Влеяние животних на атмосферу

Вступ

    Вуглеводні –  це органічні сполуки, молекули  яких складаються з атомів  двох елементів: Карбону (вуглецю) і  Гідрогену (водню). Від вуглеводнів  походять різноманітні класи  органічних сполук.

    Основними джерелами  вуглеводнів є природні гази, нафта, кам’яне вугілля. Вони належать  до невідновлюваних природних ресурсів. І тому вже відкриті родовища треба експлуатувати так, щоб максимально вилучати з них копалини і раціонально, з найбільшою користю використовувати їх.

Теорії походження горючих копалин

    Існують різні  погляди на походження горючих  копалин. Як вважають прихильники  теорії органічного походження, поклади утворилися із решток  вимерлих рослинних і тваринних  організмів, що перетворилися на  суміші вуглеводнів у товщі  Землі під дією бактерій, високих  тисків і температур.

    Згідно з теорією  вулканічного (мінерального) походження  нафти, природного газу, кам’яного  вугілля, на первісній стадії  формування планети Земля метали  сполучалися з вуглецем, утворюючи  карбіди. Карбіди реагували з  водою, утворюючи газуваті вуглеводні, зокрема метан і ацетилен. А  під впливом нагрівання, радіації  та каталізаторів з них утворювалися  інші сполуки, що містяться у  нафті. Далі рідкі нафтові компоненти  випаровувалися, рідина загусала, і  в літосфері утворювалося вугілля.

    Теорію мінерального  походження нафти вперше висловив  Дмитро Іванович Менделєєв.

Природний газ

    У природному  газі містяться вуглеводні з  низькою молекулярною масою. Основну  частину цієї суміші становить  метан. Його масова частка там  від 80 до 90 %, решта - гомологи метану: етан, пропан, бутан та інші гази.

    До природних  газів належать і так звані  супутні нафтові гази, які звичайно  розчинені у нафті і виділяються  під час добування її. У супутніх  нафтових газах міститься менше  метану, але більше етану, пропану, бутану і вищих вуглеводнів. Крім  того, у них наявні в основному  ті самі домішки, що й в інших  природних газах: сірководень, азот, інертні гази, вуглекислий газ, водяна  пара.

    Природний газ  широко використовується у промисловості. У доменних печах він згоряє  до вуглекислого газу, який, реагуючи  з коксом, утворює відновник карбон(II) оксид CO. Під час виробництва сталі  мартенівським способом природний  газ використовується як джерело  теплоти. З цією ж метою застосовують  метан у скловарних печах.

    Але природний  газ не лише спалюють, а й  переробляють на різні цінні  хімічні продукти. Він є сировиною  для добування ацетилену, водню, який використовується в синтезі аміаку. Сажа, яку добувають із метану, використовується для виготовлення фарби, гуми.

    Супутні нафтові  гази раніше не знаходили застосування, і під час добування нафти  їх спалювали факельним способом. Зараз їх вловлюють і використовують  як паливо і як цінну хімічну  сировину. Із пропану і бутану, які входять до складу супутних нафтових газів, дегідруванням добувають пропілен, бутилен і бутадієн, з яких потім синтезують каучуки і пластмаси.

Кам'яне вугілля

    Вугілля - це залишки  рослин, які загинули багато мільйонів  років тому,гниття яких було  перерване в результаті припинення  доступу повітря. Тому вони не  змогли віддати в атмосферу  відібраний у неї вуглець. Доступ  повітря припинявся особливо  різко там, де болота і заболочені  ліси опускалися в результаті  тектонічних зрушень та зміни  кліматичних умов і покривалися  зверху іншими речовинами.          При цьому рослинні останки  перетворювалися під впливом  бактерій і грибів (вуглефіцирувалися)в торф і далі в буре вугілля, кам'яне вугілля, антрацит і графіт. За складом основного компонента - органічної речовини вугілля підрозділяються на три генетичні групи: гумоліти, сапропеліти, сапрогумоліти.

    Переважають гумоліти, вихідним матеріалом яких з'явилися залишки вищих наземних рослин. Відкладення їх відбулося переважно у болотах,займали низинне узбережжі морів, заток, лагун, прісноводних басейнів. Накопичується рослинний матеріал в результаті біохімічного розкладання перероблявся в торф, при цьому значний вплив робили обводненість і хімічний склад водного середовища.

    Вміст вуглецю  в кам'яному вугіллі коливається  від 75 до 90 відсотків.

