VAK: CHEMIE

KLAS: SS 1

DATUM:

KWARTAAL: 3de KWARTAAL

VERWYSINGS

Nuwe Skoolchemie vir Senior Sekondêre Skole deur Osei Yaw Ababio
Nuwe Stelselchemie vir Senior Sekondêre Skole deur Tan Yan Ton el al
WAEC vorige vrae en antwoorde
UTME vorige vrae en antwoorde

WEEK AGT EN NEGE

ONDERWERP: INLEIDING TOT KOOLSTOF

INHOUD

Bronne van koolwaterstof

Klassifikasie (van alifatiese koolwaterstof)

Petroleum en natuurlike gasse

(i) Raffinering van Petroleum deur fraksionele distillasie

(ii) Gebruike van verskillende breuke

(iii) Kraking van petroleum (termies en katalities)

(iv) Antiklop- en Oktaan-gradering

VIR WEKE AGT EN NEGE

PETROLEUM CHEMIE

KOOLSTOF EN RU-OLIE:

Koolwaterstof is 'n baie eenvoudige organiese verbinding wat hoofsaaklik uit slegs waterstof en koolstof bestaan.

Die bronne van koolwaterstowwe is steenkool, natuurlike gasse en petroleum.

Koolwaterstof kan in twee hoofklasse verdeel word:

Alifatiese koolwaterstof

Aromatiese koolwaterstof

ALIFATISE WATERSTOFKOOLSTOF : Hulle word verder in drie groepe verdeel: Alkane, Alkene en Alkyne. Die alifaties kan asiklies of siklies wees. Die asikliese koolwaterstowwe is die reguit of vertakte ketting koolwaterstowwe terwyl die sikliese koolwaterstowwe bestaan uit geslote ringkettings soos sikloalkaan bv siklopropaan.

AROMATIESE KOOLSTOF

Bevat ringstruktuur met nie-gelokaliseerde orbitaal bv. C 6 H 6 . Aromatiese koolwaterstowwe is almal sikliese koolwaterstowwe. Die basiese sikliese struktuur is die benseenring.

PETROLEUM (RU-OLIE)

Petroleum is die hoofbron van alifatiese koolwaterstof. Dit is 'n donker viskose vloeistof wat gewoonlik vasgevang of gevind word onder die grond of seebeddings in sekere deel van die wêreld, bv. Nigerië, Saoedi-Arabië, Iran, die VSA, Irak en Rusland. Petroleum is 'n mengsel van alkane, alkene, sikloalkane en aromatiese koolwaterstowwe tesame met ongeveer 1 – 6% onsuiwerhede wat hoofsaaklik uit swaelverbindings en klein hoeveelhede H 2 en O 2 -verbindings bestaan. Aardgas bestaan hoofsaaklik uit metaan.

Oorsprong van Ru-olie en Aardgas

Aardgas en petroleum word gevorm deur die ontbinding van groot hoeveelhede organiese materiaal, ongetwyfeld van mariene oorsprong, wat in sediment begrawe is. Toe hierdie klein waterorganismes dood is, het hul oorblyfsels geleidelik op die seebeddings gaan sit. Oor die jare het die oorblyfsels bedek geraak deur modder, slik en ander sedimente. Soos die sediment opgestapel het, het hul massa 'n groot druk op die onderste lae uitgeoefen, wat hulle na harde sedimentêre gesteentes verander het. Tydens hierdie proses het bakteriese aktiwiteit, hitte en druk waarskynlik die plante en dierereste in ru-olie en aardgas verander. Die olie en gas wat so gevorm is, het stadig na ander gebiede beweeg deur die klein gaatjies of porieë in die poreuse rotse rondom hulle. Aangesien olie en gas nie dig is nie, is hulle geneig om opwaarts te sypel totdat hulle 'n nie-poreuse laag of rotse ontmoet en daaronder vasgevang word, en sodoende 'n olieval vorm.

