Acizii naftenici (NA) sunt un amestec de mai mulți acizi ciclopentil și ciclohexilcarboxilici cu o greutate moleculară de 120 până la 700 sau mai multe unități de masă atomică. Fracția principală sunt acizii carboxilici cu un schelet de carbon de la 9 la 20 de atomi de carbon. Oamenii de știință susțin că acizii naftenici (NA) sunt acizi carboxilici cicloalifatici cu 10-16 atomi de carbon, deși în uleiurile grele s-au găsit acizi care conțin până la 50 de atomi de carbon.
Etimologie
Termenul își are rădăcinile în termenul oarecum arhaic „naftenă” (cicloalifatic, dar nearomatic), care este folosit pentru a clasifica hidrocarburile. A fost folosit inițial pentru a descrie un amestec complex de acizi pe bază de petrol, când metodele analitice disponibile la începutul anilor 1900 puteau identifica doar câțiva cu acuratețe.componente de tip naftenic. Astăzi, acidul naftenic este folosit mai general pentru a se referi la toți acizii carboxilici prezenți în petrol (fie că sunt ciclici, aciclici sau compuși aromatici) și acizii carboxilici care conțin heteroatomi precum N și S. Numeroase studii au arătat că majoritatea acizilor cicloalifatici conțin, de asemenea acizi alifatici cu catenă ramificată și acizi aromatici. Unii acizi conțin > 50% acizi alifatici și aromatici combinați.
Formula
Acizii naftenici sunt reprezentați prin formula generală CnH2n-z O2, unde n este numărul de atomi de carbon și z este seria omoloagă. Valoarea z este 0 pentru acizii aciclici saturați și crește la 2 în acizii monociclici, la 4 în acizii biciclici, la 6 în acizii triciclici și la 8 în acizii tetraciclici.
Sărurile acizilor numite naftenați sunt utilizate pe scară largă ca surse de ioni metalici hidrofobi într-o varietate de aplicații. Sărurile de aluminiu și sodiu ale acidului naftenic și acidului palmitic au fost combinate în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru a face napalm. Și napalmul a fost sintetizat cu succes. Cuvântul „napalm” provine din cuvintele „acid naftenic” și acid palmitic”.
Conexiune ulei
Natura, originea, extracția și utilizarea comercială a acidului naftenic au fost studiate de ceva timp. Se știe că țițeiul din zăcăminte din România, Rusia, Venezuela, Marea Nordului, China și Africa de Vestconține o cantitate mare de compuși acizi în comparație cu majoritatea țițeiului din SUA. Conținutul de acid carboxilic al unor produse petroliere din California este deosebit de ridicat (până la 4%), unde cele mai comune clase de acizi carboxilici sunt raportate a fi acizii cicloalifatici și aromatici.
Compoziție
Compoziția variază în funcție de compoziția țițeiului și de condițiile din timpul prelucrării și oxidării. Fracțiile care sunt bogate în acizi naftenici pot cauza deteriorarea coroziunii echipamentelor de rafinărie, astfel încât fenomenul de coroziune acidă (NAC) a fost bine studiat. Țițeiul cu aciditate ridicată este adesea denumit țiței cu număr total de aciditate ridicat (TAN) sau țiței cu aciditate ridicată (HAC). Acizii naftenici sunt un contaminant major în apă din extracția uleiului din nisipurile petroliere Athabasca (AOS). Acizii au atât toxicitate acută, cât și cronică pentru pești și alte organisme.
de mediu
În lucrarea sa des citată, publicată în Toxicological Sciences, Rogers a afirmat că amestecurile de acid naftenic sunt cei mai importanți poluanți ai mediului din producția de nisipuri petrolifere. Ei au descoperit că, în cele mai nefavorabile condiții, toxicitatea acută este puțin probabilă pentru mamiferele sălbatice expuse la acizi din apă, dar expunerea repetată poate avea efecte negative asupra sănătății.