Точний склад обумовлюється місцем розташування й умовами перетворення вугілля. Мінеральні домішки знаходяться або в тонкодисперсному стані органічної маси, або у вигляді найтонших прошарків і лінз, а також кристалів і конрецій. Джерелом мінеральних домішок в вугіллі можуть бути неорганічні частини рослин - вуглестворювачів, мінеральні новоутворення, що випадають з розчинів вод, що циркулюють у торфовищах і т.д. Склад мінеральних домішок - кварц, глинисті мінерали, польові шпати, пірит, маркази, карбонати та інші сполуки, що містять

Більша частина мінеральний домішок при спалюванні перетворюється на попіл.

     Кам’яне вугілля, як і нафта, не індивідуальна  речовина. До його складу входять  вільний вуглець (до 10%), органічні  речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, мінеральні речовини (вони залишаються у вигляді шлаку після спалювання вугілля).

     Вам відомо, що вугілля використовується  як паливо, але не меншого значення  надається хімічній переробці  вугілля з метою вилучення  величезної кількості цінних  речовин.

     Унаслідок  нагрівання до 10000С без доступу  повітря вугілля перетворюється  на кокс. Цей продукт на 96-98 % складається  з вуглецю. Основна галузь його  застосування – металургія.

     Разом із  коксом утворюються коксовий  газ і кам’яновугільна смола, що є багатим джерелом різноманітних  речовин, - з неї їх виділено  близько 500. Перегонкою і хімічною  обробкою кам’яновугільної смоли  добувають ароматичні вуглеводні: толуол, нафталін, феноли, інші цінні  речовини.

     Кам’яновугільна  смола і коксовий газ перероблюються  на коксохімічних заводах.

     У розвитку  синтетичної органічної хімії  кам’яновугільна смола відіграла  особливу роль. Як джерело хімічних  сполук кам’яне вугілля почало  використовуватись раніше, ніж нафта  і природний газ. На основі  продуктів, виділених із кам’яновугільної  смоли, виникли цілі галузі  хімічної  промисловості – виробництво  синтетичних барвників, лікарських  препаратів, засобів захисту рослин, вибухових речовин тощо.

     Кам’яновугільна  смола виявилась доступною сировиною  для виробництва всіх цих продуктів, що уможливило їх багатотоннажне  виробництво. Отже, кам’яне вугілля  – цінна хімічна сировина, яку  вигідніше переробляти, ніж спалювати.

     Життя людини  повсякденно пов’язане зі спалюванням  горючих речовин у побуті, на  транспорті, у промисловості. Крім  користі застосування нафтопродуктів, вугілля і природного газу  створює ряд проблем, негативних  для розвитку цивілізації та  загалом для виживання людства.

     Тепловий баланс  нашої планети підтримується  завдяки тому, що діоксид карбону і вода, які містяться в атмосфері, поглинають енергію сонячного випромінювання (інфрачервону частину спектра), а потім пере випромінюють її. Таким чином на планеті зберігається тепло.

     Поглинання  і випромінювання енергії діоксидом карбону та іншими речовинами спричинює парниковий ефект. Отже, можна сказати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному станові атмосфери, комфорту для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, а саме – глобальне підвищення температури й у зв’язку з цим – зміну клімату.

Нафта

      Одним з  основних джерел вуглеводнів  є нафта.

     Нафта (від  перс. neft) - пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною.

Фізичні властивості нафти

    Найголовнішою  властивістю нафти, які принесли  їй світову славу виняткових  енергоносіїв, є її здатність  виділяти при згорянні значну  кількість тепла. Нафта і її  похідні володіють найвищою серед  усіх видів палив теплотою  згоряння. Теплота згоряння нафти  – 41 МДж/кг, бензину – 42 МДж/кг. Важливим показником для нафти є температура кипіння, що залежить від будови вхідних до складу нафти вуглеводнів і коливається від 50 до 550°С.

    Нафта, як і  будь-яка рідина, при визначеній  температурі закипає і переходить  у газоподібний стан. Різні компоненти  нафти переходять у газоподібний  стан при різній температурі. Так, температура кипіння метану  –161,5°С, етану –88°С, бутану 0,5°С, пентану 36,1°С. Легені нафти киплять при 50–100°С, важкі – при температурі  більш 100°С.

