Углеводороды как минеральные ресурсы

 

Содержание 

Введение …………………………………………………………………………..3

Глава 1. Общее  понятие углеводородов ……………………..………………….5

1. Классификация углеводородов ……………………………………...6
2. Физические свойства ………………………………………………...9

Глава 2. Характеристика основных углеводородов …………………………..12

        2.1. Нефть …………………………………………………………………..12

2.2. Природный  газ …………………………………………………...……17

2.3. Битум ……………………………………………………………….…21

2.4. Асфальт ……………………………………………………………..…26

Заключение ………………………………………………………………………31

Литература ……………………………………………………………………....33 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Социально-экономическое  развитие человечества во второй половине ХХ века сопровождалось и продолжает сопровождаться в начале 3-го тысячелетия  истощением природных ресурсов, деградацией  и загрязнением природной окружающей среды, ростом общего уровня смертности и заболеваемости населения, включая  и детское. Тяжелая экологическая  ситуация порождена системой нерационального, расточительного природопользования и является важной характеристикой  и составным элементом социально-экономического, политического, духовного и культурного  кризиса как в нашей стране, так и в мире в целом.

       Минеральные ресурсы - полезные  ископаемые в недрах Земли,  запасы которых оценены по геологическим данным. Месторождения полезных ископаемых распределены в земной коре неравномерно.

     Большинство видов минерального сырья представлено рудами, состоящими из минералов, т.е. неорганических веществ природного происхождения. Однако некоторые важные виды полезных ископаемых, в частности энергетическое сырье, имеют органическое происхождение. Их присоединяют к минеральному сырью  условно.

     Ценность  отдельных видов минерального сырья  определяется в зависимости от области  их применения, а также от того, насколько  редко они встречаются.

      Неотложность предотвращения экологического кризиса, обеспечения экологически безопасного развития человеческой цивилизации, необходимость решения глобальных проблем в условиях взаимосвязанного мира, являются объективной основой возникновения общих интересов различных стран и народов в поиске общих скоординированных решений и действий.

    В условиях, когда масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду  достигли таких размеров, что под  угрозу поставлена жизнь на планете, охрана окружающей среды и рациональное природопользование выходят на передний план.

    Целью моей работы является изучить углеводороды как минеральные ресурсы.

    Для достижения цели необходимо решить ряд  задач:

• изучить понятие “ углеводороды”;
• определить классификацию углеводородов;
• рассмотреть характеристику основных углеводородов, таких как нефть, природный газ и их составляющие битум и асфальт.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Общее  понятие углеводородов 

     Углеводороды - органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода (рис.1). 

     Рис.1. Молекула углеводорода [10, с.12] 

     Все вещества подразделяют на неорганические и органические. Такое деление  возникло еще на заре развития химической науки, когда люди установили, что  свойства веществ, встречающихся в  животных или растительных организмах, значительно отличаются от свойств  веществ, полученных из неживой природы. Считалось, что получить искусственным  путем органические соединения невозможно. Современная наука утверждает, что  нет принципиального различия между  неорганическими и органическими  веществами. Ученые научились получать искусственным путем такие соединения, которые раньше добывались только из живых растительных или животных организмов. Изменилось само понятие — органическое вещество. В настоящее время принято считать органическими веществами соединения углерода, а науку о соединениях углерода — органической химией. Органические соединения гораздо многочисленнее, чем неорганические. В настоящее время известно около 100 тыс. неорганических и более миллиона органических соединений, причем получены даже такие органические вещества, которых нет в природе.[14, с.25]

     Простейшими органическими соединениями являются углеводороды. Особенность этих веществ  заключается в том, что их молекулы состоят только из атомов двух элементов  — водорода и углерода. 

1. Классификация углеводородов

 

     Классификацию углеводородов (рис.2) проводят по следующим структурным признакам, определяющим свойства этих соединений:

1) строение  углеродной цепи (углеродного скелета);

2) наличие  в цепи кратных связей С=С  и СC (степень насыщенности).

В зависимости  от строения углеродной цепи углеводороды подразделяют на две группы:

1. ациклические или алифатические, т.е. "жирные" (от греческого слова "алейфар" – "жир", т.к. впервые структуры с длинными углеродными цепями были обнаружены в составе жиров);
2. циклические.
3. Открытая (незамкнутая) цепь алифатических углеводородов может быть неразветвленной или разветвленной. Углеводороды с неразветвленной углеродной цепью называют нормальными (н-) углеводородами.

     Среди циклических углеводородов выделяют:

1. алициклические (т.е. алифатические циклические);
2. ароматические (арены).

 

Рис.2. Классификация углеводородов [9, с.257] 

       В этом случае классификационным признаком служит строение цикла.

     Углеводороды  с общей формулой С_пН_2п+2, которые не присоединяют водород и другие элементы, называются предельными углеводородами или алканами (парафинами).

     Простейшим  представителем предельных углеводородов  является метан. Метан образуется в  природе в результате разложения остатков растительных и животных организмов без доступа воздуха. Иногда метан  выделяется из каменноугольных пластов  и накапливается в шахтах. Метан  составляет основную массу природного газа. Газообразные, жидкие и твердые  предельные углеводороды содержатся в  нефти.

