Ароматические углеводороды содержат в составе своих молекул устойчивое структурное образование из 6 атомов углерода, имеющее 3 двойных связи между атомами углерода – бензольное кольцо. Углеводороды, молекулы которых содержат бензольные кольца, называются цикличными или ароматическими углеводородами. Общая формула для этих углеводородов:
С nН2n-6.
Простейшие представители этой группы:
С6Н6 – бензол и
С6Н5–СН3 – толуол.
СН3 СН3СН3
│ │ │
СН3
СН3
│
СН3
Бензол Орто-ксилол Пара-ксилол Мета-ксилол
Изомерия в ряду бензола обусловлена взаимным расположением органических радикалов по периметру бензольного кольца. При этом образуются 3 изомера расположение радикалов в которых указывается приставками орто-, мета-, и пара-.
Шесть атомов углерода образуют правильный шестиугольник. Бензольные кольца обычно очень устойчивы и являются составной частью больших молекул. Характерными реакциями для аренов является реакция замещения.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Бензол
С6Н6
80
-11
7,10
1,40
Толуол
С7Н8
111
4
6,75
1,27
Орто-ксилол
С8Н10
144
17
6,00
1,00
Полимеризация.
Особое свойство ненасыщенных углеводородов –реакция полимеризации, которая может протекать при повышении температуры и давления.
Полимеризация – способность молекул соединяться друг с другом и образовывать макромолекулы, т.е. очень большие молекулы, которые в некоторых случаях могут состоять из нескольких тысяч простых молекул этого вещества.
Реакция полимеризации может протекать только при определенных условиях: наличии необходимой температуры и давлении. Обычно для ускорения реакции используются катализаторы, которые увеличивают скорость протекания реакции, однако сами в ней химически не участвуют.
Любые вещества в состав молекул которых входит группа СН2=СН- Х способны образовывать полимеры:
X X
ô ô
n(СН2=СН) à íСН2=СН ý n
Мономер Полимер
В некоторых полимерах число молекул мономера (n) может достигать 5000.
Пример:
Н Н
ô ô
1) n(СН2=СН) à íСН2=СН ý n
Этилен Полиэтилен
СН3 СН3
ô ô
2) n(СН2=СН) à íСН2=СН ý n
Пропилен Полипропилен
CN CN
ô ô
3) n(СН2=СН) à íСН2=СН ý n
Акрилонитрил Полиакрилонитрил (Орлон, Акрилан)
Cl Cl
ô ô
4) n(СН2=СН) à íСН2=СН ý n
Винил-хлорид Полихлорвинил
Во время полимеризации протекает цепная реакция, вовлекающая в процесс все большее и большее количество молекул, до тех пор, пока вся жидкость не превратиться в твердый полимер. Как правило, реакция полимеризации сопровождается выделением значительного количества теплоты.
Перекиси.
Одним из простейших катализаторов, который довольно часто используется в химической промышленности при производстве пластмасс, являются перекиси различных элементов. Отличительная особенность перекисей в том, что они содержат в молекуле два атома кислорода, соединенные между собой. Наличие такой связи обеспечивает их легкий переход в органические радикалы, что и вызывает реакцию полимеризации. Примерами перекисей может служить:
перекись водорода
Перекись бензола
Все перекиси являются чрезвычайно взрывоопасными и требуют при обращении особой осторожности. Перекиси могут покрывать тонким слоем стенки трубопроводов, переборки танков и контейнеров. Эти вещества чрезвычайно нестабильны и любое внешнее воздействие (солнечный свет, удар и пр.) на них может привести к взрыву, особенно если они находятся в достаточном количестве и под действием высокой температуры. В таком случае, даже незначительное трение может привести к взрыву. Некоторые ненасыщенные углеводороды, соединяясь с кислородом воздуха, могут также образовывать перекиси, что может вызвать спонтанную реакцию полимеризации. Для предотвращения объединения молекул перекисей с ненасыщенными углеводородами, необходимо, чтобы содержание кислорода в танке и трубопроводах было очень низким. Вот почему при перевозке некоторых грузов, например бутадиена или винилхлорида, содержание кислорода в танках не должно превышать 0,2-0,3 %.
Ингибиторы.
Для того чтобы обеспечить сохранную перевозку грузов, склонных к полимеризации или саморазложению, используют специальные вещества, которые, находясь в грузе даже в малых концентрациях, вступают в реакцию с образующимися органическими радикалами, прерывая цепную химическую реакцию. Еще одно свойство ингибиторов – они вступают в реакцию кислородом, присутствующим в атмосфере танка, понижая его содержание и, тем самым, замедляя реакцию самоокисления груза.
Вещества, замедляющие или приостанавливающие химическую реакцию, называются ингибиторами.
Большинство ингибиторов являются чрезвычайно ядовитыми веществами и поэтому обращаться с ними надо с величайшей осторожностью.