    Розходження температур  кипіння вуглеводнів використовується  для поділу нафти на температурні  фракції. При нагріванні нафти  до 180–200°С википають вуглеводні  бензинові фракції, при 200–250°С –  лігроїнові, при 250–315°С – керосиново-газойлеві і при 315–350°С – масляній. Залишок представлений гудроном. До складу бензинової і лигроїновой фракцій входять вуглеводні, що містять 6–10 атомів вуглецю. Гасова фракція складається з вуглеводнів з [pic], газойлева і т.д.

    Важливим є  властивість нафти розчиняти  вуглеводневі гази. У 1 м3 нафті може  розчинитися до 400 м3 пальних газів. Велике значення має з'ясування  умов розчинення нафти і природних  газів у воді. Нафтові вуглеводні  розчиняються у воді вкрай  незначно. Нафти розрізняються по  щільності. Щільність нафти, обмірюваної  при 20°С, віднесеної до щільності  води, обмірюваної при 4°С, називається  відносної. Нафти з відносною  щільністю 0,85 називаються легенями, з відносною щільністю від 0,85 до 0,90 – середніми, а з відносною  щільністю понад 0,90 – важкі. У  важких нафтах містяться в основному циклічні вуглеводні. Колір нафти залежить від її щільності: світлі нафти мають меншу щільність, чим темні. А чим більше в нафті смол і асфальтенів, тим вище її щільність. При видобутку нафти важливо знати її в'язкість. Розрізняють динамічну і кінематичну в'язкість. Динамічною в'язкістю називається внутрішній опір окремих часток рідини руху загального потоку. У легкій нафті в'язкість менше, ніж у важкій. При видобутку і подальшому транспортуванні важкі нафти підігрівають. Кінематичною в'язкістю називається відношення динамічної в'язкості до щільності середовища. Велике значення має знання поверхневого натягу нафти. При зіткненні нафти і води між ними виникає поверхня типу пружної мембрани. Капілярні явища використовуються при видобутку нафти. Сили взаємодії води з гірською породою більше, ніж у нафти. Тому вода здатна витиснути нафту з дрібних тріщин у більш великі. Для збільшення нафтовіддачі шарів використовуються спеціальні поверхнево-активні речовини (УПАВШИ). Нафта має неоднакові оптичні властивості. Під дією ультрафіолетових променів нафта здатна світитися. При цьому легені нафти світяться блакитним світлом, важкі – бурим і жовто-бурої. Це використовується при пошуку нафти. Нафта є діелектриком і має високий питомий опір. На цьому засновані електрометричні методи встановлення в розрізі, розкритому свердловиною, нафтоносних шарів.

Хімічні елементи і сполуки в нафті

    Нафта складається  головним чином з вуглецю – 79,5 – 87,5 % і водню – 11,0 – 14,5 % від  маси нафти. Крім них у нафті  присутні ще три елементи –  сірка, кисень і азот. Їхня загальна  кількість переважно складає 0,5 – 8 %. У незначних концентраціях  у нафті зустрічаються елементи: ванадій, нікель, залізо, алюміній, мідь, магній, барій, стронцій, марганець, хром, кобальт, молібден, бор, миш'як, калій  і ін. Їхній загальний зміст  не перевищує 0,02 – 0,03 % від маси  нафти. Зазначені елементи утворюють  органічні і неорганічні сполуки, з яких складається нафта. Кисень  і азот знаходяться в нафті  тільки в зв'язаному стані. Сірка  може зустрічатися у вільному  стані чи входити до складу  сірководню.

Продукти, які отримують з нафти, їх застосування

    З нафти виділяють  різноманітні продукти, що мають  велике практичне значення. Спочатку  від неї відокремлюють розчинені  вуглеводні (переважно метан). Після  відгону летучих вуглеводнів  нафту нагрівають. Першими переходять  у газоподібний стан і відганяються  вуглеводні з невеликим числом  атомів вуглецю в молекулі, що  мають відносно низьку температуру  кипіння. З підвищенням температури  суміші переганяються вуглеводні з більш високою температурою кипіння. У такий спосіб можна зібрати окремі суміші (фракції) нафти. Найчастіше при такій перегонці одержують три основні фракції, що потім піддаються подальшому поділу. Основні фракції нафти наступні:

    Фракція, що збирається  від 400 до 2000 С, - газолінова фракція  бензинів – містить вуглеводні  від З5Н12 до З11Н24. При подальшій  перегонці виділеної фракції  одержують: газолін (від 400 до 700 С), бензин (від 700 до 1200 С) – авіаційний, автомобільний  і т.д.

