Destylacja węgla kamiennego i ropy naftowej

1. Energetyczne surowce naturalne

Postęp ludzkości zawsze bazował na surowcach naturalnych. Mało tego – determinowały one nasze życie do tego stopnia, że nazwy epok (np. epoka kamienia, brązu, żelaza) są bezpośrednio związane z ich nazwami. Rozwój cywilizacyjny jest uzależniony od potrzeb energetycznych. Człowiek pierwotny potrzebował niewielkiej ilości energii, by utrzymać właściwą temperaturę ciała, przygotować pożywienie czy odstraszyć dzikie zwierzęta. Obecnie rozwój nowych technologii i transportu, wzrost komfortu życia powodują, że energia – obok żywności i powietrza – jest jedną z największych potrzeb człowieka.

Współczesna energetyka wykorzystuje głównie nieodnawialne paliwa naturalne, tj.: węgle kopalne, ropę naftową i gaz ziemny oraz pierwiastki rozszczepialne – uran i tor. Ze względu na zmniejszanie się zasobów tych paliw, trwają poszukiwania alternatywnych źródeł energii.

RZavoLeu6uFFk

Schemat przedstawiający podział źródeł energii na nieodnawialne i odnawialne. Do każdego ze źródeł zamieszczono przykładowe zdjęcie. Do nieodnawialnych źródeł energii należą: ropa naftowa — zdjęcie kopalni, gaz ziemny — palniki gazowe, paliwo jądrowe — dymiące kominy fabryki, węgiel kamienny i brunatny — stosy węgla, łupki bitumiczne — zdjęcie łupek oraz torf — zdjęcie gleby torfowej. Źródła odnawialne to: promieniowanie słoneczne — baterie słoneczne, wiatr — wiatraki, woda — elektrownia wodna, ciepło geotermalne — pompy geotermalne, biomasa — brykiet drzewny, biopaliwo — zdjęcie stosu trocin pod daszkiem.

Głównym bogactwem energetycznym Polski są węgiel kamienny i brunatny, stąd też produkcja energii elektrycznej w naszym kraju odbywa się głównie z wykorzystaniem węgla. Złoża gazu ziemnego i ropy naftowej są niewielkie, dlatego obecnie są one importowane.

R1HIjuMZkH5he

Ilustracja przedstawia mapę Polski z podziałem na województwa. Na dole mapy w legendzie opisano znaki użyte na mapie. Oznaczono i opisano główne miasta. Na mapie przedstawiono występowanie i wydobycie surowców energetycznych. Kolorem szarym zaznaczono obszary, na których występują złoża węgla kamiennego, a kolorem brązowym obszary, na których występują złoża węgla brunatnego. Kolorem fioletowym zaznaczono obszary, na których występują złoża ropy naftowej i gazu ziemnego. Za pomocą sygnatur oznaczono miejsca ich wydobycia. Zasadniczo pokrywają się one z miejscem występowania złóż. Opisano nazwy okręgów przemysłowych. Złoża węgla kamiennego występują w województwie śląskim, tam też jest największe wydobycie. Drugim obszarem dużego występowania, ale mniejszego wydobycia złóż węgla kamiennego jest Lubelskie Zagłębie Węglowe. Złoża węgla brunatnego zlokalizowane są w wielu miejscach w województwie lubuskim, wielkopolskim, dolnośląskim i łódzkim ale wydobycie odbywa się tylko w kilku rejonach, jak Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie. Ropa naftowa i gaz ziemny występują i są wydobywane w województwie podkarpackim, lubuskim, w środkowej części województwa wielkopolskiego, północnej części województwa zachodnio‑pomorskiego oraz w północnej części województwa dolnośląskiego. Przeważa wydobycie gazu ziemnego.

Polecenie 2

Dopasuj nazwę złoża do miejsca, w którym surowce są wydobywane.

Rir5c1CXMcTso

Mapa Polski prezentująca złoża oraz wydobycie węgla kamiennego i brunatnego.

R1K5NwQfyJR2c

1 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie

1 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie

R104cxBcj4gH7

Węgiel Kamienny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy Węgiel Brunatny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy

Węgiel Kamienny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy Węgiel Brunatny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy

2. Węgle kopalne

AntracytantracytAntracyt, węgiel kamienny, węgiel brunatny i torftorftorf to odmiany węgli kopalnych, czyli mieszanin związków chemicznych o dużej procentowej zawartości węgla pierwiastkowego. Ich złoża powstawały miliony lat temu w gorącym, wilgotnym klimacie, w warunkach beztlenowych. Odmiany węgli kopalnych różnią się barwą (od lekko brunatnej do intensywnie czarnej), twardością, połyskiem, zawartością procentową pierwiastka węgla, co wynika ze stopnia uwęglenia (karbonizacji) materii organicznej.

