Beleške sa predavanja
Neorganska hemija 2 | Industrijska hemija
Industrijska hemija
· Materijali od opšte važnosti:
- Goriva
- Voda
- Staklo
- Cement
- Keramički materijali
- Vatrostalni materijali
- Eksplozivi
- Veštačka đubriva
- Celuloza
- Hartija
- Metali
· Neorganska hemijska tehnologija:
- Kiseline
- Baze
- Soli
- Tehnički gasovi
- Veštačka mineralna đubriva
- Mineralni pigmenti
· Organska hemijska industrija:
- Bazne organske hemikalije
- Polimeri (Polimerizacione i polikondenzacione mase)
· Biotehnologija
GORIVA
- Šta su goriva? Kako nastaju? Kako se dobijaju prirodnim i veštačkim putem i na koji način se primenjuju?
- Koji su uslovi da bi neki material mogao da se koristi kao gorivo?
- Učemu se ogleda vašnost toplotne energije u njenom korišćenju?
- Vrste goriva – Podela po agregatnom stanju (čvrsta, tečna i gasovita), po postanku, vrsti izvora energije, svojstvima, primeni.
- Postoje prirodna i veštačka goriva.
- Da li se nativna nafta može koristiti kao gorivo? Nativna nafta se ne može koristiti kao gorivo, već samo njene frakcije nakon frakcionog prečišćavanja.
- Sagorevanje (1 kcal = 4,186J)
- Koji elementi u gorivu sagorevaju? C, S i H.
- Po čemu se određuje kvalitet goriva? Po sadržaju ugljenika goriva jer je ugljenik najznačajniji.
- Zašto S i H ne učestvuju pozitivno na sagorevanje goriva? Prilikom sagorevanja vodonik se oksiduje u vodu. Tom prilikom se oslobađa određena količina toplote, međutim, za isparavanje te iste vode je potrebno mnogo više energije. Sagorevanjem sumpora nastaju sumpor(IV)-oksid i sumpor(VI)-oksid, dakle kiseli oksidi koji zagađuju životnu sredinu (kisele kiše) i nagrizaju postrojenje jer rastvaranjem u vodi daju kiseline
Postanak fosilnih goriva
- Fosilna goriva predstavljaju različite oblike organske supstance u biosferi. Proučavanjem ovih supstanci bavi se organska geohemija.
- Fotosinteza – ugljenik prelazi iz neorganske u organsku materiju.
- Kruženje organskog ugljenika u prirodi.
- Jednačina fotosinteze.
- Postanak nafte, prirodnog gasa.
- Po čemu se razlikuju barski gas i metan nastao iz nafte? I barski gas nastao na Zemljinoj površini sadrži metan, međutim, metan nastao iz nafte sadrži mnogo više ugljenikovog izotopa 13C. 13C-13C veze su jače od 12C-13C ili 12C-12C veza pa se u procesu nastanka fosilnih goriva raskidaju kasnije.
- Grafit je ostatak kerogena nakon nastanka bitumen, nafte i gasa. Taj ostatak je sve aromatičniji i aromatičniji od kondenzovanih benzenovih prstenova.
- Kerogen je najznačajniji oblik organske supstance u prirodi jer ga ima najviše, precursor je nafte i spona između organske i neorganske supstance u prirodi.
- Ugalj nije oblik organske supstance već je to sedimentna stena sa više od 50 procenata organske supstance. Neorganska supstanca iz uglja daje pepeo.
- U sedimentnim stenama ima samo oko 0.7 procenata organske supstance, ali ugalj može da sadrži i do 95%.
- Od čega se nafta sastoji i zbog čega su te grupe jedinjenja važna? 95% nafte čine C i H, tj ugljovodonici, a ostatak neki drugi elementi periodnog sistema. Dominantna klasa jedinjenja u nafti su zasićeni ugljovodonici, zatim aromatični. U nafti ima i N, S, O jedinjenja koja sui najkompleksnija za analizu. U naftama ima vrlo malo olefin jer je dvostruka veza veoma stabilna.
- Biološki marker – sastojci nafte, jedinjenja od fundamentalnog značaja za koja je talčno utvrđen biološki precursor i služe za identifikaciju porekla nafte.
- Više od 90% nafte je marinskog porekla, dok ugljevi imaju uglavnom kopneno poreklo.
- Jedinjenja koja se nalaze u većoj količini u nafti određuju se GH metodom, a ona manje zastupljena drugim metodama.
Prerada nafte
- Izolovanje frakcija nafte – svaka frakcija destiluje u različitom temperaturnom opsegu.
- Rektifikacija – Proces pri kome isparljiva supstanca više puta delimično isparava i pri tome dobijene pare kondenzuju. U dodiru gasovite i tečne faze, izmeljuje se toplota ii z tečne faze polako isparavaju najisparljivije supstance.
- Nafta pri rektifikaciji prolazi kroz kolonu na 1300 stepeni C gde se jako kratko zadržava. Pare se kondenzuju na podovima principom suprotnih tokova.
- Najbolje nafte su one sa malim udelom n-alkana jer se najlakše prerađuju.
- Laki benzin – petroletar
Srednji benzin – za motore sa unutrašnjim sagorevanjem.
- Krakovanje i reformovanje nafte.
- Šta su katalizatori? Katalizatori su supstance koje menjaju brzinu hemijske reakcije.