    Лігроїнова фракція, що збирається в межах від 1500 до 2500 С, містить вуглеводні від  З8Н18 до З14Н30. Лігроїн застосовується  як пальне для тракторів.

    Гасова фракція  включає вуглеводні від З12Н26 до  З18Н38 з температурою кипіння від 1800 до 3000С. гас після очищення  використовується як пальне для  тракторів, реактивних літаків і  ракет.

    Газойль (вище 2750 С) – дизельне паливо.

    Мазут – залишок  від перегонки. Містить вуглеводні  з великим числом атомів вуглецю (до багатьох десятків) у молекулі. Мазут також розділяють на  фракції:

    Солярові олії  – дизельне паливо,

    Мастила (авіатракторні, авіаційні, індустріальні й ін.), вазелін (основа для косметичних засобів і лік).

     З деяких  сортів нафти одержують парафін (для виробництва сірників, свіч  і ін.). Після відгону залишається  гудрон. Його широко застосовують  у дорожнім будівництві.

Роль вуглеводневої сировини для сучасного суспільства

    Роль нафти  і природного газу як вхідної  сировини для хімічної промисловості  є унікальною. У наш час більше  третини загального обсягу продукції  світової хімічної промисловості  виробляється із нафтогазової  сировини. На основі нафтових  вуглеводнів виникло виробництво  етилового спирту, пластмас, синтетичного  каучуку, синтетичних волокон і  матеріалів, мийних засобів та  ряду інших продуктів.

     Всі похідні  із сирої нафти нафтопродукти  розділяються на дві групи:

1) скеровані на безпосереднє  споживання (бензин, гас, дизельне пальне, масла, котельно-пічне паливо, кокс та ін.); 2) ті, котрі використовуються як сировина для нафтохімії (скеровуються на подальше переробляння). На нафтохімічних комплексах із нафти отримують не тільки пальне, але і виробляють пластмаси, добриво, сірчану кислоту, сірку, парафіни, спирти, штучний каучук, мийні засоби, скраплені гази і багато інших продуктів. Технологію перероблення сірчистих нафт вдалось настільки удосконалити, що попередня «викидна», непридатна сировина стає найціннішою. Сірка, яка вилучається із нафти в ході її переробляння, виявилась найдешевшою. На нафтохімічних заводах налагоджено також переробляння парафіну і церезину. Гази, отримані при цьому у великій кількості, слугують сировиною для виробництва спирту, штучного каучуку, пластмас. Отриманий твердий залишок — нафтовий кокс — є не тільки першокласним паливом, але також і важливим елементом, який використовується в алюмінієвому виробництві: із нафтового коксу виготовляються електроди.

       Сировиною  для отримання нафтохімічних  продуктів слугують головним  чином, ненасичені та ароматичні  вуглеводні. Ненасичені вуглеводні, які мають важливе значення  для органічного синтезу, становлять  групу олефінів. До неї відносяться етилен C2H4, пропілен C3H6, бутилен C4H8 і т. д. Вони практично відсутні в природних нафті і газі, але утворюються при їх крекінгу. Найважливішою за масштабами і різноманітністю використання як нафтохімічної сировини із ненасичених вуглеводнів є етилен. Для його отримання здійснюють піроліз вуглеводневих газів (етану і т. д.). Етилен використовується для отримання поліетилену, окису етилену, етилового спирту, стиролу, хлористого етилену і т. д.

      Для виробництва  синтетичних матеріалів необхідними  є ароматичні вуглеводні —  бензол, толуол, ксилол, нафталін та ін. Вони утворюються в процесі каталітичного риформінгу. У нафті і природних газах міститься декілька сот різних вуглеводнів. А кількість продуктів їх перероблення обчислюється тисячами.

Список використаної літератури:

   1. Н. Л. Глинка. Загальна  хімія. Изд-во «Хімія», 1972.-712 с.

   2. Мала гірнича  енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк:   Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

   3. Судак М. М. Нафта  і пальні гази в сучасному  світі. – М. Надра, 1984.

   4. Хімія. Шкільний  ілюстрований довідник. – М.: Росмен, 1995.

   5. “Книга для читання  по хімії (частина друга)” Автори: К. Я. Парменов,

   6. Л. М. Сморгонский, Л. А. Цвєтков.