Ciekawostka

Najstarszą geologicznie odmianą węgli kopalnych, o największej procentowej zawartości pierwiastka węgla (ponad $98\%$), jest szungit. Powstał w wyniku karbonizacji antracytu, ponad $2 \text{mld}$ lat temu. Ma czarną barwę i charakteryzuje się intensywnym połyskiem. Jego nazwa pochodzi od miejscowości Szunga w północno–zachodniej Rosji.

RcX2d1fwLA455

Na zdjęciu przedstawiono szungit. Skała o barwie ciemnoszarej.

Każda z odmian węgli kopalnych ma znaczenie praktyczne. TorftorfTorf, ze względu na zawartość humusuhumushumusu, jest stosowany głównie w rolnictwie i ogrodnictwie do nawożenia gleb, choć np. w Irlandii i Finlandii nadal bywa stosowany jako opał. W medycynie jest wykorzystywany do leczenia m.in. chorób reumatycznych oraz niektórych schorzeń narządów wewnętrznych (np. kąpiele borowinowe). Węgla brunatnego używa się jako źródła energii – przede wszystkim w elektrociepłowniach. Jego luźna i porowata struktura pozwala na zatrzymanie wody, dlatego po zmieleniu z powodzeniem można go wykorzystać również do pielęgnacji trawników i roślin ozdobnych czy hodowli grzybów, np. boczniaków. AntracytantracytAntracyt jest stosowany na niewielką skalę, głównie w procesach uzdatniania wody i oczyszczania ścieków, do produkcji elektrod, a także jako opał do kominka.

Rujr7U35g1hmW

Na zdjęciu przedstawiono odłamek szungitu z widocznym przełamem muszlowym. Skała ma kolor ciemnoszary i błyszczącą powierzchnie.

RKqkozGgVa2pd

Na ilustracji przedstawiono pięć kawałków antracytu o nieregularnych kształtach. Skała jest barwy ciemnoszarej, posiada metaliczny połysk.

RiwTcVNbWKz4M

Na zdjęciu przedstawiono węgiel kamienny. Skała o barwie ciemnoszarej, posiada delikatny połysk.

R18vG6v7iwYY3

Na ilustracji przedstawiono węgiel kamienny. Skała ma nieregularny kształt, czarną barwę, nie posiada połysku.

R8OmfZljKraFh

Na zdjęciu przedstawiono kawałek torfu. Skała o barwie brązowej, matowa. Kształtem przypomina zlepioną kulę z błota.

3. Przetwarzanie węgla kamiennego

Węgiel kamienny może być wykorzystywany jako źródło energii w formie nieprzetworzonej. Spalanie całkowite węgla jest procesem egzoenergetycznym, co pozwala używać go jako materiału opałowego oraz zastosować w przemyśle.

Dużą część tego surowca poddaje się procesom przeróbki, w wyniku czego otrzymuje się wiele cennych substancji. Jednym z takich procesów, który przeprowadza się w koksowniach, jest pirogenizacjapirogenizacja (piroliza, koksowanie, odgazowanie, sucha destylacja)pirogenizacja, zwana również pirolizą, koksowaniem, odgazowaniem czy też suchą destylacją węgla kamiennego. Surowiec ogrzewa się do temperatury około $1000°\text{C}$ bez dostępu powietrza. W tych warunkach następuje jego rozkład.

Piroliza węgla kamiennego1

Doświadczenie 1

R1QxXy3i8FJAE

Problem badawczy:. Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Hipoteza 2: Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1., Hipoteza 2.). Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

RJ0DZSJv0qLvK

Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.

Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RJ0DZSJv0qLvK

Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.

Problem badawczy:

Jakie substancje powstają w wyniku pirolizy węgla?

Hipoteza:

Węgiel kamienny zawiera wiele różnych substancji chemicznych.

Co było potrzebne:

• węgiel kamienny;

• palnik gazowy;

• probówka z szyjką boczną;

• korek z rurką odprowadzającą;

• odbieralnik;

• lejek;

• szkiełko zegarkowe;

• uniwersalne papierki wskaźnikowe.

