Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть II. УГЛЕВОДОРОДЫ

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.