مصادر الألكانات Sources of Alkanes

مصادر الألكانات Sources of Alkanes

يعتبر النفط Petroleum  : المصدر الرئيسي للألكانات وهو عبارة عن مخلوط معقدمن المركبات العضوية معظمها ألكانات وخليط من الهيدروكربونات الأخرى بالإضافة لمركبات الأكسجين والنيتروجين والكبريت . 

تكرير النفط Petroleum refining  : هي عبارة عن عمليات فصل فيز يائية يتم فيها الحصول على عدة نواتج مختلفة لمكونات النفط .  

أهم عمليات تكرير النفط :-  

التقطير Distillation : يتم فيه فصل النفط فصلا جزئيا اعتمادا على اختلاف مكوناته في درجة التطاير ولا يتم  فصل مكوناته فصلا كاملا  لأنها  عملية غير اقتصادية حيث يوجد أكثر  من 500 مكون من أجزاء النفط تغلي دون 200^oم وبناءا عليه يكون كل جزء من أجزاء النفط عبارة عن مخلوط من ألكانات لها درجات غليان متقاربة وهي مخاليط صالحة للاستخدام كوقود وزيوت تشحيم وغيرها. 

التكسير Cracking  : هي عملية كيميائية تهدف لتحويل بعض أجزاء البترول إلى جازولين وهناك نوعان من التكسير هما :-

التكسير المحفز  Catalytic cracking  : يتم تسخين خليط الهيدروكربونات التي تحتوي على 12 ذرة كربون أو أكثر إلى درجات حرارة عالية 500-700^oم في وجود حفاز فتتكسر وتنتج جزيئات أصغر ولكن أكثر تفرعا تتكون من 5 ـ11 ذرة كربون .

التكسير الحراري  Thermal cracking : تتم عملية التكسير الحراري بدون حفاز ويكون معظم الناتج من هذه العملية هيدروكربونات غير متفرعة  ولا تستخدم الألكينات الناتجة من هذه العملية كوقود وإنما ترسل كمواد خام لتصنيع البلاستك ويفضل التكسير الحراري المحفز لأنه أسرع ويتم عند درجة حرارة أقل ويعطي نسبة أعلى من الجازولين الجيد .

أهم نواتج عمليات تكرير النفط :- 

الغاز الطبيعي  Natural gas : وهو يحتوي على  C₄ - C₁ من ذرات الكربون ويكون معدل غليانها أقل من 20^oم  وتستخدم كغازات للتدفئة

جازولين التقطير البسيط  Straight-run gasoline  : وهو يحتوي على  C₁₁ - C₅ ويكون معدل غليانه من 40-200^oم  ويستخدم كوقود للمحركات مثل اليجرون Ligroin 

الكيروسين  Kerosene  : ويحتوي على C₁₄ - C₁₁  ذرة كربون  ومعدل غليانه  175-325^oم  ويستخدم كوقود لمحركات الطائرات النفاثة

زيت الغاز " ال سولار "Gas oil  : يحتوي عل ى C₂₅ - C₁₄  وله معدل غليان 275-500^o م ويستخدم وقود لمحركات الديزل diesel engines وهي المحركات التي لاتحتاج لشرارة كهربائية عند بدء اشتعالها .

زيوت التزليق والشمع Lubricating oils and waxes  : تحتوي على أكثر من 20 ذرة كربون ومعدل غليانها 400^oم تقريبا وتستخدم كزيوت تشحيم مثل شمع البرافين .

القطران Asphalt  : تحتوي على أكثر من 20 ذرة كربون وهي غير متطايرة وتستخدم في رصف الأسقف والشوارع .

الجازولين  Gasoline  

هو عبارة عن خليط معقد من الهيدروكربونات يكون معظمها ألكانات والقليل من الهيدروكربونات الأروماتية ولا يوجد به ألكينات أو ألكاينات . 

عند تقطير 1 لتر من النفط الخام Crude oil ينتج تقريبا 250 سم³ من الجازولين ويستخدم كوقود لمحركات الاشتعال الداخلي gasoline engines  التي يبدأ اشتعالها بشرارة كهربائية  وتضاف الألكانات الناتجة من عملية التكسير إلى الجازولين المتحصل عليه من التقطير البسيط وبالتالي يزداد مردود الجازولين الناتج من النفط الخام .

يخضع الجازولين إلى عملية تسمى إعادة التشكلisomerization   وهي عملية تزيد من مردود و جودة الجازول ين حيث يتم فيها تحويل الألكانات غير المتفرعة  إلى متشكلات ذات سلاسل متفرعة فعلى سبيل المثال عن دما يمرر pentane على AlCl₃ كحفاز عند درجة حرارة 200^oم وضغط ينتج المتشكلين المتفرعين : 2-Methyl butane     و 2,2-Dimethyl propane     

المشكلة الوحيدة لمحركات الاحتراق الداخلي بالنسبة لخليط الجازولين هي الميل إلى الاشتعال المتفجر   أوالمقرقع " Knock " أي غير السلس ويعبر عن جودة وقود الجازولين برقم الأوكتان Octane number  

رقم الأوكتان Octane number

هو عبارة عن مقياس لمقاومة القرقعة يتدرج من الصفر إلى المئة حيث يقارن بين المركبين n-Heptane   و  2,2,4-Trimethyl pentane وذلك لأن المركب الأخير يحترق بسلاسة لذا أعطى رقم الأوكتان 100 ( يعرف باسم شائع  Isooctane) والهبتان العادي أعطى رقم أوكتان صفر لأنه أسوأ أنواع الوقود احتراقا  فالجازولين الذي له رقم أوكتان 90 يكون عبارة عن خليط من 90% أيزوأوكتان و 10% من الهبتان العادي وكلما زاد رقم الأوكتان كلما زادت جودة الجازولين .