În articolul său din 2002citat de peste 100 de ori, Rogers et al au raportat o procedură de laborator pe bază de solvenți concepută pentru a extrage eficient acizii din volume mari de apă Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Acizii naftenici sunt prezenți în AOS Tailings Water (TPW) la o concentrație estimată de 81 mg/L, un nivel prea scăzut pentru ca TPW să fie considerat o sursă viabilă pentru recuperarea comercială.
Șterge
Acidul naftenic este îndepărtat din substanțele petroliere nu numai pentru a minimiza coroziunea, ci și pentru a recupera produse utile comercial. Cea mai mare utilizare actuală și istorică a acestui acid este în producția de naftenați metalici. Acizii sunt extrași din distilate de petrol prin extracție alcalină, regenerați printr-un proces de neutralizare acidă și apoi distilat pentru a îndepărta impuritățile. Acizii vânduți comercial sunt clasificați după numărul de acid, nivelul de impuritate și culoarea. Folosit pentru a produce naftenați metalici și alți derivați, cum ar fi esteri și amide.
Naftenați
Naftenații sunt săruri acide analoge cu acetații corespunzători, mai bine definiți, dar mai puțin utili. Naftenații, ca și acizii naftenici din petrol, sunt foarte solubili în medii organice, cum ar fi vopselele. Ele sunt utilizate în industrie, inclusiv în producția de astfel de lucruri utile: detergenți sintetici, lubrifianți, inhibitori de coroziune, aditivi pentru combustibil și ulei lubrifiant, conservanți.pentru lemn, insecticide, fungicide, acaricide, agenți de umectare, agenți de îngroșare a napalmului și desicanți de ulei utilizați în vopsire și tratarea suprafețelor lemnului.
Nisipuri petrolifere
Un studiu afirmă că acizii naftenici sunt cel mai activ poluant de mediu dintre toate substanțele derivate din extracția petrolului din nisipurile petrolifere. Cu toate acestea, în condiții de scurgere și contaminare, este puțin probabil să apară toxicitate acută la mamiferele sălbatice expuse la acizi din apa iazului de decantare, dar expunerea repetată poate avea efecte adverse asupra sănătății animalelor. Acizii sunt prezenți în nisipurile petrolifere și în apa de decantare la o concentrație estimată de 81 mg/L.
Folosind protocoalele Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE) pentru testarea toxicității, cercetătorii americani au susținut că, pe baza studiilor lor, NA purificate, atunci când sunt administrate oral, nu au fost genotoxice acut pentru mamifere. Cu toate acestea, daunele cauzate de NDT din expunerea pe termen scurt în timpul expunerii acute sau intermitente se pot acumula la expunerea repetată.
Ciclopentan
Ciclopentanul este o hidrocarbură aliciclică inflamabilă cu formula chimică C5H10 și numărul CAS 287-92-3, constând dintr-un inel de cinci atomi de carbon, fiecare legat la doi atomi de hidrogen deasupra și dedesubtul planului. Este adesea prezentat sub formălichid incolor cu miros asemănător benzinei. Punctul său de topire este de -94°C și punctul de fierbere este de 49°C. Ciclopentanul aparține clasei de cicloalcani și sunt alcani cu unul sau mai multe inele de atomi de carbon. Se formează prin cracarea ciclohexanului în prezența aluminei la temperatură și presiune ridicată.
Producția de acizi naftenici, inclusiv ciclopentan, și-a pierdut caracterul de masă anterior în ultimii ani.
A fost preparat pentru prima dată în 1893 de chimistul german Johannes Wieslikus. Recent, este adesea denumit acizi naftenici.
Rol în producție
Ciclopentanul este utilizat în producția de rășini sintetice și adezivi din cauciuc și ca agent de suflare în producerea spumei izolatoare poliuretanice, care se găsește în multe aparate de uz casnic, cum ar fi frigiderele și congelatoarele, înlocuind alternativele dăunătoare mediului, cum ar fi CFC -11 și HCFC- 141b.
Lubrifianții de alchilare cu ciclopentan multiplu (MAC) au volatilitate scăzută și sunt utilizați în unele aplicații specializate.