VERFINERING VAN PETROLEUM

Die proses van petroleumraffinering is basies die omskakeling van ru-olie in 'n reeks produkte wat nodig is om aan 'n ekonomiese markvraag te voldoen. Hoe word dit bereik? Ru-olie bestaan uit 'n baie komplekse mengsel van koolwaterstowwe, wat individueel as gas, vloeistof of vaste stof by normale temperature en druk bestaan. Die ru-olie kan in fraksies geskei word deur relatief eenvoudige distillasie en vir elke gegewe variëteit van ru-olie; hul relatiewe verhoudings en eienskappe is vas. Moderne mededingende bemarkingstoestande vereis egter dat hierdie fraksies uit ru-olie van so 'n kwaliteit is dat eenvoudige distillasie nie genoeg is nie.

Fraksionele distillasie, wat meer gevorderde raffinaderytegnieke noodsaak, word nou aangeneem.

Ru-olie (petroleum) bestaan hoofsaaklik uit 'n komplekse mengsel van koolwaterstowwe. Deur fraksionele distillasie te gebruik, kan ru-olie in fraksies of groepe soortgelyke verbindings geskei word. Elke breuk bevat verskeie verbindings wat almal binne 'n sekere reeks kookpunte val. Hierdie fraksies kan van mekaar onderskei word deur hul verskillende vlugtigheid, reuktekstuur en hul relatiewe tempo van ontsteking en brand. Die fraksionele distillasie word in 'n fraksioneringskolom van torings uitgevoer. Die ru-olie word in 'n fraksioneringskolom ingevoer met 'n temperatuur wat wissel tussen 400 0 C aan die onderkant van die kolom van die staalpyp en 40 0 C by die boonste gedeelte van die kolom.

Die fraksioneringskolom word in verskeie kompartemente verdeel deur geperforeerde plate genaamd bakkies, wat elkeen binne 'n bepaalde temperatuurreeks gehandhaaf word. Die ru-olie word eers verhit tot ongeveer 400 o C sodat al die komponente verdamp word. Die damp gaan die onderkant van die fraksioneringskolom binne. Hulle styg in die kolom op en koel af. Diegene met hoë kookpunte sal gou kondenseer tot vloeistowwe en sal nie ver in die kolom opbeweeg nie, terwyl dié met lae kookpunte aansienlik sal moet afkoel voordat hulle kondenseer en so na die bokant van die kolom sal beweeg. Dit beteken dat stowwe met hoër kookpunte in die bakkies op die onderste deel van die kolom uitgeskei word, terwyl dié met laer kookpunte in die bakkies op die boonste deel van die kolom uitskei. Die fraksies word in horisontale bakkies op verskillende hoogtes op die kolom versamel, herdistilleer om suiwerheid te verbeter en dan verder behandel om verskillende vloeibare brandstowwe en petrolchemikalieë te verkry.

Die petroleumfraksies is gasse, petrol, keroseen, dieselolie, smeerolie en bitumen.