При перевозке ингибированных грузов обязательно наличие сертификата на ингибитор перед началом погрузки.
Кислородосодержащие органические соединения.
Самый широкий спектр грузов, перевозимых на химовозах принадлежит кислородосодержащим органическим соединениям, то есть тем, в состав которых помимо атомов водорода и углерода, входит один или несколько атомов кислорода.
Спирты
Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами (-ОН). Названия спиртов образуются от названий соответствующих углеводородов с добавлением суффикса – ол. Различают первичный, вторичный и третичный спирты. Цифра перед названием спирта указывает на то, с каким атомом углерода связана гидроксильная группа. В первичном спирте гидроксильная группа связана с атомом углерода, который, в свою очередь имеет связь только с одним соседним атомом углерода.
R—CH2—OH
СН3— СН3―CH2—OH – 1-пропанол
Во вторичном спирте гидроксильная группа связана с атомом углерода, который имеет связь только с двумя соседними атомами углерода.
R—CH—R
|
OH
СН3— CH— СН3 -2-Пропанол (изо-пропиловый спирт)
|
OH
Цифра “2” в названии спирта указывает на положение группы ОН в углеродной цепи. В третичном спирте гидроксильная группа связана с атомом углерода, имеет связь только с тремя соседними атомами углерода.
R
|
R—CH—R
|
OH
Первая цифра в названии третичного спирта указывает на положение метильного (СН3) заместителя, а вторая – на положение группы ОН в углеродной цепи.
СН3
|
СН3—CH—СН3 -2-метил-2-пропанол (бутиловый спирт).
|
OH
Одноатомные предельные спирты с количеством атомов углерода в молекуле до С11 – жидкости, а высшие спирты, начиная с С12Н25ОН – твердые вещества. С увеличением относительной молекулярной массы спиртов, повышается их температура кипения. Причем у спиртов температура кипения гораздо выше, чем у соответствующих углеводородов. Спирты с небольшой молекулярной массой хорошо растворимы в воде, высшие спирты в воде нерастворимы. В большинстве своем спирты токсичны, однако токсичность их варьируется в очень широком диапазоне. Спирты пожароопасны. Используются: в производстве синтетических каучуков, в качестве растворителей, в парфюмерии и медицине, в химическом производстве, для получения формальдегида и эфиров, в качестве горючего. Метанол – сильнейший нервный и сосудистый яд, попадание в организм незначительного количества метанола вызывает слепоту. Все спирты имеют относительную плотность меньше 1, а их пары- больше 1.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Метанол
СН3ОН
64,8
15
36,5
6,00
Этанол
СН3СН2ОН
78,3
16
19,0
3,30
Гликоли
Гликоли - это производные углеводородов, содержащие две гидроксильные группы (-ОН), иначе они еще называются дигидритными спиртами. По химическим свойствам гликоли сходны с одноатомными спиртами. Хорошо растворимы в воде, обладают высокой вязкостью, трудно воспламенимы, но при растворении в воде образуют значительное количество легковоспламеняющихся паров, относительная плотность которых больше 1. Некоторые гликоли токсичны, Типичный представитель этой группы – Этиленгликоль - СН2ОНСН2ОН
ОН—СН2 —СН2—ОН
Этиленгликоль используется в технике для приготовления антифризов, служит сырьем для получения полиэфирных полимеров (лавсан), используется при производстве пластмасс, синтеза растворителей, взрывчатых веществ, в табачной, текстильной, парфюмерной и других отраслях промышленности.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Этилен гликоль
СН2ОН СН2ОН
197
111
---
3,20
Глицерин
Глицерин- сложное органическое соединение, в котором 3 атома водорода замещены гидроксильными группами ОН, но в отличие от спиртов и гликолей, абсолютно нетоксичен.
ОН—СН2 —СН—СН2—ОН
│
ОН
Применение глицерин нашёл в химической промышленности при производстве взрывчатых веществ и в парфюмерии.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Глицерин
С3Н5(ОН)3
290
160
---
---
Фенолы
Фенолы – производные ароматическиех углеводородов, в которых гидроксильная группа ОН связана с бензольным ядром. Фенолы могут быть и одноатомными и многоатомными. Простейший представитель этого ряда – фенол (оксибензол, карболовая кислота). Бесцветное кристаллическое вещество при стандартных условиях (t=+20° C, p= 1013 мбар). Получают фенол из каменноугольной смолы или синтезом бензола (через хлорбензол). ОН
│
Фенол – высокотоксичное вещество, воздействует на слизистые оболочки носоглотки, вызывая сильнейшие отёки, при контакте с кожей вызывает ожоги. Перевозится при температуре +48° С. Используется для производства фенолоформальдегидных пластмасс (бакелит, текстолит, гетинакс и пр.), красителей, лекарств, взрывчатых веществ и пр.. Тринитрофенол (пектиновая кислота) используется при лечении ожогов. Крезол (метилфенол) - метиловый гомолог фенола. Имеет 3 изомера (по расположению метиловой группы)– о-крезол, м-крезол и п-крезол.