     Непредельные  соединения, состав которых соответствует  общей формуле С_пН_2п (такой же, как у циклопарафинов), относятся к углеводородам этиленового ряда, так как их простейший представитель этилен С₂Н₄.

     Этилен  и его соединения в основном применяются  для получения горючего с высоким  октановым числом, пластмасс, взрывчатых веществ, антифризов, растворителей, для  ускорения созревания фруктов, для  получения ацетальдегидов и синтетического каучука (рис.3).

     Рис. 3. Применение этилена и его соединений [10, с.38] 

     Циклопарафины главным образом находятся в  составе некоторых нефтей. Отсюда и другое название циклопарафинов –  нафтены. В лаборатории циклопарафины  получают из дигалогенопроизводных  предельных углеводородов, действуя на них активными металлами. Циклопарафины  можно выделить и из нефти.

     К ароматическим углеводородам относят  соединения, содержащие один или несколько  циклов С6Н6 (структура бензола).

       По степени насыщенности различают:

     А) насыщенные (предельные) углеводороды (алканы и циклоалканы), в которых имеются только простые связи С-С и отсутствуют кратные связи;

     Б) ненасыщенные (непредельные), содержащие наряду с одинарными связями С-С двойные и/или тройные связи (алкены, алкадиены, алкины, циклоалкены, циклоалкины). [10, с.29]

     Следует заметить, что хотя по составу бензол С6Н6 формально соответствует ненасыщенным циклическим углеводородам (его  молекулу часто изображают как шестичленный цикл с тремя двойными связями), по свойствам это соединение  резко  отличается от ненасыщенных веществ  из-за делокализации кратных связей. Поэтому соединения ряда бензола  относят к самостоятельной группе ароматических углеводородов (аренов). 

2. Физические  свойства углеводородов

 

      Физические свойства насыщенных углеводородов находятся в прямой зависимости от их молекулярного веса. Первые низкомолекулярные члены парафинового ряда — метан, этан, пропан, бутан — при обыкновенной температуре газообразны. Пентан, гексан и другие — жидкости, а углеводороды, содержащие в молекуле 17 атомов углерода, твердые вещества.

   Метан – газ без цвета и запаха, почти в 2 раза легче воздуха, мало растворим в воде. Этан, пропан, бутан при нормальных условиях – газы, от пентана до пентадекана – жидкости, а следующие гомологи – твердые вещества. Пропан и бутан под давлением могут находиться в жидком состоянии и при обыкновенной температуре.

      Циклопропан и циклобутан при нормальных условиях – газы, а циклопентан и циклогексан – жидкости. Циклопарафины в воде практически не растворяются.

      Этилен  – бесцветный газ, почти без запаха, немного легче воздуха, плохо  растворим в воде. Пропилен и бутены (бутилены) при нормальных условиях также газообразны, от пентена С₅Н₁₀ до октадецена С₁₈Н₃₆ включительно углеводороды находятся в жидком состоянии, а начиная с нонадецена С₁₉Н₃₈ – в твердом.

      Природный каучук благодаря эластичности очень  устойчив к износу. Ценным его свойством  является также водо- и газонепроницаемость. Кроме того, он является хорошим  электроизолятором. Каучук в воде практически  не растворяется. В этиловом спирте его растворимость небольшая, а  в сероуглероде, хлороформе и бензине  он сначала набухает, а затем растворяется. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде – твердым и хрупким. При  долгом хранении каучук твердеет.

      Ацетилен  – газ легче воздуха, мало растворим  в воде, в чистом виде почти без  запаха. Изменение физических свойств углеводородов ряда ацетилена (так же как у алканов и алкенов) подчиняются общим закономерностям: при увеличении относительной молекулярной массы повышается температура кипения веществ.

      Бензол  – бесцветная, нерастворимая в  воде жидкость со своеобразным запахом. Его температура кипения 80,1°С. При  охлаждении он легко застывает в  белую кристаллическую массу  с температурой плавления 5,5°С. Температуры кипения ароматических углеводородов повышаются с увеличением их относительных молекулярных масс.

       Гомологический ряд непредельных  углеводородов можно вывести  аналогично ряду предельных углеводородов  путем замены одного из атомов  водорода в молекуле этилена Н₂С = СН₂ на метильный радикал.

  Физические свойства непредельных углеводородов сходны со свойствами предельных углеводородов. Как и у предельных, низкомолекулярные представители непредельных углеводородов (до бутилена включительно) при обычных температурах и давлении— газы; средние члены гомологического ряда - жидкости; высшие олефины — твердые вещества. Олефины нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях. [10, с.17-47]

       По своим свойствам диолефины близки к олефиновым углеводородам, но отличаются еще большей реакционной способностью. Диолефины, как и олефины, являются исходными и промежуточными веществами при получении высокомолекулярных соединений — полимеров, синтетических каучуков.

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Характеристика основных  углеводородов 

       Наиболее важными источниками  углеводородов являются природные  и попутные газы, нефть, каменный  уголь, а также продукты переработки  асфальт и битум.