Els àcids naftènics (NA) són una barreja de diversos àcids ciclopentil i ciclohexilcarboxílic amb un pes molecular de 120 a 700 o més unitats de massa atòmica. La fracció principal són àcids carboxílics amb un esquelet de carboni de 9 a 20 àtoms de carboni. Els científics afirmen que els àcids naftènics (NA) són àcids carboxílics cicloalifàtics amb 10-16 àtoms de carboni, tot i que s'han trobat àcids que contenen fins a 50 àtoms de carboni en olis pesats.
Etimologia
El terme té les seves arrels en el terme una mica arcaic "naftè" (cicloalifàtic però no aromàtic), que s'utilitza per classificar els hidrocarburs. Originalment es va utilitzar per descriure una barreja complexa d'àcids derivats del petroli quan els mètodes analítics disponibles a principis de la dècada de 1900 només podien identificar-ne alguns amb precisió.components de tipus naftènic. Avui dia, l'àcid naftènic s'utilitza de manera més general per referir-se a tots els àcids carboxílics presents en el petroli (ja siguin compostos cíclics, acíclics o aromàtics) i els àcids carboxílics que contenen heteroàtoms com N i S. Nombrosos estudis han demostrat que la majoria dels àcids cicloalifàtics també contenen àcids alifàtics de cadena ramificada i àcids aromàtics. Alguns àcids contenen > 50% d'àcids alifàtics i aromàtics combinats.
Fórmula
Els àcids naftènics es representen amb la fórmula general CnH2n-z O2, on n és el nombre d'àtoms de carboni i z és la sèrie homòloga. El valor z és 0 per als àcids acíclics saturats i augmenta a 2 en àcids monocíclics, a 4 en àcids bicíclics, a 6 en àcids tricíclics i a 8 en àcids tetracíclics.
Les sals d'àcids anomenats naftenats s'utilitzen àmpliament com a fonts d'ions metàl·lics hidròfobs en una varietat d'aplicacions. Les sals d'alumini i de sodi de l'àcid naftènic i l'àcid palmític es van combinar durant la Segona Guerra Mundial per fer napalm. I el napalm es va sintetitzar amb èxit. La paraula "napalm" prové de les paraules "àcid naftènic" i àcid palmític".
Connexió d'oli
La naturalesa, l'origen, l'extracció i l'ús comercial de l'àcid naftènic s'estudien des de fa força temps. Se sap que el cru procedeix de camps de Romania, Rússia, Veneçuela, el Mar del Nord, la Xina i l'Àfrica Occidentalconté una gran quantitat de compostos àcids en comparació amb la majoria del petroli cru dels EUA. El contingut d'àcids carboxílics d'alguns productes derivats del petroli de Califòrnia és especialment elevat (fins a un 4%), on s'informa que les classes més habituals d'àcids carboxílics són els àcids cicloalifàtics i aromàtics.
Composició
La composició varia en funció de la composició del cru i de les condicions durant el processament i l'oxidació. Les fraccions riques en àcids naftènics poden causar danys per corrosió als equips de la refineria, de manera que el fenomen de la corrosió àcida (NAC) ha estat ben estudiat. El petroli cru d' alt àcid es coneix sovint com a petroli cru d' alt nombre d'àcid total (TAN) o cru d' alta acidesa (HAC). Els àcids naftènics són un contaminant important en l'aigua de l'extracció d'oli de les sorres bituminoses d'Athabasca (AOS). Els àcids tenen una toxicitat aguda i crònica per als peixos i altres organismes.
Mediambiental
En el seu article sovint citat publicat a Toxicologies Sciences, Rogers va afirmar que les mescles d'àcid naftènic són els contaminants ambientals més importants de la producció de sorres bituminoses. Van descobrir que, en les pitjors condicions, és poc probable que hi hagi toxicitat aguda per als mamífers salvatges exposats als àcids de l'aigua, però l'exposició repetida pot tenir efectes adversos per a la salut.
