Axit naphten (NA) là hỗn hợp của một số axit xiclopentyl và xiclohexylcarboxylic có khối lượng phân tử từ 120 đến 700 đơn vị khối lượng nguyên tử trở lên. Phần chính là các axit cacboxylic có khung cacbon từ 9 đến 20 nguyên tử cacbon. Các nhà khoa học khẳng định rằng axit naphthenic (NA) là axit cacboxylic xicloaliphatic có 10-16 nguyên tử cacbon, mặc dù axit có chứa tới 50 nguyên tử cacbon đã được tìm thấy trong dầu nặng.
Từ nguyên
Thuật ngữ này có nguồn gốc từ thuật ngữ cổ xưa "naphthene" (xicloaliphatic nhưng không thơm), được sử dụng để phân loại hydrocacbon. Ban đầu nó được sử dụng để mô tả một hỗn hợp phức tạp của các axit gốc dầu mỏ khi các phương pháp phân tích có sẵn vào đầu những năm 1900 chỉ có thể xác định được một số với độ chính xác.các thành phần loại naphthenic. Ngày nay, axit naphthenic được sử dụng phổ biến hơn để chỉ tất cả các axit cacboxylic có trong dầu mỏ (cho dù là hợp chất mạch vòng, mạch hở hoặc thơm) và axit cacboxylic có chứa dị nguyên tử như N và S. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu hết các axit xicloaliphatic cũng chứa thẳng và axit béo mạch nhánh và axit thơm. Một số axit chứa > 50% axit béo và thơm kết hợp.
Công thức
Axit naphten được biểu diễn bằng công thức chung CnH2n-z O2, trong đó n là số nguyên tử cacbon và z là dãy đồng đẳng. Giá trị z là 0 đối với axit mạch hở no và tăng lên 2 ở axit đơn chức, lên 4 ở axit hai vòng, lên 6 ở axit ba vòng và lên 8 ở axit bốn vòng.
Muối của axit được gọi là naphthenat được sử dụng rộng rãi làm nguồn ion kim loại kỵ nước trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các muối nhôm và natri của axit naphthenic và axit palmitic đã được kết hợp trong Chiến tranh thế giới thứ hai để tạo ra bom napalm. Và bom napalm đã được tổng hợp thành công. Từ "napalm" bắt nguồn từ các từ "axit naphthenic" và axit palmitic ".
Nối dầu
Bản chất, nguồn gốc, chiết xuất và sử dụng thương mại của axit naphthenic đã được nghiên cứu trong một thời gian khá dài. Được biết, dầu thô từ các mỏ ở Romania, Nga, Venezuela, Biển Bắc, Trung Quốc và Tây Phichứa một lượng lớn các hợp chất có tính axit so với hầu hết dầu thô của Hoa Kỳ. Hàm lượng axit cacboxylic trong một số sản phẩm dầu mỏ của California đặc biệt cao (lên đến 4%), trong đó các loại axit cacboxylic phổ biến nhất được báo cáo là axit xicloaliphatic và axit thơm.
Thành phần
Thành phần thay đổi tùy thuộc vào thành phần của dầu thô và các điều kiện trong quá trình xử lý và oxy hóa. Các phân đoạn giàu axit naphthenic có thể gây ra sự ăn mòn làm hỏng thiết bị của nhà máy lọc dầu, vì vậy hiện tượng ăn mòn axit (NAC) đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Dầu thô có tính axit cao thường được gọi là dầu thô có tổng số axit cao (TAN) hoặc dầu thô có tính axit cao (HAC). Axit Naphthenic là chất gây ô nhiễm chính trong nước từ quá trình khai thác dầu từ cát dầu Athabasca (AOS). Axit có cả độc tính cấp tính và mãn tính đối với cá và các sinh vật khác.
Môi trường
Trong bài báo được trích dẫn đăng trên tạp chí Toxicological Sciences, Rogers nói rằng hỗn hợp axit naphthenic là chất gây ô nhiễm môi trường đáng kể nhất từ việc sản xuất cát dầu. Họ phát hiện ra rằng trong những điều kiện tồi tệ nhất, độc tính cấp tính khó có thể xảy ra đối với động vật có vú hoang dã tiếp xúc với axit trong nước, nhưng nếu tiếp xúc nhiều lần có thể có những tác động xấu đến sức khỏe.
Trong bài báo năm 2002 của anh ấyđược trích dẫn hơn 100 lần, Rogers và cộng sự đã báo cáo một quy trình phòng thí nghiệm dựa trên dung môi được thiết kế để chiết xuất hiệu quả các axit từ một lượng lớn nước Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Axit naphten có trong AOS Tailings Water (TPW) với nồng độ ước tính là 81 mg / L, mức quá thấp để TPW được coi là nguồn khả thi để thu hồi thương mại.
