Склад і властивості нафти. За фізичними властивостями нафта—це густа оліїста рідина зі специфічним запахом, темно-бурого чи чорного кольору, легша за воду і нерозчинна в ній. Нафта різних родовищ відрізняється за складом, густиною, кольором, запахом тощо.
Нафта не є індивідуальною речовиною, цс суміш близько 1000 різних речовин, ссрсд яких переважають рідкі насичені вуглеводні, в ній також містяться домішки сульфуро-, нітрогено-, оксигсновмісннх органічних сполук, водний розчин неорганічних солей.
МИКОЛА ДМИТРОВИЧ ЗЕЛІНСЬКИЙ (1861—1953)
Хімік-органік, академік. Закінчив Новоро-еійський університет у Одесі, працював там протягом певного часу. Наукові праці стосуються органічного каталізу, хімії амінокислот і білків. Досліджував склад нафти і продуктів її переробки, синтезував низку органічних сполук, у тому числі бензен з ацетилену. Винайшов вугільний протигаз.
Нафта відома людям здавна. Її почали використовувати близько 5000 років тому в місцях, де вона просякала на поверхню ґрунту. Горючість нафти помітити було неважко, тому н застосовувалась вона переважно як паливо, для освітлення, а також як мастило. Нафтопродукти використовувалися стародавньою медициною у вигляді мазей, для бальзамування мумій тощо. Сирою нафтою обробляли днища кораблів для гідроізоляції. Стародавні шумери застосовували нафтовий бітум як будівельний матеріал, у Китаї нафта використовувалась з військовою метою.
Нафта входила до складу відомого в стародавні часи так званого «грецького вогню», що займався від контакту з водою і спалив не один військовий корабель. Погасити його можна було тільки піском.
• Як ви думаете, чому? Пригадайте умови гасіння полум'я.
Нафту видобувають із надр Землі через свердловини. Іноді під час буріння вона спершу викидається на поверхню під тиском, потім до свердловини закачують повітря, вуглекислий газ чи воду, які витискують нафту. З районів видобутку до місць переробки нафту перевозять сушею (в залізничних цистернах), морем чи рікою (у танкерах) або перекачують нафтопроводами.
Перегонка нафти. Не всі з вас бачили сиру нафту, але всі знають, що такс бензин, гас, вазелін, мазут. Ці продукти є нафтовими фракціями (від лат. fraction—розламування), що утворюються внаслідок перегонки нафти.
У чому полягає цей процес? Як суміш речовин нафта не має певної температури кипіння, а переходить у газуватин стан у широкому інтервалі температур.
Малюнок 29. Перегонка нафти в лабораторії
Нафту можна розділити иа складові частини (фракції) зі значно вужчими інтервалами температур кипіння за допомогою методу фракційної перегонки. Нафтові фракції—теж не індивідуальні речовини, хоча й містять близькі за складом і властивостями сполуки.
Цей процес можна відтворити в лабораторії. Нагріємо нафту в колбі з приєднаним водяним холодильником (мал. 29). При цьому низькокиплячі її компоненти переходять у газуватий стан, охолоджуються, конденсуються. Подальшим нагріванням до вищої температури можна виділити іншу фракцію і так далі.
На виробництві перегонка здійснюється у ректифікаційній колоні (від лат. rectificatio—випрямлення).
Характеристика продуктів перегонки нафти наведена у таблиці 8.
Під час перегону нафти ніяких хімічних змін із продуктами не відбувається, спосіб базується на різних фізичних властивостях, а саме: різних температурах кипіння речовин, що входять до складу нафти. Але є способи її переробки, під час яких відбуваються хімічні реакції, коли речовини зазнають змін складу і будови. їх ми розглянемо нижче.
Крекінг нафтопродуктів. Серед продуктів перегонки нафти в побуті донедавна найширшс використовувався гас: для освітлення (у гасових лампах), приготування їжі (примуси) Потім гас було замінено у багатьох випадках електроенергією і природним газом. Водночас розвиток автомобільної промисловості потребував усе більшої кількості пального для двигунів. Зрослі потреби не задовольнялися перегонкою нафти, при якій залишається значна частина продуктів з високою температурою кипіння. Проблема була розв'язана завдяки переробці висококиплячих фракцій на низькокиплячі, що становлять основу пального.
Як виявилося, під час нагрівання до 400 °С і вище вуглеводні, що входять до складу мазуту, газойлю, розкладаються на вуглеводні з низькою молекулярною масою.
Цей процес називається крекінгом (від англ. crack — розщеплювати). Крекінг здійснюють за високої температури (термічний крекінг) або за наявності каталізатора (каталітичний крекінг), що дає змогу дещо знизити температуру процесу і добути бензин вищої якості.