En el seu article de 2002citat més de 100 vegades, Rogers et al van informar d'un procediment de laboratori basat en dissolvents dissenyat per extreure eficientment àcids de grans volums d'aigua d'Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Els àcids naftènics estan presents a l'aigua de residus d'AOS (TPW) a una concentració estimada de 81 mg/L, un nivell massa baix perquè el TPW es consideri una font viable per a la recuperació comercial..
Suprimeix
L'àcid naftènic s'elimina de les substàncies del petroli no només per minimitzar la corrosió, sinó també per recuperar productes comercialment útils. El major ús actual i històric d'aquest àcid és en la producció de naftenats metàl·lics. Els àcids s'extreuen dels destil·lats de petroli per extracció alcalina, es regeneran en un procés de neutralització d'àcids i després es destil·len per eliminar les impureses. Els àcids venuts comercialment es classifiquen per nombre d'àcid, nivell d'impuresa i color. S'utilitza per produir naftenats metàl·lics i altres derivats com èsters i amides.
Naftenats
Els Naftenats són sals àcides anàlogues als acetats corresponents, més ben definits però menys útils. Els naftenats, com els àcids naftènics del petroli, són altament solubles en medis orgànics com les pintures. S'utilitzen a la indústria, inclosa la producció de coses tan útils: detergents sintètics, lubricants, inhibidors de corrosió, additius de combustible i oli lubricant, conservants.per a fusta, insecticides, fungicides, acaricides, agents humectants, espessidors de napalm i dessecants d'oli utilitzats en pintura i tractament de superfícies de fusta.
Sors bituminosos
Un estudi afirma que els àcids naftènics són el contaminant ambiental més actiu de totes les substàncies derivades de l'extracció de petroli de les sorres bituminoses. Tanmateix, en condicions de fuites i contaminació, és poc probable que es produeixi una toxicitat aguda en mamífers salvatges exposats a àcids a l'aigua de l'estany de residus, però l'exposició repetida pot tenir efectes adversos per a la salut animal. Els àcids estan presents a les sorres bituminoses i l'aigua de residus a una concentració estimada de 81 mg/L.
Utilitzant els protocols de l'Organització per a la Cooperació i el Desenvolupament Econòmics (OCDE) per a les proves de toxicitat, els investigadors nord-americans van argumentar que, segons els seus estudis, els NA purificats, quan es prenen per via oral, no eren genotòxics agudament per als mamífers. Tanmateix, els danys causats per l'END per exposició a curt termini durant l'exposició aguda o intermitent es poden acumular amb l'exposició repetida.
Ciclopentà
El ciclopentà és un hidrocarbur alicíclic inflamable amb la fórmula química C5H10 i el número CAS 287-92-3, que consisteix en un anell de cinc àtoms de carboni, cadascun unit a dos àtoms d'hidrogen per sobre i per sota del pla. Sovint es presenta en formalíquid incolor amb una olor semblant a la de la gasolina. El seu punt de fusió és de -94 °C i el seu punt d'ebullició és de 49 °C. El ciclopentà pertany a la classe dels cicloalcans i són alcans amb un o més anells d'àtoms de carboni. Es forma mitjançant el craqueig de ciclohexà en presència d'alúmina a alta temperatura i pressió.
La producció d'àcids naftènics, inclòs el ciclopentà, ha perdut el seu antic caràcter de massa en els últims anys.
Va ser preparat per primera vegada l'any 1893 pel químic alemany Johannes Wieslikus. Recentment, sovint s'anomena àcids naftènics.
Paper a la producció
El ciclopentà s'utilitza en la producció de resines sintètiques i adhesius de cautxú, i com a agent de bufat en la producció d'escuma aïllant de poliuretà, que es troba en molts aparells domèstics com frigorífics i congeladors, substituint alternatives perjudicials per al medi ambient com ara CFC -11 i HCFC- 141b.
Els lubricants d'alquilació de ciclopentà múltiple (MAC) tenen una volatilitat baixa i s'utilitzen en algunes aplicacions especialitzades.