Statele Unite produc peste jumătate de milion de kilograme din această substanță chimică pe an. În Rusia, acizii naftenici (inclusiv ciclopentan) sunt produși ca produs natural al procesării petrolului.
Cicloalcanii pot fi obținuți folosind un proces cunoscut sub numele de reformare catalitică. De exemplu, 2-metilbutanul poate fi transformat în ciclopentan folosind un catalizator de platină. Acesta este folosit în special înmașinile, deoarece alcanii ramificati vor arde mult mai repede.
Caracteristici fizice și chimice
În mod surprinzător, ciclohexanii lor încep să fiarbă cu 10 °C mai mult decât hexahidrobenzenul sau hexanaftena, dar această ghicitoare a fost rezolvată în 1895 de Markovnikov, N. M. Kishner și Nikolai Zelinsky când au reutilizat hexahidrobenzenul și hexanaftena ca metilciclopentan - rezultatul unei reacții neașteptate.
Deși destul de nereactiv, ciclohexanul suferă oxidare catalitică pentru a forma ciclohexanonă și ciclohexanol. Un amestec de ciclohexanonă-ciclohexanol, numit „ulei KA”, este materia primă pentru acid adipic și caprolactamă, precursori ai nailonului.
Aplicație
Este folosit ca solvent în unele mărci de fluid corector. Ciclohexanul este uneori folosit ca solvent organic nepolar, deși n-hexanul este mai frecvent utilizat în acest scop. De asemenea, este adesea folosit ca solvent de recristalizare, deoarece mulți compuși organici prezintă o solubilitate bună în ciclohexan fierbinte și o solubilitate slabă la temperaturi scăzute.
Ciclohexanul este, de asemenea, utilizat pentru calibrarea instrumentelor de calorimetrie cu scanare diferenţială (DSC) datorită tranziţiei convenabile de la cristal la cristal la -87,1 °C.
Vaporii de ciclohexan sunt utilizați în cuptoarele de cementare în vid la fabricarea echipamentelor de tratament termic.
Deformare
Un inel cu 6 vârfuri nu se potrivește cu forma unui hexagon perfect. Conformația hexagonului plan are o tensiune unghiulară semnificativă, deoarece legăturile sale nu sunt de 109,5 grade. Deformarea de torsiune va fi, de asemenea, semnificativă, deoarece toate legăturile vor fi eclipsate.
De aceea, pentru a reduce deformarea de torsiune, ciclohexanul adoptă o structură tridimensională cunoscută sub numele de „scaun conformațional”. Există, de asemenea, alți doi conformeri intermediari - „jumătate de scaun”, care este cel mai instabil conformator și „barcă răsucită”, care este mai stabilă. Aceste nume excentrice au fost propuse pentru prima dată încă din 1890 de Hermann Sachs, dar au devenit mult mai târziu acceptate pe scară largă.
Jumătate dintre atomii de hidrogen sunt în planul inelului (ecuatorial), iar ceal altă jumătate sunt perpendiculare pe plan (axial). Această conformație oferă cea mai stabilă structură de ciclohexan. Există o altă conformație a ciclohexanului cunoscută sub numele de „conformația barcă”, dar se va transforma într-o formațiune de „scaun” puțin mai stabilă.
Ciclohexanul are cel mai mic unghi și deformarea de torsiune dintre toți cicloalcanii, ceea ce duce la ca ciclohexanul să fie considerat 0 în deformarea totală a inelului. Același lucru este valabil și pentru sărurile de sodiu ale acizilor naftenici.
faze
Ciclohexanul are două faze cristaline. Faza I de temperatură ridicată, stabilă între +186 °C și temperaturăpunctul de topire +280 °C, este un cristal de plastic, ceea ce înseamnă că moleculele păstrează un anumit grad de libertate de mișcare. Faza II la temperatură scăzută (sub 186°C) este mai ordonată. Celel alte două faze III și IV de temperatură joasă (metastabile) au fost obținute prin aplicarea unor presiuni moderate peste 30 MPa, iar faza IV apare exclusiv în ciclohexanul deuterat (rețineți că aplicarea presiunii crește toate temperaturile de tranziție).
