Хімія. 9 клас. Попель

§ 24. Вуглеводні в природі. Застосування вуглеводнів

Матеріал параграфа допоможе вам:

• довідатися про природні джерела вуглеводнів і деякі їхні властивості;
• отримати уявлення про склад нафти, природного і супутнього нафтового газів, вугілля;
• поповнити свої знання про застосування вуглеводнів.

Природні джерела вуглеводнів. Існує кілька природних джерел вуглеводнів (схема 3). Їх запаси на нашій планеті поступово зменшуються.

Нафта є сумішшю вуглеводнів, переважно рідких, у яких розчинені невеликі кількості твердих і газуватих вуглеводнів, а також інших органічних сполук. У нафті містяться вода і деякі неорганічні речовини.

Схема 3

Вуглеводні в природі

Нафта — темна оліїста рідина зі специфічним запахом (мал. 60). Вона легша за воду і нерозчинна в ній. У природних умовах нафта 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. 60. Нафта

Нафта — горюча рідина (мал. 61).

Мал. 61. Горіння нафти

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

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

Природний газ відомий вам із повсякденного життя; його застосовують для опалення житла, 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.

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. Щороку його видобувають у середньому 20 млрд м³, що становить 1/5 від кількості, необхідної для нашої промисловості, енергетики, побуту.

Цікаво знати

Серед органічних речовин, які входять до складу бджолиного воску й озокериту (гірський віск), є тверді вуглеводні.

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. При просуванні нафти із земних надр на поверхню тиск спадає, розчинність газів зменшується, і вони виділяються з неї.

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

Вугілля — тверда горюча копалина, що утворилася багато мільйонів років тому в надрах планети внаслідок розкладу величезних рослинних мас. Це суміш багатьох органічних речовин із високим вмістом Карбону, а також деяких неорганічних сполук. Вугілля використовують як паливо (в теплоенергетиці, промисловості, іноді — в побуті), а деякі його види — для виробництва коксу, горючих газових сумішей. Взаємодією вугілля з воднем при нагріванні за 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. 62), 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. 62. 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 може становити кілька мільярдів кубометрів.

Горючі сланці — гірська порода, в якій містяться органічні й неорганічні речовини (мал. 63). 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. 63. 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. 64). Метан також є цінною хімічною сировиною для виробництва органічних речовин.

Мал. 64. Автобус, двигун якого працює на природному газі

Етан, пропан і бутан використовують значно менше, ніж метан. Сумішшю зріджених пропану й бутану заповнюють балони різної місткості (мал. 65), які застосовують 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. Етан використовують у деяких країнах для виробництва етилену.

Мал. 65. Балони із пропан-бутановою сумішшю

Цікаво знати

Із бутану добувають значну кількість оцтової кислоти.

Гомологи метану з кількістю атомів Карбону в молекулах від 5 до 18 є компонентами 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. 66), який сприяє перетворенню чадного газу та решток пального на вуглекислий газ і водяну пару.

Мал. 66. Насадка з каталізатором у розрізі

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

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

Найбільше ацетилену витрачають на виробництво етилового спирту, оцтової кислоти, полімерів, органічних розчинників. Завдяки високій температурі, що досягається під час горіння ацетилену в атмосфері кисню, цей газ використовують при зварюванні й різанні металів. Його і кисень підводять у спеціальний пальник, а полум'я спрямовують на метал (мал. 67). Працюючи з ацетиленом, потрібно пам'ятати, що суміші цього газу з повітрям або киснем вибухонебезпечні.

Мал. 67. 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 різних органічних сполук.

• 182. Охарактеризуйте склад нафти.
• 183. Чому нафта не має певної густини і температури кипіння?
• 184. Порівняйте склад природного і супутнього нафтового газів.
• 185. Назвіть основні сфери застосування вуглеводнів та їх природних джерел.
• 186. 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.
• 187. Природний газ одного з родовищ містить 94 % метану, 2 % етану, 2 % пропану (частки об'ємні), а також азот і вуглекислий газ. Який об'єм повітря необхідний для повного згоряння 1 м³ цього газу? Вважайте, що об'ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.
• 188. У результаті спалювання 10 г антрациту в надлишку кисню утворилося 18 л карбон(IV) оксиду (н. у.). Визначте масову частку Карбону в антрациті.