Els Estats Units produeixen més de mig milió de quilos d'aquesta substància química a l'any. A Rússia, els àcids naftènics (inclòs el ciclopentà) es produeixen com a producte natural del processament del petroli.
Els cicloalcans es poden fer mitjançant un procés conegut com a reformat catalític. Per exemple, el 2-metilbutà es pot convertir en ciclopentà mitjançant un catalitzador de platí. Això s'utilitza especialment aels cotxes, ja que els alcans ramificats es cremaran molt més ràpid.
Característiques físiques i químiques
Sorprenentment, els seus ciclohexans comencen a bullir 10 °C més que l'hexahidrobenzè o l'hexanaftè, però aquest enigma va ser resolt el 1895 per Markovnikov, N. M. Kishner i Nikolai Zelinsky quan van reutilitzar l'hexahidrobenzè i l'hexanafteno com a metilciclopentà, el resultat d'una reacció inesperada.
Tot i que bastant poc reactiu, el ciclohexà pateix una oxidació catalítica per formar ciclohexanona i ciclohexanol. Una barreja de ciclohexanona-ciclohexanol, anomenada "oli KA", és la matèria primera de l'àcid adípic i la caprolactama, precursors del niló.
Aplicació
S'utilitza com a dissolvent en algunes marques de líquid corrector. El ciclohexà s'utilitza de vegades com a dissolvent orgànic no polar, encara que el n-hexà s'utilitza més habitualment per a aquest propòsit. També s'utilitza sovint com a dissolvent de recristal·lització, ja que molts compostos orgànics presenten una bona solubilitat en ciclohexà calent i poca solubilitat a baixes temperatures.
El ciclohexà també s'utilitza per calibrar instruments de calorimetria d'exploració diferencial (DSC) a causa de la pràctica transició cristall a cristall a -87,1 °C.
Els vapors de ciclohexà s'utilitzen en forns de cementació al buit en la fabricació d'equips de tractament tèrmic.
Deformació
Un anell amb 6 vèrtexs no coincideix amb la forma d'un hexàgon perfecte. La conformació de l'hexàgon pla té una tensió angular significativa perquè els seus enllaços no són de 109,5 graus. La deformació torsional també serà significativa, ja que tots els enllaços seran eclipsats.
Per tant, per tal de reduir la deformació torsional, el ciclohexà adopta una estructura tridimensional coneguda com a "cadira conformacional". També hi ha altres dos conformadors intermedis: "mitja cadira", que és el conformador més inestable, i "barca giratòria", que és més estable. Aquests noms excèntrics van ser proposats per primera vegada l'any 1890 per Hermann Sachs, però van ser àmpliament acceptats molt més tard.
La meitat dels àtoms d'hidrogen es troben al pla de l'anell (equatorialment) i l' altra meitat són perpendiculars al pla (axialment). Aquesta conformació proporciona l'estructura de ciclohexà més estable. Hi ha una altra conformació de ciclohexà coneguda com a "conformació de vaixell", però es convertirà en una formació de "fetes" una mica més estable.
El ciclohexà té l'angle i la deformació de torsió més baixos de tots els cicloalcans, de manera que el ciclohexà es considera 0 en la tensió total de l'anell. El mateix passa amb les sals de sodi dels àcids naftènics.
Fases
El ciclohexà té dues fases cristal·lines. Fase I d' alta temperatura, estable entre +186 °C i temperaturapunt de fusió +280 °C, és un cristall de plàstic, el que significa que les molècules conserven un cert grau de llibertat de moviment. La fase II de baixa temperatura (per sota dels 186 °C) és més ordenada. Les altres dues fases III i IV de baixa temperatura (metaestables) es van obtenir aplicant pressions moderades per sobre de 30 MPa, i la fase IV apareix exclusivament en ciclohexà deuterat (tingueu en compte que l'aplicació de pressió augmenta totes les temperatures de transició).