ОН ОН ОН
│ │ │
СН3
СН3
│
СН3
орто-крезол мета-крезол пара-крезол
Крезолы получают перегонкой каменноугольного дегтя, используют при производстве пластмасс и в качестве дезинфицирующего и антисептического средства.
Альдегиды
Альдегиды – кислородосодержащие производные углеводородов, содержащие карбонильную группу О═С─Н. В альдегидах две оставшиеся валентности атома углерода заняты органическим радикалом и атомом водорода. Структурная формула альдегида выглядит следующим образом:
R—C═O
│
H
Н—C═O - Формальдегид (метаналь)
│
H
По международной номенклатуре ИЮПАК названия альдегидов образуются прибавлением суффикса –аль к названию соответствующих углеводородов или же от исторически сложившихся названий соответствующих органических кислот, в которые они превращаются по окислении. Например, формальдегид – муравьиный альдегид или метаналь; ацетальдегид – уксусный альдегид или этаналь.
Формальдегид – бесцветный газ с характерным резким запахом, перевозится в виде водных растворов, остальные альдегиды -–жидкости, а высшие представители ряда – твердые вещества.
Низшие альдегиды (метаналь, этаналь) хорошо растворимы в воде, обладают резким запахом. Эти вещества очень токсичны, их пары вызывают раздражение глаз и слизистых оболочек. Высшие альдегиды хорошо растворимы в большинстве органических растворителей (спирты, эфиры и пр.), у альдегидов С3 – С8 весьма неприятный запах, а высшие альдегиды обладают цветочными запахами и широко используются в парфюмерии. Альдегиды легко окисляются, Образуя взрывоопасные пероксиды, склонны к полимеризации с выделением значительного количества теплоты.
n (Н— C ═ O + Н2О) à H – [ — CH 2 — O —] n — OH
│
H
Формальдегид Полиоксиметилен (параформ)
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Ацетальдегид
СН3СНО
21
- 38
55,00
4,10
Кетоны
Кетоны представляют собой жидкие вещества, имеющие в своем составе карбонильную группу, включенную между двумя атомами углерода.
О
║
─ С ─
Такие соединения обладают самыми разнообразными физическими свойствами основные из которых – пожароопасность и наркотическое воздействие на организм. Кетоны хорошо растворяются в воде и сами являются прекрасными растворителями, широко используются в лакокрасочной промышленности и парфюмерии.
Самый простой представитель кетонов:
Н О Н
│ ║ │
Н ─ С ─ С ─ С ─ Н – Ацетон СН3СОСН3
│ │
Н Н
Другой наиболее популярный представитель данной группы - Метил Этил Кетон (МЕК) – СН3СОС2Н5 Кетоны имеют относительно низкую температуру вспышки.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Ацетон
СН3СОСН3
57
- 18
12,8
2,60
Эфиры (Ethers)
Эфиры представляют собой спиртовые ангидриды, которые образуются обезвоживанием спиртов. Формула для эфира выглядит следующим образом:
R— O— R
Где R – органический радикал
Наиболее часто на судах перевозят этилэстер – С2Н5-О-С2Н5
Другой весьма распространенный в морских перевозках эфир – 1,4-диоксан С4Н8О2, имеющий в своей основе бензольное кольцо. Все эфиры в той или иной степени токсичны, обладают наркотическим и анастезическим воздействием на организм, пары эфиров в смеси с воздухом представляют взрывоопасную смесь. Относительная плотность жидкости менее 1, а относительная плотность паров – больше1. Эфиры легко окисляются при взаимодействии с воздухом, образовывая взрывоопасные пероксиды.
Название
Химическая формула
Температура кипения, оС
Температура вспышки, оС
Пределы воспламеняемости,%
Верхний
Нижний
Диэтил эстер
СН3(ОН)3
290
160
---
---
Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты или органические кислоты – это кислородосодержащие органические вещества, имеющие одну или несколько карбоксильных групп
—С ═О
│
ОН
В зависимости от числа карбоксильных групп карбоновые кислоты делятся на:
· одноосновные
· двухосновные
· многоосновные
В зависимости от природы углеводородного радикала кислоты делятся на:
· предельные
· непредельные
· ароматические
Наиболее перспективный метод получения карбоновых кислот – окисление бутана. Низшие карбоновые кислоты (муравьиная кислота, уксусная кислота и пропионовая кислота) – жидкости с острым запахом, хорошо растворимы в воде. Высшие кислоты (начиная с С10) – твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Карбоновые кислоты имеют высокую температуру вспышки, высокую химическую активность, но их коррозийное воздействие выражено слабо. Названия карбоновых кислот образуются от названия органического радикала, входящего в состав кислоты или же используется традиционные названия:
│ │ │
СН3
перекись водорода
СН3
СН3