Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть II. УГЛЕВОДОРОДЫ
 Оглавление (Часть II)
Крекинг алканов
Крекингот англ. cracking - расщепление – процесс термического разложения углеводородов, в основе которого лежат реакции расщепления углеродной цепи крупных молекул с образованием соединений с более короткой цепью.
Крекинг алканов является основой переработки нефти с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы, которые используются в качестве моторных топлив, смазочных масел и т.п., а также сырья для химической и нефтехимической промышленности.
Для осуществления этого процесса используются два способа: термический крекинг (при нагревании без доступа воздуха и повышенном давлении) и каталитический крекинг (более умеренное нагревание в присутствии катализатора).

Термический крекинг. При температуре 480–550 °С и давлении 5 МПа алканы распадаются за счет разрыва связей С–С (более прочные связи С–Н при такой температуре сохраняются) и образуются алканы и алкены с меньшим числом углеродных атомов.
Например:
Распад связей происходит гомолитически

Гомолитический разрыв
ковалентной связи
с образованием свободных радикалов:


Свободные радикалы очень активны. Один из них (например, этил) отщепляет атомарный водород Н• от другого (н-бутила) и превращается в алкан (этан). Другой радикал, став двухвалентным, превращается в алкен (бутен-1) за счет образования π–связи при спаривании двух электронов у соседних атомов:
Крекинг гексана
Анимация
(работа Литвишко Алексея, ученика 9 кл. школы №124 г. Самары)

Разрыв С–С-связи возможен в любом случайном месте молекулы. Поэтому образуется смесь алканов и алкенов с меньшей, чем у исходного алкана, молекулярной массой.
Продукты крекинга н-гексана

В общем виде этот процесс можно выразить схемой:

CnH2n+2 CmH2m + CpH2p+2,       где m + p = n

При более высокой температуре (свыше 1000 °С) происходит разрыв не только связей С–С, но и более прочных связей С–Н. Например, термический крекинг метана используется для получения сажи (чистый углерод) и водорода:
СН4 C + 2H2
Термический крекинг был открыт русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 г.

Каталитический крекинг проводят в присутствии катализаторов (обычно оксидов алюминия и кремния) при температуре 450-500 °С и атмосферном давлении. При этом процесс деструкции алканов сопровождается реакциями изомеризации и дегидрирования.
    Пример: крекинг н-октана с образованием изобутана и изобутена (работа Литвишко Алексея, ученика 9 кл. школы №124 г. Самары).
Целью термокаталитической переработки тяжелых нефтяных фракций является получение высокооктанового бензина и других практически важных продуктов.
Реакции изомеризации н-алканов приводят к разветвленным структурам. При дегидрировании алканов образуются циклические углеводороды (реакция дегидроциклизации). Наличие в составе бензина разветвлённых и циклических углеводородов повышает его качество – детонационную устойчивость, выражаемую октановым числом.
Октановое число — условная количественная характеристика детонационной стойкостиДетонационная стойкость - способность противостоять самовоспламенению при сжатии. моторных топлив, применяемых в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Октановое число численно равно процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана), октановое число которого принято за 100, в его смеси с н-гептаном (октановое число равно 0), эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.
При крекинг-процессах образуется большое количество газов, которые содержат главным образом предельные и непредельные углеводороды. Эти газы используются в качестве сырья для химической промышленности.
Основополагающие работы по каталитическому крекингу в присутствии хлорида алюминия проведены Н.Д. Зелинским.