Для получения алканов используются различные методы. Алканы выделяют из нефти, синтезируют из неорганических веществ, получают реакциями разложения или замещения.
Промышленность
Промышленным путём алканы выделяют из нефти, газа, каменного угля. Для этого используют крекинг – метод высокотемпературной переработки нефти. В результате снижения молекулярной массы образуются различные фракции (бензин, керосин, мазут), которые используются в качестве топлива.
Рис. 1. Нефть.
Под действием высоких температур разрушаются прочные ковалентные неполярные связи между атомами углерода. Одновременно с образованием свободных радикалов протекают реакции изомеризации, дегидрирования, полимеризации, в результате чего образуются различные полезные соединения. Конечным итогом крекинга является нефтяной кокс.
Вместе с алканами при крекинге образуются алкены:
C4H10 → C2H6 + C2H4.
Таким способом можно получить ценные вещества, содержащие алканы:
- моторное и ракетное топливо;
- бытовые газы;
- масла;
- воски;
- гудрон.
Для получения метана в промышленности используются два метода:
- соединение оксида углерода (II) и водорода на основе водяного пара и в присутствии катализатора: CO + 3H2 → CH4 + H2O;
- газификация твёрдого топлива в присутствии катализатора (никеля) при высокой температуре: C + 2H2 → CH4
Впервые крекинг был использован в конце XIX века. Промышленная установка была сконструирована и запатентована инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым.
Рис. 2. Установка для крекинга.
Лаборатории
Лабораторным способом алканы получают из неорганических веществ, реакциями замещения, гидролиза, гидрированием. В таблице описаны основные способы получения алканов в лабораториях.
|
Реакция |
Описание |
Уравнение |
|
Гидрирование галогеналканов |
Побочным продуктом является кислота |
CH3Cl + H2 → CH4 + HCl |
|
Гидролиз карбида алюминия |
Метод получения метана |
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 |
|
Взаимодействие карбида алюминия с сильными кислотами |
В результате образуется неорганическая соль и метан |
– Al4C3 + H2Cl → CH4 + AlCl3; – Al4C3 + H2SO4 → CH4 + Al2(SO4)3 |
|
Реакция Дюма |
Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами |
– CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4; – C2H5-COONa + NaOH → C2H6 + Na2CO3 |
|
Реакция Вюрца |
Взаимодействие натрия с галогенпроизводными алканов |
– 2CH3Cl + 2Na → C2H6 + 2NaCl; – CH3I + 2Na + C2H5I → C3H8 + 2NaI |
|
Гидрирование алкенов и алкинов |
Условия: высокая температура и присутствие катализатора (никеля) |
– C2H4 + H2 → C2H6; – C2H2 + 2H2 → C2H6 |
|
Реакция Кольбе (электролиз) |
Через раствор солей карбоновых кислот пропускается электрический ток. В результате на аноде протекает процесс окисления с образованием алканов |
2H2O + 2CH3COONa → H2 + 2NaHCO3 + C2H6 |
Рис. 3. Схема реакции Кольбе.
Применение
Из алканов получают парафины, вазелин, бензин, смеси, которые используют в промышленности, строительстве косметологии. Примеры использования алкенов:
- из парафина производят свечи, моющие средства, пропитку для спичек и бумаги;
- из вазелина изготавливают мази, косметические средства, масло;
- гудрон применяют для прокладки дорог;
- газообразные алканы используются в быту;
- бензин, керосин используют как топливо.
Алканы могут использоваться в сочетании с другими углеводородами – алкенами и алкинами, которые также получают из нефти.
Что мы узнали?
Рассмотрели способы получения алканов в промышленности и лабораториях. В промышленности алканы можно получить с помощью крекинга, синтеза простых веществ, реакцией присоединения угарного газа к молекуле водорода. В лабораториях алканы получают с помощью гидрирования, электролиза, гидролиза, присоединения. Алканы используются в промышленности для изготовления материалов, пропиток, масел. Жидкие и газообразные алканы используют в качестве топлива.
