§ 27. Горіння вуглеводнів

Після опрацювання параграфа ви зможете:

характеризувати реакції горіння вуглеводнів;
усвідомити значення вуглеводневої сировини в енергетиці.

Горіння вуглеводнів відбувається повсякчас. У газовій плиті на кухні горить природний газ, головний складник якого - метан. Багато автомобілістів надають перевагу машинам, які працюють на метані або пропан-бутановій суміші. Проте лишається чимало прихильників автомобілів з бензиновим двигуном. У ньому згоряє бензин - природна або штучно одержана суміш вуглеводнів, у молекулах яких від чотирьох до дванадцяти атомів Карбону (рис. 27.1).

Рис. 27.1. 1. Природний газ - блакитне паливо. 2. Цей автомобіль працює на газовому пальному. 3. Перші у світі автомобілі з бензиновим двигуном сконструювали Готліб Вільгельм Даймлер і Карл Бенц

Реактивне паливо, горючий компонент рідкого ракетного палива, пальне для побутових нагрівальних і освітлювальних приладів, апаратів для різання металів, основне паливо для проведення фаєр-шоу - це суміш вуглеводнів, у молекулах яких від дев’яти до шістнадцяти атомів Карбону. Її назва - гас (рис. 27.2).

Рис. 27.2. 1. Фаєрбризинг - найнебезпечніший і найшкідливіший вид фаєр-шоу. Ян Зег (2) та Ігнасій Лукасевич (3) - винахідники гасу та першої гасової лампи

Цікаво і пізнавально

Першу гасову лампу побачив у Багдаді та описав перський науковець-енциклопедист алхімік Ap-Разі (IX ст.). Еволюцію цього освітлювального приладу можна простежити в інтер’єрі ресторану «Гасова лямпа», у Львові на Вірменській вулиці. Гостей біля входу в ресторан «зустрічають» винахідники гасу й гасової лампи. Бронзовий Ян Зег «розмістився» за столом, а його колега Ігнасій Лукасевич «стежить за порядком» з вікна третього поверху.

Горіння парафіну, мазуту тощо - це горіння сумішей вуглеводнів. У туризмі, мисливстві, рибальстві, на дачі використовують пропанові та пропан-бутанові пальники для побутових потреб. Горіння пропану або бутану в кулінарному пальнику дає змогу кухарям і кухаркам творити справжні дива (рис. 27.3).

Рис. 27.3. Фломбер - багатофункціональний пристрій для приготування різноманітних страв

Які продукти горіння вуглеводнів? Це карбон(ІV) оксид і вода (пригадайте, який небезпечний ефект пов’язаний з надходженням у довкілля одного з продуктів згоряння вуглеводнів). Реакція горіння (її ще називають реакцією повного окиснення) супроводжується виділенням певної кількості теплоти та світла, тобто є екзотермічною. Ви можете самостійно записати схеми реакцій горіння тих вуглеводнів, про склад яких дізналися з попередніх параграфів, і перетворити схеми на хімічні рівняння.

Зверніть увагу: в органічній хімії в рівняннях реакцій не використовують знак «дорівнює», замість нього рисують стрілку → для необоротних і дві стрілки ⇄ для оборотних реакцій. Реакції горіння вуглеводнів є окисно-відновними. Тож, якщо маєте бажання, можете застосувати свої знання про процеси окиснення-відновлення та вміння складати електронний баланс для перетворення схем реакцій горіння вуглеводнів на хімічні рівняння (рис. 27.4).

Рис. 27.4. Повне окиснення октану.

Завдання. Запишіть рівняння реакції повного окиснення октану, яка відбувається у двигуні внутрішнього згоряння

Зі збільшенням умісту Карбону у вуглеводнях збільшується потреба в кисні, який витрачається під час горіння. Тож його може виявитися недостатньо для повного окиснення вищих алканів до карбон(ІV) оксиду. Тоді утворюються продукти часткового окиснення: карбон(ІІ) оксид (чадний газ) і сажа - дрібнодисперсний вуглець. Розжарені частинки сажі роблять полум’я світним. А токсичний, безбарвний, без запаху чадний газ, що виділяється попутно, є шкідливим для людини.

• Порівняйте вміст Карбону в етані, етені та етині. Поміркуйте й спрогнозуйте, який із цих вуглеводнів горітиме найбільш кіптявим полум’ям. Запропонуйте спосіб зменшення кількості кіптяви під час згоряння вуглеводнів.

Цікаво і пізнавально

Парникові гази поглинають теплове випромінювання поверхні Землі та хмар і відбивають його назад до Землі. Найбільше впливають на зміну клімату вуглекислий газ і метан. Корова випускає за день метан об’ємом близько 300 л. У Національному інституті сільськогосподарських технологій Аргентини з’ясовано, що його можна використати для роботи впродовж дня холодильника ємністю 100 л за температури 2-6 °С. Їм вдалося зібрати, очистити та стиснути гази, що випускає велика рогата худоба, для використання їх як альтернативного джерела енергії (рис. 27.5). В умовах, коли не вистачає або немає поновлюваних джерел енергії, ця перспектива також спрямована на зниження кількості парникових газів, що викидаються в атмосферу.

Рис. 27.5. Біогаз - альтернативне джерело енергії. Він виділяється внаслідок метанового бродіння різних побутових відходів, а також відходів, які виділяють тварини. 1. Біогаз з біомас. 2. Біогаз «від виробника»

Про те, що природний газ, нафта, кам’яне вугілля не лише паливо, ви дізнаєтеся з наступних параграфів.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Усі вуглеводні - горючі речовини.

• Продуктами горіння (повного окиснення вуглеводнів) є карбон(ІV) оксид і вода.

• Реакції горіння вуглеводнів екзотермічні, окисно-відновні.

Перевірте себе

1. Наведіть приклади реакцій горіння вуглеводнів, які трапляються навколо. 2. Які продукти горіння (повного окиснення) вуглеводнів? 3. До яких типів реакцій відносять реакції горіння вуглеводнів?

Застосуйте свої знання й уміння

4. Поясніть, чому продукти повного окиснення різних вуглеводнів однакові.

5. Обчисліть об’єм карбон(ІV) оксиду, який утвориться внаслідок згоряння пропану об’ємом 15 л (об’єми газів виміряно за однакових умов).

6. Обчисліть об’єм спаленого бутану, якщо одним з продуктів реакції є водяна пара об’ємом 400 л (об’єми газів виміряно за однакових умов).

7. Унаслідок спалювання етену утворився вуглекислий газ об’ємом 28 л. Обчисліть об’єм кисню, який витратився в цій реакції (об’єми газів виміряно за однакових умов).

8. Для проведення реакції горіння взято етин об’ємом 10 л. Обчисліть об’єм (л) кисню, що витратився, і карбон(ІV) оксиду, який утворився (об’єми газів виміряно за однакових умов).

9. Карбон(ІV) оксид, який утворився внаслідок спалювання бутану об’ємом 44,8 л (н. у.), повністю прореагував з кальцій оксидом. Обчисліть масу (г) солі, що утворилася.

Творча майстерня

10. Підготуйте презентацію «Горіння вуглеводнів: користь і шкода».

11. Розробіть пам’ятку-інструкцію «Правила роботи з вогненебезпечними речовинами».

Дізнайтеся більше