Les substàncies orgàniques ocupen un lloc important a les nostres vides. Són el component principal dels polímers que ens envolten arreu: es tracta de bosses de plàstic, de cautxú, així com de molts altres materials. El polipropilè no és l'últim pas d'aquesta sèrie. També es troba en diversos materials i s'utilitza en diverses indústries com ara la construcció, l'ús domèstic com a material per a gots de plàstic i altres necessitats petites (però no a escala industrial). Abans de parlar d'un procés com la hidratació del propilè (gràcies al qual, per cert, podem obtenir alcohol isopropílic), passem a la història del descobriment d'aquesta substància necessària per a la indústria.
Història
Com a tal, el propilè no té data d'obertura. Tanmateix, el seu polímer, el polipropilè, va ser descobert l'any 1936 pel famós químic alemany Otto Bayer. Per descomptat, se sabia teòricament com es podia obtenir un material tan important, però no era possible fer-ho a la pràctica. Això només va ser possible a mitjans del segle XX, quan els químics alemanys i italians Ziegler i Natt van descobrir un catalitzador per a la polimerització d'hidrocarburs insaturats (que tenien un o més enllaços múltiples), quemés tard el van anomenar catalitzador de Ziegler-Natta. Fins a aquest moment, era absolutament impossible fer que la reacció de polimerització d'aquestes substàncies es produís. Es coneixien les reaccions de policondensació, quan, sense l'acció d'un catalitzador, les substàncies es combinaven en una cadena de polímers, formant subproductes. Però no va ser possible fer-ho amb hidrocarburs insaturats.
Un altre procés important associat a aquesta substància va ser la seva hidratació. El propilè en els anys de l'inici del seu ús era bastant. I tot això es deu als mètodes de recuperació de propè inventats per diverses empreses de processament de petroli i gas (això de vegades també s'anomena substància descrita). Quan el petroli es va craquejar, era un subproducte, i quan va resultar que el seu derivat, l'alcohol isopropílic, és la base per a la síntesi de moltes substàncies útils per a la humanitat, moltes empreses, com BASF, van patentar el seu mètode de producció. i va començar el comerç massiu d'aquest compost. La hidratació del propilè es va provar i es va aplicar abans de la polimerització, per això es va començar a produir acetona, peròxid d'hidrogen i isopropilamina abans que el polipropilè.
El procés de separació del propè del petroli és molt interessant. És a ell a qui ens dirigim ara.
Separació de propilè
De fet, en el sentit teòric, el mètode principal és només un procés: la piròlisi del petroli i els gasos associats. Però les implementacions tecnològiques són només un mar. El fet és que cada empresa s'esforça per aconseguir una manera única i protegir-la.patent, i altres empreses d'aquest tipus també estan buscant les seves pròpies maneres de produir i vendre propè com a matèria primera o convertir-lo en diversos productes.
La piròlisi ("piro" - foc, "lisi" - destrucció) és un procés químic de descomposició d'una molècula complexa i gran en molècules més petites sota la influència de l' alta temperatura i un catalitzador. El petroli, com sabeu, és una barreja d'hidrocarburs i està format per fraccions lleugeres, mitjanes i pesades. Del primer, el pes molecular més baix, el propè i l'etan s'obtenen durant la piròlisi. Aquest procés es realitza en forns especials. Per a les empreses manufactureres més avançades, aquest procés és tecnològicament diferent: unes fan servir la sorra com a portador de calor, unes altres fan servir el quars, d' altres el coc; també pots dividir els forns segons la seva estructura: hi ha reactors tubulars i convencionals, com s'anomenen, reactors.
Però el procés de piròlisi permet obtenir propè insuficientment pur, ja que, a més d'ell, s'hi formen un gran nombre d'hidrocarburs, que després s'han de separar d'una manera bastant energètica. Per tant, per obtenir una substància més pura per a la posterior hidratació, també s'utilitza la deshidrogenació d'alcans: en el nostre cas, el propà. Igual que la polimerització, el procés anterior no només passa. La divisió de l'hidrogen d'una molècula d'un hidrocarbur saturat es produeix sota l'acció de catalitzadors: òxid de crom trivalent i òxid d'alumini.
Bé, abans de passar a la història de com es produeix el procés d'hidratació, passem a l'estructura del nostre hidrocarbur insaturat.
Característiques de l'estructura del propilè
El propi propè només és el segon membre de la sèrie d'alquens (hidrocarburs amb un doble enllaç). Pel que fa a la lleugeresa, és el segon lloc després de l'etilè (del qual, com podeu suposar, es fa polietilè, el polímer més massiu del món). En el seu estat normal, el propè és un gas, com el seu "parent" de la família dels alcans, el propà.
Però la diferència essencial entre propà i propè és que aquest últim té un doble enllaç en la seva composició, que modifica radicalment les seves propietats químiques. Permet unir altres substàncies a una molècula d'hidrocarburs insaturats, donant com a resultat compostos amb propietats completament diferents, sovint molt importants per a la indústria i la vida quotidiana.
És hora de parlar de la teoria de la reacció, que, de fet, és el tema d'aquest article. A la següent secció, aprendràs que la hidratació del propilè produeix un dels productes més importants industrialment, així com com es produeix aquesta reacció i quins matisos hi ha.