Xóa
Axit naphhenic được loại bỏ khỏi các chất dầu mỏ không chỉ để giảm thiểu sự ăn mòn mà còn để thu hồi các sản phẩm hữu ích về mặt thương mại. Việc sử dụng axit này lớn nhất trong lịch sử và hiện tại là trong sản xuất naphthenat kim loại. Axit được chiết xuất từ sản phẩm chưng cất dầu mỏ bằng cách chiết xuất kiềm, tái sinh trong quá trình trung hòa axit, sau đó được chưng cất để loại bỏ tạp chất. Axit bán trên thị trường được phân loại theo số axit, mức độ tạp chất và màu sắc. Được sử dụng để sản xuất naphthenat kim loại và các dẫn xuất khác như este và amit.
Naphthenates
Naphthenat là muối axit tương tự như axetat tương ứng, được xác định rõ hơn nhưng ít hữu ích hơn. Naphthenat, giống như axit naphthenic trong dầu mỏ, có khả năng hòa tan cao trong môi trường hữu cơ như sơn. Chúng được sử dụng trong công nghiệp, bao gồm sản xuất những thứ hữu ích như: chất tẩy rửa tổng hợp, chất bôi trơn, chất ức chế ăn mòn, nhiên liệu và phụ gia dầu bôi trơn, chất bảo quảncho gỗ, thuốc diệt côn trùng, thuốc diệt nấm, thuốc diệt nấm mốc, chất làm ẩm, chất làm đặc napalm và chất hút ẩm dầu được sử dụng trong sơn và xử lý bề mặt gỗ.
cát dầu
Một nghiên cứu chỉ ra rằng axit naphthenic là chất gây ô nhiễm môi trường tích cực nhất trong tất cả các chất có nguồn gốc từ việc khai thác dầu từ cát dầu. Tuy nhiên, trong điều kiện rò rỉ và ô nhiễm, độc tính cấp khó có thể xảy ra ở động vật có vú hoang dã tiếp xúc với axit trong nước ao thải, nhưng nếu tiếp xúc nhiều lần có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe động vật. Axit có trong cát dầu và nước quặng đuôi với nồng độ ước tính là 81 mg / L.
Sử dụng các giao thức của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) để kiểm tra độc tính, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ lập luận rằng, dựa trên các nghiên cứu của họ, các NA tinh khiết, khi dùng đường uống, không gây độc cho động vật có vú. Tuy nhiên, thiệt hại do NDT gây ra do phơi nhiễm ngắn hạn trong quá trình phơi nhiễm cấp tính hoặc gián đoạn có thể tích tụ khi phơi nhiễm nhiều lần.
Cyclopentane
Cyclopentane là một hydrocacbon mạch hở dễ cháy có công thức hóa học C5H10 và số CAS 287-92-3, bao gồm một vòng năm nguyên tử cacbon, mỗi nguyên tử liên kết với hai nguyên tử hydro ở trên và dưới mặt phẳng. Nó thường được trình bày dưới dạngchất lỏng không màu, có mùi tương tự như xăng. Điểm nóng chảy của nó là -94 ° C và điểm sôi của nó là 49 ° C. Xyclopentan thuộc loại xicloalkane và là ankan có một hoặc nhiều vòng nguyên tử cacbon. Nó được hình thành bằng cách bẻ khóa xyclohexan với sự có mặt của alumin ở nhiệt độ và áp suất cao.
Việc sản xuất axit naphthenic, bao gồm cả xiclopentan, đã mất đi tính chất phổ biến trước đây của nó trong những năm gần đây.
Nó được điều chế lần đầu tiên vào năm 1893 bởi nhà hóa học người Đức Johannes Wieslikus. Gần đây, nó thường được gọi là axit naphthenic.
Vai trò trong sản xuất
Cyclopentane được sử dụng trong sản xuất nhựa tổng hợp và chất kết dính cao su, và làm chất thổi trong sản xuất bọt cách nhiệt polyurethane, được tìm thấy trong nhiều thiết bị gia dụng như tủ lạnh và tủ đông, thay thế các chất thay thế có hại cho môi trường như CFC -11 và HCFC- 141b.
Chất bôi trơn nhiều cyclopentane alkyl hóa (MAC) có độ bay hơi thấp và được sử dụng trong một số ứng dụng chuyên dụng.
