Метан CH4 – простейший углеводород, основная часть природного газа.
C2H6, C2H4, C2H2, C3H6, C4H6, C6H6, С18Н38 и т.п.|
Модели молекул некоторых углеводородов
(обозначения атомов:  - углерод;  - водород) |
 |
- Видеоопыт "Определение элементного состава углеводородов"
на примере парафина (смесь алканов С18Н38 – С35Н72)
| Источник:
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов. |
С18Н38 + 110СuО = 18СО2 + 19Н2О + 55Сu2O
-
Примечание: в аудио комментарии к опыту ошибочно сказано: "...в пробирке появился красный оксид меди двухвалентной". На самом деле в реакции образуются оксид меди(I) и металлическая медь в соответствии с вышеприведёнными уравнениями.
Углекислый газ обнаруживают при помощи известковой воды. Известковая вода мутнеет от углекислого газа.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы с нагревательными приборами.
Углеводороды имеют исключительно важное научное и практическое значение.
- Представления о строении и свойствах углеводородов служат основой для изучения органических соединений других классов (производных углеводородов), так как молекулы любых органических веществ содержат углеводородные фрагменты. Это фундамент органической химии, которая определяется как наука, изучающая углеводороды и их производные.
- Знание свойств углеводородов позволяет понять исключительную ценность этих соединений как исходного сырья в производстве самых разнообразных веществ и материалов, широко используемых на практике: пластмасс, каучуков, волокон, моющих средств, лекарственных препаратов, красителей, средств защиты растений, строительных и горюче-смазочных материалов и т.д.
В процессе первичной переработки нефть подвергают перегонке (ректификации) – разделению на составные части (фракции) по температурам кипения.
Интерактивная иллюстрация
Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. Природный газ существует также в виде естественных газогидратов (гидратов метана) в океанах и зонах вечной мерзлоты материков.
Гидрат метана CH4⋅(H2O)x – наиболее распространённый среди природных газогидратов, представляющих собой кристаллические клатратныеот лат. clathratus — «сажать в клетку»
соединения воды и газа (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S и т.п.). Газогидраты обнаружены в морских донных отложениях и в районах вечной мерзлоты (т.е. в условиях низкой температуры и повышенного давления).
Клатрат гидрата метана содержит молекулу метана, помещённую в «клетку», построенную молекулами воды. Поскольку число молекул воды в клатрате зависит от условий его образования, метангидрат относится к нестехиометрическим соединениям, то есть к соединениям переменного состава. По внешнему виду гидрат метана напоминает лёд, легко распадается на воду и метан при повышении температуры, может гореть (за счёт выделения метана).
 |
 |
Нефтяные газы применяют как топливо и для получения различных химических веществ. Путем химической переработки из них получают пропилен, бутилены, бутадиен и др., которые используют в производстве пластмасс и каучуков.
Бурые угли – твердые горючие ископаемые, образовавшиеся из торфа. Наиболее молодые из ископаемых углей. Относятся к группе углеродсодержащих пород гумусовой природы. Содержат 65-70% углерода, имеют бурый цвет. Используются как местное топливо, а также как химическое сырье. При термической переработке бурых углей получают светильный газ (смесь горючих газов, главным образом метана и водорода), парафины, фенолы и др.
В ряде стран (США, Канада, Китай и др.) в связи с недостатком ресурсов свободного природного газа и нефти ведётся экологически небезопасная добыча из горючих сланцев метана (сланцевый газ) и нефти (сланцевая нефть).
Сланцевый газ — природный газ, добываемый из газоносных сланцевых пластов с низкой проницаемостью, состоит преимущественно из метана. По своим свойствам очищенный сланцевый газ принципиально ничем не отличается от традиционного природного газа. Однако технология его добычи и очистки подразумевает гораздо большие по сравнению с традиционным газом затраты.
Добыча сланцевого газа производится путём горизонтального бурения и гидравлического разрыва (гидроразрыва) пласта. Горизонтальная скважина прокладывается через слой газоносного сланца. Затем внутрь скважины под давлением закачиваются десятки тысяч кубометров воды, песка и химикатов. В результате разрыва пласта газ по трещинам поступает в скважину и далее на поверхность.
Технология гидроразрыва (фрекинга) геологических пластов наносит колоссальный вред окружающей среде. Независимые экологи подсчитали, что специальный буровой раствор при добыче сланцевого газа содержит 596 наименований химикатов: ингибиторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды, ингибиторы для контроля сланца, гелеобразователи и др.
-
Назначение некоторых химикатов:
- соляная кислота помогает растворять минералы;
- этиленгликоль препятствует появлению отложений на стенках труб;
- изопропиловый спирт используется для увеличения вязкости жидкости;
- глютаральдегид борется с коррозией;
- легкие фракции нефти используются для минимизации трения;
- гуаровая камедь увеличивает вязкость раствора;
- пероксодисульфат аммония препятствует распаду гуаровой камеди;
- формамид препятствует коррозии;
- борная кислота поддерживает вязкость жидкости при высоких температурах;
- лимонная кислота используется для предотвращения осаждения металла;
- хлорид калия препятствует прохождению химических реакций между грунтом и жидкостью;
- карбонат натрия или калия используется для поддержания баланса кислот.
Для каждого бурения нужно до 26 тыс. кубометров раствора. При добыче сланцевого газа требуется бурить большое число скважин, так как срок их службы весьма низок.
Десятки тонн раствора из сотен наименований химикатов смешиваются с грунтовыми водами и вызывают широчайший спектр непрогнозируемых негативных последствий.
Ядовитые продукты попадают в питьевую воду и воздух.
В местах добычи наблюдается мор животных, птиц, рыбы, кипящие ручьи с метаном. Домашние животные болеют, теряют шерсть, умирают. Среди людей отмечается скачок онкологических и других заболеваний. Кроме того, нарушение структуры глубоких почвенных слоёв вызывает опасность возникновения землетрясений.
Несмотря на то, что «сланцевая революция» широко разрекламирована, технические и экономические подробности добычи не афишируются.
Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и др. Торф применяют в сельском хозяйстве и животноводстве, медицине, биохимии и энергетике. Развитие современных производственных технологий позволяет получать из торфа очень плодородные грунты для выращивания пищевых растений, удобрения, стимуляторы роста растений, изоляционные и упаковочные материалы, активный уголь, графит и тому подобное.
Запасы этих полезных ископаемых на Земле не безграничны. Однако до настоящего времени они расходуются главным образом в качестве высококалорийного топлива (двигатели внутреннего сгорания, тепловые электростанции, котельные и т.п.). Значительно меньшая часть углеводородного сырья используется в химической промышленности для производства многих полезных и необходимых продуктов. Поэтому важнейшей задачей науки и техники является поиск, разработка и внедрение альтернативных источников энергии, что позволит более рационально использовать невосполнимые углеводородные ресурсы.