GEBRUIK VAN PETROLEUMFRAKSIE

Aardgas: Die gasfraksies bestaan hoofsaaklik uit koolwaterstof wat 1 – 4 koolstofatome per molekule bevat en distilleer rondom 40 o C. Dit is metaan, etaan, etaan, propaan en butaan. Metaan en etaan word gewoonlik as brandstof verbrand. Die propaan en butaan word vloeibaar gemaak en in 'n hoëdrukgassilinder of tenk aan die publiek versprei vir beligting en verwarmingsdoeleindes in huise. Hulle word ook gebruik vir die sintetisering van 'n groot aantal verbindings, bv. metanol, butadieen, ens. Hulle word ook gebruik vir die vervaardiging van produkte soos waterstof, koolstof(iv)sulfied, tetrachloormetaan en etien.
Petrol of motorpetrol: Petrol is die belangrikste produk wat uit petroleum verkry word as gevolg van die vinnige toename in die gebruik van motorvoertuie. Petrol is 'n komplekse mengsel van vlugtige koolwaterstowwe wat C 6 – C 10 koolstofatome per molekule bevat. (soos heksaan, heptaan en oktaan) wat afdistilleer tussen 50 0 C – 200 0 C. Petrol word as brandstof vir vliegtuie en voertuie gebruik. Dit is ook 'n goeie oplosmiddel vir verf, ghries en vlekke ens. Dit is 'n vlugtige vloeistof. Aangesien reguit kettings koolwaterstowwe wat die petrolfraksie van petroleum uitmaak gewoonlik enjinklop en enjinslytasie veroorsaak, moet hulle hervorm word tot vertakte kettingkoolwaterstowwe wat nie geneig is om te klop nie.
Keroseen- of paraffienolie: Dit is 'n mengsel van koolwaterstowwe wat C 10 – C 16 koolstofatome per molekule bevat en kook tussen 170 0 C – 250 0 C. Dit is 'n redelik vlugtige vloeistof en word as brandstof vir weerlig en verhitting gebruik. Dit word ook as 'n groot brandstof in straalmotors, vliegtuie en trekkers en gasturbines gebruik. Dit is 'n goeie oplosmiddel vir ghries en verf.
Gasolie of Dieselolie: Dit is 'n mengsel van koolwaterstowwe wat C 14 – C 18 koolstofatome per molekule bevat en kook tussen 300 0 C – 360 0 C. Dit word gebruik in die binnebrand van dieselenjins van treine, vragmotors en trekkers, ens. Hulle word ook as grondstowwe in die kraakproses gebruik.
Smeerolie, vet en was: Dit is 'n mengsel van langketting koolwaterstowwe met meer as 20 koolstofatome per molekule wat oor distilleer in die temperatuurreeks van 350 0 C – 500 0 C. Dit is viskose vloeistowwe wat gebruik word as 'n smeermiddel vir bewegende dele van enjins en masjiene en ook vir die maak van Vaseline of petroleumjellie. Paraffienwas word gebruik vir die maak van kerse, waterdigte materiale, poetsmiddel, vetsalf en room
Bitumen of Asfalt: Dit is 'n komplekse mengsel van nie-oplosbare vaste stowwe gemaak van polisikliese koolwaterstowwe. Dit word gebruik as 'n bindmiddel vir dakmateriaal en in padbedekking as 'n beskermende laag.

Naam van breuk Kookpunt Koolstofatome Gebruike

Omvang in 0 C in molekules

Petroleumgas onder 40 1 – 4 Brandstof en vervaardiging van ander

Petrol 40 – 200 4 – 12 Brandstof in vliegtuie en motor voertuie
Keroseen 200 – 250 12-18 Brandstof vir beligting, verhitting en straal

enjin

Gasolie en 250-350 12-25 Brandstof vir verhitting en diesel

enjins.

Diesel olie Grondstowwe vir krake

proses

Smeerolie 350– 500 meer as 20 Smeer bewegende dele van

masjiene, Maak kerse, ys & haarsorg produkte

Bitumen Bo 500 meer as 35 Oppervlakte paaie

KRAAK EN HERVORMING

KRAKING: Kraking is die proses wat gebruik word om groot koolwaterstofmolekules in twee of meer kleiner koolwaterstofmolekules af te breek. Dit is die metode wat gebruik word om die hoeveelheid petrol te verhoog. Die fraksie waaruit petrol vervaardig word (C 6 – C 12 ) is klein in vergelyking met ander fraksies met 'n groter aantal koolstofatome. Die petroleumraffinaderye vind dit moeilik om die groot vraag na petrol van gebruikers te hanteer, terwyl hulle aan die ander kant met 'n groot surplus van die minder vlugtige fraksies soos keroseen en dieselolie gelaat word. Hulle word dus gedwing om aan metodes te dink om hierdie minder vlugtige breuke in petrol om te skakel. Hierdie metode staan bekend as CRACKING.