Teoria de la hidratació
Primer, passem a un procés més general - la solvació - que també inclou la reacció descrita anteriorment. Es tracta d'una transformació química, que consisteix en l'addició de molècules de dissolvent a molècules de solut. Al mateix temps, poden formar noves molècules, o els anomenats solvats, partícules formades per molècules d'un solut i un dissolvent connectades per interacció electrostàtica. Només ens interessael primer tipus de substàncies, perquè durant la hidratació del propilè es forma predominant aquest producte.
Quan es solvata de la manera descrita anteriorment, les molècules de dissolvent s'uneixen al solut, s'obté un nou compost. En química orgànica, la hidratació forma predominantment alcohols, cetones i aldehids, però hi ha alguns altres casos, com la formació de glicols, però no els tocarem. De fet, aquest procés és molt senzill, però alhora força complicat.
Mecanisme d'hidratació
El doble enllaç, com ja sabeu, consta de dos tipus de connexió d'àtoms: enllaços pi i sigma. L'enllaç pi és sempre el primer a trencar-se durant la reacció d'hidratació, ja que és menys fort (té una energia d'unió més baixa). Quan es trenca, es formen dos orbitals vacants en dos àtoms de carboni veïns, que poden formar nous enllaços. Una molècula d'aigua que existeix en solució en forma de dues partícules: un ió hidròxid i un protó, és capaç d'unir-se al llarg d'un doble enllaç trencat. En aquest cas, l'ió hidròxid s'uneix a l'àtom de carboni central i el protó, al segon extrem. Així, durant la hidratació del propilè, es forma predominantment propanol 1 o alcohol isopropílic. Aquesta és una substància molt important, ja que quan s'oxida es pot obtenir acetona, molt utilitzada al nostre món. Vam dir que es forma predominantment, però això no és del tot cert. He de dir això: l'únic producte format durant la hidratació del propilè, i aquest és l'alcohol isopropílic.
Això és, per descomptat, totes les subtileses. De fet, tot es pot descriure molt més fàcil. I ara descobrirem com es registra un procés com la hidratació de propilè al curs escolar.
Reacció: com passa
En química, tot s'acostuma a indicar simplement: amb l'ajuda d'equacions de reacció. Així doncs, la transformació química de la substància en discussió es pot descriure d'aquesta manera. La hidratació del propilè, l'equació de reacció del qual és molt senzilla, es desenvolupa en dues etapes. Primer, l'enllaç pi, que forma part del doble, es trenca. Aleshores, una molècula d'aigua en forma de dues partícules, un anió hidròxid i un catió hidrogen, s'acosta a la molècula de propilè, que actualment té dos llocs vacants per a la formació d'enllaços. L'ió hidròxid forma un enllaç amb l'àtom de carboni menys hidrogenat (és a dir, amb aquell al qual estan units menys àtoms d'hidrogen) i el protó, respectivament, amb l'extrem restant. Així, s'obté un sol producte: l'alcohol monohídric saturat isopropanol.
Com gravar una reacció?
Ara aprendrem a escriure en llenguatge químic una reacció que reflecteix un procés com la hidratació del propilè. La fórmula que necessitem és: CH2 =CH - CH3. Aquesta és la fórmula de la substància original: el propè. Com podeu veure, té un doble enllaç, marcat amb "=", i aquí s'hi afegirà aigua quan s'hidrati el propilè. L'equació de la reacció es pot escriure així: CH2 =CH - CH3 + H2O=CH 3 - CH(OH) - CH3. El grup hidroxil entre parèntesis significaque aquesta part no es troba en el pla de la fórmula, sinó per sota o per sobre. Aquí no podem mostrar els angles entre els tres grups que s'estenen des de l'àtom de carboni mitjà, però diguem que són aproximadament iguals entre si i formen 120 graus.
On s'aplica?
Ja hem dit que la substància obtinguda durant la reacció s'utilitza activament per a la síntesi d' altres substàncies vitals. És molt semblant en estructura a l'acetona, de la qual només es diferencia en que en lloc d'un grup hidroxo hi ha un grup ceto (és a dir, un àtom d'oxigen connectat per un doble enllaç a un àtom de nitrogen). Com sabeu, la mateixa acetona s'utilitza en dissolvents i vernissos, però, a més, s'utilitza com a reactiu per a la síntesi posterior de substàncies més complexes, com ara poliuretans, resines epoxi, anhídrid acètic, etc..
Reacció de producció d'acetona
Creiem que seria útil descriure la transformació de l'alcohol isopropílic en acetona, sobretot perquè aquesta reacció no és tan complicada. Per començar, el propanol s'evapora i s'oxida amb oxigen a 400-600 graus centígrads en un catalitzador especial. S'obté un producte molt pur realitzant la reacció sobre una malla de plata.
Equació de reacció
No entrarem en detalls del mecanisme de la reacció d'oxidació del propanol a acetona, ja que és molt complicat. Ens limitem a l'equació de transformació química habitual: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=CH3 - C(O) - CH3 +H2O. Com podeu veure, tot és bastant senzill al diagrama, però val la pena aprofundir en el procés i ens trobarem amb una sèrie de dificultats.
Conclusió
Així hem analitzat el procés d'hidratació del propilè i hem estudiat l'equació de la reacció i el mecanisme de la seva aparició. Els principis tecnològics considerats són la base dels processos reals que es produeixen en la producció. Com va resultar, no són gaire difícils, però tenen beneficis reals per a la nostra vida diària.
