Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 28. Вуглеводні в природі. Застосування вуглеводнів

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • довідатися про природні джерела вуглеводнів;
  • з’ясувати склад нафти, природного і супутнього нафтового газів, вугілля;
  • поповнити свої знання про застосування вуглеводнів.

Природні джерела вуглеводнів. Існує кілька природних джерел вуглеводнів (схема 4). Їх запаси на нашій планеті зменшуються.

Схема 4

Вуглеводні в природі

Нафта є сумішшю рідких вуглеводнів, у якій розчинена невелика кількість твердих і газуватих вуглеводнів, а також інших органічних сполук. У ній міститься вода і деякі неорганічні речовини.

Нафта — темна оліїста рідина зі специфічним запахом (мал. 65), легша за воду і нерозчинна в ній. У природних родовищах вона утворює з водою стійку неоднорідну суміш — емульсію. Нафта, як і інші суміші речовин, не має сталих густини, температури кипіння. Вона починає кипіти вже за слабкого нагрівання (30-60 °С), а за високих температур цей процес супроводжується поступовим розкладом компонентів нафти.

Мал. 65. Нафта

Нафта — горюча рідина (мал. 66).

Мал. 66. Горіння нафти

Україна має невеликі нафтові родовища. Щорічний видобуток нафти становить у середньому 3 млн т (це приблизно 10 % від загальної потреби країни).

Запаси нафти на Землі швидко скорочуються і можуть бути вичерпані вже в цьому столітті. Тому вчені розробляють і реалізують технології виробництва рідкого пального з іншої сировини, зокрема з вугілля, якого на нашій планеті значно більше.

Природний газ відомий вам із повсякденного життя; його застосовують для опалення житла, нагрівання води, приготування їжі.

Основний компонент природного газу — метан (об’ємна частка цього вуглеводню становить 85-99 %). Домішками є етан, кілька інших вуглеводнів, азот, вуглекислий газ, сірководень.

Цікаво знати

Серед органічних речовин, які містяться у бджолиному воску й озокериті (гірський віск), є тверді насичені вуглеводні.

Властивості природного газу майже такі самі, що й метану. Він є горючим, а його суміші з повітрям вибухонебезпечні.

Покладів природного газу в Україні більше, ніж нафти; вони зосереджені переважно в Харківській і Полтавській областях. Щорічний видобуток газу в країні становить 20-21 млрд м3, але це — лише 1/5 від кількості, необхідної для нашої промисловості, енергетики, побуту.

Вітчизняній нафтогазовій промисловості — понад 100 років. Вона почала розвиватися в Галичині. Газопровід між Бориславом і Дрогобичем довжиною понад 10 км запрацював у 1911 р. і став першим у Європі.

Супутній нафтовий газ — суміш газуватих вуглеводнів, які містяться разом із нафтою в її родовищі. За якісним складом супутній нафтовий газ нагадує природний, але метану в ньому менше (30-40 % за об’ємом), а етану та інших вуглеводнів — більше.

Частина цього газу розчинена в нафті. Під час просування нафти із земних надр на поверхню тиск спадає, розчинність газів зменшується, і вони виділяються з неї.

Останнім часом зростає виробництво скраплених природного і супутнього нафтового газів1. Природний газ перетворюють на рідину, застосовуючи сильне охолодження. Скраплений нафтовий газ є рідкою сумішшю вуглеводнів (переважно С3Н8 і С4Н10), яка кипить в інтервалі температур -50-0 °С. У рідкому стані горючі суміші речовин зручно транспортувати і зберігати (мал. 67), але це потребує використання спеціальних ємностей, підтримання низьких температур і підвищеного тиску.

1 Міжнародні позначення цих продуктів — LNG (liquefied natural gas) і LPG (liquefied petroleum gas).

Мал. 67. Ємності зі скрапленими природним і супутнім нафтовим газами

Горючі копалини, з яких виробляють вуглеводні. Вуглеводні різного складу добувають переробленням вугілля, горючих сланців.

Вугілля утворилося багато мільйонів років тому в надрах планети внаслідок розкладу величезних рослинних мас. Це суміш багатьох органічних речовин із високим вмістом Карбону і невеликої кількості неорганічних сполук. Вугілля використовують як паливо (в теплоенергетиці, промисловості, побуті), а деякі його види — для виробництва коксу, горючих газових сумішей. Взаємодією вугілля з воднем за нагрівання, підвищеного тиску і наявності каталізаторів добувають суміші вуглеводнів (синтетичне рідке пальне).

Цікаво знати

На вугілля припадає приблизно 80 % від маси усіх горючих копалин.

Існують три види вугілля — антрацит (мал. 68), кам’яне і буре. Масова частка Карбону в антрациті найбільша (94-97 %), а в бурому вугіллі — найменша (після видалення з нього води вона становить 64-80 %).

Мал. 68. Антрацит

Україна багата на поклади вугілля. Найбільше родовище кам’яного вугілля — в Донецькій і Луганській областях. Значно менше його у Львівсько-Волинському басейні. Буре вугілля зосереджене переважно в Дніпровському басейні, а поклади антрациту — в Донецькому.