Daar is twee tipes krake wat in die petroleumbedryf gebruik word:

TERMIESE KRAKE: Dit behels die verdamping van die oliefraksies van lang koolstofkettings (C 12 – C 18 ) en verhit dit vir 'n kort tydjie tot temperatuur rondom 600 0 C onder baie hoë druk van ongeveer 300 atome.
KATALITISE KRAKING: Die langketting koolwaterstowwe word verhit in die teenwoordigheid van 'n silika-alumina of seoliet-katalisator. Die katalisator versnel die proses wat minder energie verg. Die druk wat nodig is, is laer en hoë grade petrol word vervaardig deur die oktaangetal van petrol te verhoog. Die temperatuur is steeds ongeveer 500 0 C. Hierdie katalitiese kraking word meer algemeen gebruik. Katalitiese krake is beter omdat:

(i) Die proses is meer beheerbaar; maw die toestande kan so aangepas word dat gewenste produkte van sekere kettinglengtes verkry word. Hierdie proses lewer dus 'n bron van alkene wat as grondstowwe vir 'n groot verskeidenheid organiese chemikalieë dien.

(ii) Die proses lewer nie net meer petrol nie, maar gee ook petrol 'n hoë gehalte. Trouens, hierdie petrol is 'n hoër graad petrol as die een wat direk uit die petrolfraksies verkry word tydens die distillasie van ru-olie.

C 16 H 34 C 8 H 18 + C 8 H 16 .

CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 CH 3 C (CH 3 ) 2 CH 2 CH(CH 3 ) CH 3 + C 2 H 4

Die algehele voordele van die kraakproses is:

(i) Dit verhoog die opbrengs van petroleum

(ii) Dit verskaf 'n petrolmengsel ryk aan vertakte ketting koolwaterstowwe met 'n gepaardgaande toename in oktaangetal.

(iii) Dit lewer as byproduk groot hoeveelhede etaan, propeen, butaan ens wat gebruik word vir die maak van plastiek, sintetiese rubber, skoonmaakmiddel en baie belangrike chemikalieë soos etanol en fenol.

HERVORMING : Dit is die proses wat gebruik word om langkettingkoolwaterstowwe na korter en vertakte kettingmolekules om te skakel om die teenklop-eienskappe daarvan te verbeter. Die proses vind gewoonlik plaas in die teenwoordigheid van katalisators soos oksiede van silikon en aluminium by ongeveer 600 0 C en druk tussen 8 en 15 atm om sy oktaangetal te verhoog en hoëgraadse petrol te produseer.

Kraking is 'n afbreekproses terwyl hervorming 'n isomeriseringsproses is (dws die verandering van 'n verbinding in sy isomere)

OKTAANNOMMER

Die oktaangetal van die oktaangradering van petrol is 'n mengsel van die verhouding van vertakte ketting koolwaterstowwe tot die reguit ketting koolwaterstowwe in 'n gegewe mengsel van petrol (petrol).

Petrol is saamgestel uit C7 – C9 koolwaterstowwe, dws heptaan, oktaan en nonaan. Hierdie koolwaterstowwe is teenwoordig in hul reguit- of vertakte ketting-isomere. Daar is getoon dat reguit ketting koolwaterstowwe (bv. n – heptaan) te vinnig in die motorenjin brand, wat dus onreëlmatige beweging van die suiers veroorsaak wat tot ratelende geraas lei.

Die ratelgeluid staan bekend as 'KLOP'.

Petrol wat 'n hoër persentasie reguit ketting koolwaterstowwe bevat veroorsaak meer klop as petrol wat 'n hoër persentasie vertakte ketting koolwaterstowwe bevat

'n Reguit ketting alkane soos heptane word 'n oktaangetal van O toegeken, terwyl 'n hoogs vertakte kettingalkaan soos 2,2,4 trimetielpentaan 'n oktaangetal van 100 toegeken word wat baie glad in enjins brand. Daarom word die kwaliteit van enige petrol gegradeer volgens sy oktaangetal, dit wil sê die persentasie heptaan tot 2,2,4 – trimetielpentaan in 'n mengsel.

CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 3

Heptaan oktaangetal = 0

CH 3 CH 3 2,2,4 – trimetielpentaan (iso – oktaan)

CH 3 C CH 2 C CH 3 oktaangetal = 100

CH 3 H

Oktaangetal is 'n maatstaf van die werkverrigting van die brandstof in enjins en die gradering word gegee as die persentasie van iso-oktaan (2,2,4 - trimetielpentaan) tot reguitketting koolwaterstof teenwoordig. Daar word byvoorbeeld verstaan dat 'n petrol met 'n oktaangradering van 94 94% iso-oktaan en 6% reguitkettingheptaan bevat. Net so het 'n brandstof met 'n oktaangetal van 50 'n werkverrigting gelykstaande aan 50 – 50 mengsel van heptaan en 2,2,4 – trimetielpentaan.

Wanneer laegraad petrol in sommige motormobiele enjins gebruik word, is daar 'n neiging dat die enjin klop. Die verskil in die graad van petrol is dus 'n verskil in hul oktaangetalle.

Die motormotorenjins staan bekend as petrolenjins.

GRAAD PETROL

Petrol kan gegradeer word as:

(a) Super of ekstra (b) Gereelde of Gewone

Petrol wat as super of ekstra gegradeer word, het 'n oktaangetal nader aan 100 as petrol wat as gewone of gewone gegradeer word.

Oktaangetal van sommige koolwaterstowwe.

Reguit ketting Koolwaterstof Relatiewe molekulêre massa Oktaangetal

Propaan 44 100

Butaan 58 92

Pentaan 72 61

Heksaan 86 25

Heptane 100 0

Oktaan 144 -27

Nie een nie 128 -45

Die oktaangetal van reguit-ketting koolwaterstowwe hou verband met hul molekulêre massa, maw hoe laer die molekulêre massa van die koolwaterstof, hoe hoër is die oktaangetal. Sommige brandstowwe wat beter is as 2,2,4 – trimetielpentaan het 'n oktaangetal groter as 100.

SINTETIESE PETROL

Sintetiese petrol word gemaak van materiale soos steenkool, kooks en waterstof wat nie in voorkom nie

ru-petroleum. Sintetiese petroleum kan uit twee bronne verkry word:

Van Steenkool: Wanneer poeiersteenkool verhit word met waterstof in die teenwoordigheid van Fe of Sn as katalisator by 500 0 C en 20 atmosferiese druk, word dit omgeskakel in 'n olierige mengsel van koolwaterstowwe. Die mengsel word deur distillasie geskei in 'n petrolfraksie wat by 200 0 C kook en swaar olieresidu wat verder met vars steenkool behandel kan word om meer petrol te verkry.
Van Koks: Wanneer stoom oor verhitte kooks by 100 0 C gevoer word, word 'n mengsel wat gelyke volumes CO en waterstof bekend as watergas bevat, verkry.

C + H 2 O CO + H 2

Water gas

Die watergas kan tot 'n mengsel van koolwaterstowwe gehidrogeneer word deur waterstof by te voeg en dit oor fynverdeelde nikkel as katalisators te laat by 200 0 C. Ongeveer die helfte van die produk is petrol, die minder vlugtige fraksie word as brandstof vir dieselenjins gebruik.

PETROCHEMIESE

Petrochemikalieë is stowwe wat uit die byprodukte van petroleum vervaardig word. Dit sluit in plastiek, sintetiese rubber en vesels. Petroleum en aardgas word nou in toenemende hoeveelhede gebruik om baie anorganiese verbindings te produseer. Voorbeelde sluit in etanol, etaan, propaan 1, 2, 3 – triol, benseen en tolueen. Hierdie klein molekules organiese verbindings word op hul beurt gebruik om groot - molekule organiese verbindings soos plastiek, sintetiese rubber, insekdoders, skoonmaakmiddels en sintetiese vesels soos nylon en Dacron te maak.