 كان يضاف للجازولين المركب  ₄(Tetra ethyl leadPb(C₂H₅ كمادة مضادة للقرقعة  منذ سنة 1920محيث يضاف  0.6 جم /1 لتر من الجازولين ويحضر بتسخين كلوريد الإيثيل مع سبيكة من مزيج فلزيالرصاص والصوديوم تحت الضغط . 

ولقد تراجع  استخدام رباعي إيثيل الرصاص  في سنة 1970م لما له من أثر سلبي على البيئة حيث استبدل بهيدروكربونات أليفاتية متفرعة أو مشتقاتها مثل tert-butyl methyl ether [ MTBE ]  أوبهيدروكربونات أروماتية مثل tricresyl phosphate [ TCP ]

ملاحظة  

• يعبر عن جودة وقود الديزل Diesel fuel برقم السيتان Cetane number حيث يعتبر مركب السيتان ( Hexadecane ) هو الوقود الأفضل وبالتالي يعطي رقم سيتان 100 ويعتبر المركب -methyl naphthalene الوقود الأسوأ ويعطى رقم سيتان صفرا .  

المصادر

• الكيمياء العضوية الحديثة . د عادل جرار  ، الطبعة الأولى (2002) / دار أويا للطباعة والنشر والتوزيع ـ طرابلس ـ الجماهيرية العظمى . 
•   الكيمياء العامة . فريدريك لونجو . مترجم . منشورات الأردن . (1981) / مجمع اللغة العربي الأردني . 

• Organic Chemistry / G. Patrick  . ( Second edition) , 2004 , BIOS Scientific , UK .
• Organic Chemistry / G. Marc Loudon  . ( Fourth edition ) , 2002 , Oxford University Press , Inc . USA
•   Stereochemistry /  David G. Morris  , 2001, Royal Society of Chemistry , UK .
•  Organic Chemistry / Philip S. Bailey , Christina A. Bailey . ( Sixth edition ) ,  2000, Prentice-Hall , Inc . New Jersey .
•  Organic Chemistry / Graham Solomons , Craig Fryhle . ( Seventh edition ) , 2000,  John Wiley & Sons .
• Organic Chemistry / Thomas N. Sorrell , 1999, University Science Books .
• Foundations of  Organic Chemistry / Michael Hornby , Josephine  Peach  , 1997,  Oxford University Press , Inc .  New York .
• Textbook of Practical Organic Chemistry / Vogel^'s. ( Fifth edition ) , 1996,  Longman , Edinburgh Gate , UK .
• Organic Chemistry / John McMurry . ( Fourth edition ) , 1996, T I P , Inc .USA
• Organic Chemistry / Morrison , Boyd . ( Fifth edition ) , 1987,  Allyn  and  Bacon  , Inc .
• Introduction to Organic Chemistry / Douglas Applequist , Charles Depuy , Kennth  L. Rinehart , (Third edition ) ,1982 , John Wiley & Sons , Inc .
• Organic Chemistry " A Short Course " / Harold  Hart ,  Robert  D.  Schuetz .  ( Fifth edition ) , 1978 , Houghton Mifflin Company . USA .
• Organic Chemistry / Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , 1977 , John Wiley  & Sons , Inc . USA .
• Solution Manual /Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , Erich C, 1977 , John  Wiley & Sons , Inc .
•  Fundamental Principal  Lecturer in Organic Chemistry / I. Finar, Sixth edition  ,1976, Longman , London .
• Organic Chemistry / G. A. Taylor , 1975, Longman Group Limited , London .
• Essential of Organic and Biochemistry / Donald  J. Burton , Joseph  I. Routh .   1974,  W. B. Saunders Company . Toronto , Canada .
• Inorganic Chemistry , Principles of Structure  and  Reactivity  / James HuHeey ,  Ellen A. Keiter , Richard  L. Keiter  . ( Fourth edition ) , 1993, Harper Collins .
• General Chemistry / James E. Brady . ( Fifth edition ) , 1990, John Wiley & Sons ,  Inc . Canada .
• Chemical Principles / William L. Masterton , Emil J. Slowinski , Conrad  L.  Staitski . ( fifth edition ) , 1981, Holt-Saunders Japan , LTD .
• General Chemistry / Luder , Zuffanti , Shepard , Vernon . ( Third edition ) , 1966,
•  W. B. Saunders Company . London W. C. I
• Biochemical Calculations / Irwin H. Segel . ( Second Edition ) , 1975