Переробка нафти не обмежується перегонкою і крекінгом. За допомогою інших, технічно і хімічно складніших процесів добувають різноманітні за складом і будовою органічні продукти, що широко використовуються самі по собі, а також як сировина для хімічної промисловості.
Галузь виробництва, що займається переробкою нафтопродуктів, називається нафтохімією.
Застосування нафтопродуктів. Нафта відіграє надзвичайно велику роль у житті людства, у розвитку цивілізації. Насамперед цс одне із найважливіших джерел енергії, що вивільнюється в результаті спалювання нафтопродуктів. Крім того, хімічною переробкою з нафти добувають незліченну кількість речовин, що використовуються, без перебільшення, скрізь, куди не поглянемо.
У результаті хімічної переробки чорна олійна рідина перетворюється на волокна і пластмаси, на запашні й вибухові речовини, ліки і барвники. Чим глибша переробка нафти, тим більше корисних продуктів можна добувати з неї.
• Схарактеризуйте застосування продуктів нафтопереробки за схемою 1.
• Порівняйте малюнки 30, а і 30, б. Які зміни відбулися б, якби видалили всі предмети, виготовлені із застосуванням нафтопродуктів?
Можна сказати, що ми залежимо від нафти, оскільки поки що вона незамінна як сировина для органічного синтезу і для виробництва пального. На жаль, ще й сьогодні у вигляді пального більша частина нафтопродуктів спалюється (до 87 % видобутку), решта використовується для хімічної переробки.
Людство давно усвідомило, що нафта—надто цінна хімічна сировина, щоб спалювати її у вигляді пального. До того ж, ресурси цієї копалини на планеті швидко скорочуються. У зв'язку з цим постає питання про заміну нафти як джерела енергії і сировини.
Принципово ця проблема може бути розв'язана за рахунок використання вугілля, запаси якого у природі значно більші, ніж запаси нафти. У вугіллі міститься вільний вуглець, який можна перетворити на різні речовини хімічним способом. Однак таке перетворення потребує значних матеріальних затрат, отже продукт, добутий з вугілля, буде дорожчим, ніж добутий з нафти.
У промисловості розроблено технологію виробництва рідкого пального з вугілля. Під час Другої світової війни у Німеччині, яка не має власних джерел нафти, саме з вугілля виробляли пальне, мастила тощо. Проте поки що використання цього методу економічно не доцільне.
Інший шлях заміни нафтопродуктів — використання органічних відходів та біомаси, основною складовою якої є органічна сполука целюлоза. Про це ви довідаєтесь у 11 класі.
Пальне для двигунів внутрішнього згоряння буває різних сортів, що характеризуються так званим «октановим числом» — 76, 92, 93, 95 тощо. Що означають ці числа?
Виявляється, швидкість згоряння пального залежить від того, які вуглеводні входять до його складу. Бензин, що складається переважно з гексану С6Н14, гептану С7Н16 і октану C8H18 лінійної будови, згоряє надто швидко і спричинює детонацію (від лат. detonatio —вибух). Найліп-
Завдання для самоконтролю
228. Який хімічний склад нафти?
229. Чи має нафта хімічну формулу?
230. Які властивості нафти зумовили її використання у стародавні часи?
231. Назвіть основні нафтові фракції.
232. На основі якої властивості речовин, що входять до складу нафти, її розділяють па фракції?
233. Які технічні винаходи сприяли видобутку і використанню нафти?
234. Чому важливо знати про походження нафти? Яким чином це пов'язано зі значенням нафтопродуктів у нашому житті?
235. Яким чином позначається густина нафти на екологічній безпеці під час її транспортування, зокрема, водними шляхами?
236. Назвіть дві основні галузі застосування нафти.
237. Завдяки чому, на вашу думку, стало можливим добувати з нафти таку велику кількість речовин?
238. Які зміни відбулися в житті осташііх поколінь завдяки використанню нафтопродуктів?
239. Як ви вважаєте, чи різняться за властивостями сорти пального, що використовується у країнах екватора і далекої півночі. Чому?
240. У чому полягає сенс відомого вислову Д. І. Менделєєва щодо спалювання сирої нафти: «Опалювати можна і асигнаціями»?
241*. Коефіцієнт корисної дії автомобіля становить 25 % (тобто пальне використовується на 25 %). Чому, на вашу думку, даремно витрачається 75 % енергії пального?
242*. Зіставте діаграми на мал. 31 і 32. Які висновки можна зробити щодо видобутку і споживання нафти у різних регіонах? Складіть кілька запитань, використовуючи наведені дані (у відсотках від світового видобутку і споживання).