- Postrojenje za katalitičko krakovanje.
- Danas se krakovanje obavlja uz prisustvo katalizatora.
- Uloga krakovanja je da se prinos benzinske frakcije poveća (sa 15ak na oko 27%).
- Šta je reformovanje? Reformovanje obuhvata hemijske reakcije kojima se, u prisustvu katalizatora, menja struktura ugljovodonika dobijenih krekovanjem. Ovim postupkom se dobijaju benzini visokog oktanskog broja.
- Čime se meri kvalitet benzina? Benzin je kvalitetniji ukoliko sadrži veću količinu račvastih cikličnih i aromatičnih ugljovodonika. Merilo kvaliteta benzina je oktanski broj.
- Oktanski broj – Ako benzin ima oktanski broj 87, onda se pri sagorevanju ponaša kao smeša koja se sastoji od 87% izooktana i 13% n-heptana (izooktanu je dodeljen oktanski broj 100, a n-heptanu oktanski broj 0).
- Veštačko poboljšavanje oktanskog broja-
Čvrsta goriva
- Ugalj je sedimentna stena u kojoj se nalaze različiti oblici organske supstance (kerogen i bitumen).
- Drvo u stvari predstavlja ugalj najnižeg stepena karbonifikacije.
- Glavna karakteristika drveta je da sadrži puno kiseonika.
- Treset.
- Lignit je najmlađi tip mrkog uglja, ima jasnu strukturu drveta (ovaj ugalj predstavlja 70-80% uglja u Srbiji).
- Većina mrkih ugljeva ima visok procenat sumpora što je jako štetno po životnu okolinu.
- Kameni ugalj.
- Antracit sadrži 90-95% ugljenika.
- Nafta nastaje iz kerogena tipa 1 i 2, a ugalj iz kerogena tipa 3.
- Prerada uglja.
- Bituminozni škriljci – Potencijalni izvor goriva (nafte), slični su ugljevima, ali se u njima nalazi manje organske supstance. Međutim, bituminozni škriljci sadrže kerogen tipa 1 i 2 u visokom procentu pa se iz njih može dobiti nafta.
- Zašto se bituminozni škriljci ne upotrebljavaju u većoj količini za proizvodnju nafte? Pirolitička prerada bituminoznih škriljaca je skupa i stvara velike ekološke problem (“prljava tehnologija”).
- Kako se dobija sintetička nafta iz bituminoznih škriljaca i ugljeva? Iz bituminoznih škriljaca se prvo složenim tehnološkim procesom proizvodi sirovo ulje iz koga se rafinacijom dobijaju komercijalni proizvodi. Ugalj se prvo zagreva bez prisustva vazduha na 1200⁰C (suva destilacija) pri čemu se dobija koks koji sadrži samo C vezano. Daljim zagrevanjem se dobija nafta (bitumen).
- Ćumur – drveni ugalj.
Gasovita goriva
- Biogeni (barski) gas (metan kao najbitniji sastojak) – nastao u dijagenetskoj fazi promene organske supstance pri blagim uslovima razgradnjom izumrlih organizama, na malim dubinama.
- Katagenetski gas (takođe najvažniji sastojak metan) – nastao u fazi katageneze i metageneze iz kerogene pod dejstvom toplote i pritiska. U katagenetskoj fazi nastaju i neki viši homolozi, etan, propan, butan.
Veštačka gasovita goriva
- “posna” – gas visoke peći (mala toplotna moć), generatorski gas (vazdušni i mešani) i vodeni gas (dodaju mu se merkaptani jakog mirisa da bi se lako osetio jer sadrži opasni CO).
- “masna” – gas za osvetljenje (gradski gas) i švelni gas.
- Kameni ugalj >>>1200-1300⁰C>>> gas + koks + katran + NH3/H2O.
STAKLO
- Staklo je neorganska smeša koja prilikom hlađenja očvršćava ali ne kristališe.
- 1) Supstance koje grade staklo
a) oksidi nemetala: SiO2 (najvažniji), B2O3 (u obliku borne kiseline ili boraksa), P2O5;
b) oksidi alkalnih metala: NaO, K2O, Li2O;
c) oksidi zemnoalkalnih metala: CaO, MgO, BaO
d) ostali oksidi: PbO (u obliku minijuma Pb3O4), Al2O2;
e) stakleni otpatci.
- 2) Sredstva za bojenje
a) obojeni joni: Mn3+, Mn2+, Co3+, Ni2+;
b) koloidno dispergovane supstance: Cd3+, Au, Cu;
c) supstance koje su u staklu rastvorne u atomskom stanju: Se, Na2Sx.
- 3) Sredstva za obezbojavanje
oksidativna sredstva: šalitra, arsenik i šalitra,…
- 4) Sredstva za bistrenje
a) arsenik i šalitra;
b) arsen-pentoksid;
c) NaCl,...
- 5) Sredstva za zamućivanje
NaF, Ca2(PO4)3, TiO2,…
- Kako se staklo dobija? Prvo se pripreme osnovne sirovine stakla, zatim se istope, staklo se onda uobličava, hladi i naknadno obrađuje.
KERAMIKA
- Osnovni materijal za pripremu keramike je glina (kaolinit).
. Primarna i sekundarna glina
- Primarna glina bez gvožđa – kaolin.
- Primese
- Najvažnije osobine gline su elastičnost, poroznost i finoća zrna.