Hoa Kỳ sản xuất hơn nửa triệu kg hóa chất này mỗi năm. Ở Nga, axit naphthenic (bao gồm cả xiclopentan) được sản xuất như một sản phẩm tự nhiên của quá trình chế biến dầu.
Cycloalkanes có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một quá trình được gọi là cải cách xúc tác. Ví dụ, 2-metylbutan có thể được chuyển đổi thành xiclopentan bằng cách sử dụng chất xúc tác bạch kim. Điều này đặc biệt được sử dụng trongô tô, vì ankan phân nhánh sẽ cháy nhanh hơn nhiều.
Đặc điểm vật lý và hóa học
Đáng ngạc nhiên là xyclohexan của chúng bắt đầu sôi cao hơn hexahydrobenzene hoặc hexanaphthene 10 ° C, nhưng câu đố này đã được giải vào năm 1895 bởi Markovnikov, N. M. Kishner và Nikolai Zelinsky khi họ thay thế hexahydrobenzene và hexanaphthene thành methylcyclopentane - kết quả của một phản ứng dữ dội không mong muốn.
Mặc dù không phản ứng, nhưng xyclohexan trải qua quá trình oxy hóa xúc tác để tạo thành xyclohexanone và xyclohexanol. Một hỗn hợp của xyclohexanone-xyclohexanol, được gọi là "dầu KA", là nguyên liệu cho axit adipic và caprolactam, tiền chất của nylon.
Đơn
Nó được sử dụng làm dung môi trong một số nhãn hiệu chất lỏng hiệu chỉnh. Cyclohexan đôi khi được sử dụng như một dung môi hữu cơ không phân cực, mặc dù n-hexan được sử dụng phổ biến hơn cho mục đích này. Nó cũng thường được sử dụng làm dung môi kết tinh lại, vì nhiều hợp chất hữu cơ thể hiện khả năng hòa tan tốt trong xyclohexan nóng và hòa tan kém ở nhiệt độ thấp.
Cyclohexane cũng được sử dụng để hiệu chỉnh các thiết bị đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) do quá trình chuyển đổi tinh thể sang tinh thể thuận tiện ở -87,1 ° C.
Hơi xyclohexan được sử dụng trong lò nung cacbon chân không trong sản xuất thiết bị xử lý nhiệt.
Biến dạng
Một chiếc nhẫn có 6 đỉnh không phù hợp với hình dạng của một hình lục giác hoàn hảo. Hình dạng lục giác phẳng có biến dạng góc đáng kể vì các liên kết của nó không phải là 109,5 độ. Biến dạng xoắn cũng sẽ đáng kể vì tất cả các liên kết sẽ bị che khuất.
Vì vậy, để giảm biến dạng xoắn, xyclohexan sử dụng cấu trúc ba chiều được gọi là "ghế phù hợp". Ngoài ra còn có hai bộ điều chỉnh trung gian khác - "nửa ghế", là bộ điều chỉnh không ổn định nhất và "thuyền xoắn", ổn định hơn. Những cái tên lập dị này lần đầu tiên được đề xuất vào đầu năm 1890 bởi Hermann Sachs, nhưng đã được chấp nhận rộng rãi sau đó.
Một nửa số nguyên tử hydro nằm trong mặt phẳng của vòng (theo phương ngang), và nửa còn lại vuông góc với mặt phẳng (theo phương trục). Cấu trúc này cung cấp cấu trúc xyclohexan ổn định nhất. Có một dạng khác của xyclohexan được gọi là "dạng thuyền", nhưng nó sẽ chuyển thành dạng "phân" ổn định hơn một chút.
Cyclohexan có góc và biến dạng xoắn thấp nhất trong tất cả các xycloalkanes, dẫn đến xyclohexan được coi là 0 trong tổng biến dạng vòng. Điều này cũng đúng đối với muối natri của axit naphthenic.
Pha
Cyclohexane có hai pha tinh thể. Nhiệt độ cao giai đoạn I, ổn định giữa +186 ° C và nhiệt độđiểm nóng chảy + 280 ° C, là một tinh thể dẻo, có nghĩa là các phân tử vẫn giữ được một số mức độ tự do chuyển động. Giai đoạn II ở nhiệt độ thấp (dưới 186 ° C) được đặt hàng nhiều hơn. Hai giai đoạn III và IV ở nhiệt độ thấp (có thể di chuyển) khác được thu được bằng cách đặt áp suất vừa phải trên 30 MPa, và giai đoạn IV chỉ xuất hiện trong xyclohexan đã deutexan (lưu ý rằng việc áp dụng áp suất sẽ làm tăng tất cả các nhiệt độ chuyển tiếp).