PROBLEME VAN PETROLEUMCHEMIE

Die petrol wat geproduseer word, is te klein om aan die vraag van die wêreld te voldoen
Die gehalte van die petrol wat geproduseer word, is te laag en kan lei tot klop van die petrolenjin

OPLOSSING VIR DIE PROBLEME

Hierdie probleme kan opgelos word deur die hoeveelheid petrol wat deur geproduseer word te verhoog

(a) Afbreek van groter koolwaterstofmolekule in kleiner koolwaterstofmolekule (Pirolise)

C 10 H 22 H 2 + C C 5 H 12 + CH 3 – CH = CH – CH 3

Maar – 2 – ene (iso buteen)

(b) Deur byvoeging van lood – tetraëtiel (bekend as 'anti-klop'-verbindings) om klop te voorkom en sodoende die oktaangetal te verhoog.

Let wel; Kraking, katalitiese hervorming en gebruike van bymiddels (tetraëtiellood) word gebruik om die opbrengs en kwaliteit van petrol te verbeter.

EVALUERING

Wat is petrochemikalieë?
Wat is oktaangetal?
Noem twee tipes krake

ALGEMENE EVALUERING/HERSIENING

Bereken die empiriese formule van 'n organiese verbinding wat 81,8% koolstof en 18,2% waterstof bevat.

Noem die wet van konstante samestelling

Skryf 'n gebalanseerde vergelyking vir die volgende:

(a) Reaksie tussen soutsuur en natriumhidroksied

(b) Reaksie suurstof en rooiwarm kooks (c) termiese ontbinding van kaliumwaterstoftrioksokarbonaat (iv)

Deur elektronpuntvoorstelling te gebruik, wys hoe elk van die volgende verbindings, molekule/ioon gevorm word (a) NaCl (b) NH 3 (c) H 3 O +
Noem 3 postulate van kinetiese teorie van gasse.

LEESOPDRAG

Nuwe Skoolchemie vir senior sekondêre skool deur OY Ababio bladsy 504-510

NAWEEKOPDRAG

Olie-neerslae in Nigerië word (a) op land en in die buiteland (b) slegs in die buiteland (c) hoofsaaklik ingevoer (d) stroomaf
Fraksionele distillasie behels die volgende prosesse (a) Kook (b) Kook en kondensasie (c) Kook, verdamping en kondensasie. (d) Kondensasie en versameling.
Wat is die vreemde een uit die volgende (a) petroleumeter, petroleumgasse, keroseen

(b) Gasolie en diesel smeerolie (c) Petroleumeter en bitumen (d) Hematiet en asfalt.

Watter van die petrolmonsters sal waarskynlik klop veroorsaak? (a) oktaan (b) 2,2,3,3-tetrametielbutaan (c) 2,2,3-trimetielpentaan (d) 2,2,3-trimetielpentaan.
Nigerië verdien geld uit (a) slegs petroleumgas en vloeistowwe (b) slegs petroleumvloeistowwe en vaste stowwe (c) petroleumvloeistowwe soos petrol en keroseenolie (d) petroleumgasse, vloeistowwe en vaste stowwe.

TEORIE

(a) Onderskei tussen kraking en hervorming. Van watter belang is die twee prosesse in die petroleumbedryf. (b) Noem die probleem wat verband hou met olieproduserende gebiede.
Oorweeg die volgende reaksieskemas.
Petroleum Petroleum breuke
C 16 H 34 C 8 H 18 + X

(i) Noem die tipe proses betrokke by elk van die stadiums gemerk I en II

(ii) Identifiseer X

Lesnotas volgens weke en kwartaal - Senior Seconder 1