У вугільних пластах міститься і природний газ (метан). Невелику частину його використовують як паливо, а решта виходить в атмосферу. Незважаючи на контроль за вмістом метану в шахтах, іноді трапляються вибухи газу, які призводять до загибелі шахтарів.

«Вугільний» газ — важливий резерв для теплоенергетики України. Обсяг його щорічного видобутку в перспективі може становити кілька мільярдів кубометрів.

Горючі сланці — гірська порода, в якій містяться органічні й неорганічні речовини (мал. 69). Органічний компонент є продуктом тривалого перетворення рослинних і тваринних залишків у надрах планети. Горючі сланці використовують як паливо. Крім того, їх піддають термообробці з метою добування горючих газів, рідкого пального, смоли.

Мал. 69. Горючий сланець

За покладами горючих сланців Україна посідає третє місце в Європі.

Застосування вуглеводнів. Метан (природний газ) використовують як паливо — у теплоенергетиці, промисловості, побуті. Іноді він слугує замінником бензину в автомобільних двигунах. На транспортних засобах встановлюють балони з природним газом, який міститься в них під високим тиском (мал. 70).

Мал. 70. Метанове пальне в автомобілі

Метан також є сировиною для виробництва органічних речовин, водню, сажі (наповнювач гуми). Термічним розкладом природного газу в промисловості добувають ацетилен:

Етан, пропан і бутан використовують значно менше, ніж метан. Сумішшю зріджених пропану й бутану заповнюють балони різної місткості (мал. 71), які використовують у побуті для газових плит. Якщо вентиль балона відкрити, то з нього виходитиме газ, а не рідина. Пропан-бутанова суміш — один із видів пального у двигунах внутрішнього згоряння.

Мал. 71. Балони із пропан-бутановою сумішшю

Гомологи метану з кількістю атомів Карбону в молекулах від 5 до 18 є складниками бензину і гасу.

Неповне згоряння автомобільного пального, а також виділення чадного газу із двигуна призводять до істотного забруднення повітря в містах і на автомагістралях. Для зменшення шкідливих викидів до вихлопної труби автомобіля приєднують насадку з каталізатором (мал. 72), який сприяє перетворенню чадного газу та решток пального на вуглекислий газ і водяну пару.

Мал. 72. Насадка з каталізатором у розрізі

Перегонкою нафти (§ 29), а також її термічним розкладом добувають багато вуглеводнів та їх сумішей. Суміші рідких вуглеводнів — уайт-спірит (мал. 73), петролейний ефір — слугують розчинниками й розріджувачами для лаків і фарб. Різноманітного застосування набули вазелін (суміш рідких і твердих насичених вуглеводнів) і парафін.

Мал. 73. Уайт-спірит

Етен (етилен) використовують як сировину для виробництва поліетилену, а також для добування етилового спирту, органічних розчинників, інших речовин. Додавання невеликої кількості етилену в повітря теплиць прискорює достигання овочів і фруктів.

Найбільше ацетилену витрачають для добування різних органічних речовин. Його використовують для зварювання і різання металів завдяки високій температурі, що досягається під час згоряння ацетилену в атмосфері кисню. Цей вуглеводень і кисень підводять у спеціальний пальник, а полум’я спрямовують на метал (мал. 74). Працюючи з ацетиленом, пам’ятають, що його суміші з повітрям або киснем вибухонебезпечні.

Мал. 74. Різання металу за допомогою ацетиленового пальника

ВИСНОВКИ

Джерелами вуглеводнів у природі є нафта, природний і супутній нафтовий гази.

Нафта — суміш переважно рідких вуглеводнів. Головним компонентом природного і супутнього нафтового газів є метан.

Вугілля і горючі сланці — копалини, в яких міститься багато органічних речовин. Їх використовують як паливо, переробляють на вуглеводні.

Вуглеводні слугують паливом, пальним, розчинниками, сировиною для виробництва органічних сполук.

216. Охарактеризуйте склад нафти.

217. Чому нафта не має сталих густини і температури кипіння?

218. Порівняйте склад природного і супутнього нафтового газів.

219. Назвіть основні сфери застосування вуглеводнів та їх природних сумішей.

220. За матеріалами з інтернету з’ясуйте, які переваги і недоліки має застосування природного газу або пропан-бутанової суміші як пального в транспортних засобах порівняно з бензином.

221. Природний газ родовища містить 94 % метану, 2 % етану, 2 % пропану (частки об’ємні), а також азот і вуглекислий газ. Який об’єм повітря необхідний для повного згоряння цього газу об’ємом 1 м3? Вважайте, що об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.

222. У результаті спалювання антрациту масою 10 г у надлишку кисню утворився карбон(ІV) оксид об’ємом 18 л (н. у.). Визначте масову частку Карбону в антрациті.

223. Обчисліть об’єм вуглекислого газу (н. у), який утвориться після спалювання зрідженої пропан-бутанової суміші масою 1 кг із однаковими масовими частками вуглеводнів.