искры, а от высокой температуры в цилиндре. Взрывообразное сгорание порождает волну, которая с огромной скоростью ударяет о поршень, о чем свидетельствует характерный стук в двигателе. Такое взрывное сгорание, называемое детонацией, приводит к преждевременному износу двигателя.

Оказалось, что детонацию вызывают углеводороды нормального (неразветвленного) строения, а углеводороды с разветвленной углеродной цепью, а также непредельные и особенно ароматические углеводороды сгорают без детонации.

Антидетонационные свойства углеводородов и их смесей выражают октановым числом. Чем выше это число, тем выше стойкость углеводородов к детонации и тем выше качество бензина. Для наиболее устойчивого к детонации изооктана (2,2,4-триметилпентана)

октановое число приняли за 100, а для н-гептана, который обладает сильно выраженной склонностью к детонации, октановое число приравняли к 0. Смешивая изооктан и н-гептан, можно получать промежуточные октановые числа. Например, бензин с октановым числом 90 обладает такими же антидетонационными свойствами, как смесь из 90% изооктана и 10% н-гептана. Чем выше октановое число, тем более высокими антидетонационными свойствами обладает бензин.