Przebieg doświadczenia:

Zmontowano zestaw do ogrzewania, złożony z probówki z szyjką boczną, korka z rurką odprowadzająca i odbieralnika. Następnie do probówki dodano niewielką ilość rozdrobnionego węgla kamiennego. Zamknięto wylot korkiem z rurką odprowadzającą, a jej drugi koniec umieszczono w odbieralniku. Probówkę ogrzewano w płomieniu palnika gazowego. Gaz wydobywający się z rurki odbieralnika miał ostry, charakterystyczny zapach. Następnie do wylotu rurki odbieralnika przyłożono zapaloną zapałkę. Wydobywający się gaz uległ zapaleniu. W odbieralniku zebrała się ciemnobrązowa ciecz. Za pomocą uniwersalnego papierka wskaźnikowego zbadano pH cieczy, która zabarwiła go na zielono. W probówce pozostał czarny osad, podobny do koksu.

W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymano produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny).

1

Polecenie 4

R1aqTgjDnlmBp

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Pamiętaj, że obserwacje to wszystkie zmiany, jakie jesteśmy w stanie zauważyć za pomocą zmysłów (wzroku, słuchu, dotyku oraz węchu).

Wnioski: Co wynika z obserwowanych przez Ciebie zmian? Nawiąż w swojej odpowiedzi do sformułowanego pytania w problemie badawczym.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje: Gaz wydobywający się z rurki odbieralnika ma ostry, charakterystyczny zapach. W odbieralniku zbiera się ciemnobrązowa ciecz, która barwi na zielono uniwersalny papierek wskaźnikowy. W probówce pozostaje czarny osad, podobny do koksu.

Wnioski: W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymuje się produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny). Ciemnobrązowa ciecz ma odczyn zasadowy.

1

Polecenie 4

RUbT9zIdO0ZlU

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

O jakim odczynie substancji świadczy zielone zabarwienie papierka wskaźnikowego?

Pokaż odpowiedź

Ciecz otrzymana podczas doświadczenia miała odczyn zasadowy.

W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymuje się produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny). KokskoksKoks jest praktycznie czystym węglem z niewielką domieszką związków nieorganicznych. Ma porowatą strukturę. Charakteryzuje się dużą wartością opałową. Smoła węglowasmoła węglowaSmoła węglowa jest mieszaniną wielu związków chemicznych, głównie organicznych. Ma postać czarnej, gęstej cieczy o charakterystycznym zapachu.

Destylacja frakcyjna smoły węglowej pozwala pozyskać szereg związków organicznych, które są cennymi surowcami dla przemysłu chemicznego. Pozostałość po destylacji smoły węglowej to, tak zwany, pak węglowy. Służy do otrzymywania smoły i lepiku dachowego oraz do brykietowania pyłu węglowego.

Woda pogazowawoda pogazowaWoda pogazowa to wodny roztwór amoniaku i soli amonowych. Gaz koksowniczygaz koksowniczyGaz koksowniczy jest mieszaniną wodoru, metanu, tlenku węgla($\text{II}$). Wszystkie produkty suchej destylacji węgla kamiennego mają szerokie zastosowanie.

R1DRWy02hPlvF

W centralnej części grafiki znajduje się wykres kołowy, przedstawiający skład węgla kamiennego, którego cztery fragmenty oznaczono różnymi kolorami. Dodatkowo, tło dookoła wykresu podzielono na cztery części i zakolorowano je na odpowiadające mu kolory. Na każdym fragmencie tła umieszczono zdjęcia ukazujące zastosowania poszczególnych produktów destylacji. Kolorem niebieskim oznaczono koks, jego zawartość procentowa wynosi od siedemdziesięciu do osiemdziesięciu procent. Zastosowania to: karbid, reduktor w wielkim piecu i elektrody węglowe. Kolorem czerwonym oznaczono gaz koksowniczy, a jego zawartość procentowa wynosi od czternastu do osiemnastu procent. Zastosowanie to źródło energii. Kolorem fioletowym oznaczono wodę pogazową, a jej zawartość procentowa wynosi od czterech do siedmiu procent. Zastosowanie to nawozy sztuczne. Kolorem pomarańczowym oznaczono smołę węglową, której zawartość procentowa wynosi od dwóch do pięciu procent. Zastosowania to: materiały wybuchowe, tworzywa sztuczne, leki, barwniki. W prawym dolnym rogu grafiki znajduje się schematyczna ilustracja wielkiego pieca. Na ilustracji wymieniono produkty procesu wielkopiecowego, są nimi: żużel, krzemiany oraz glinokrzemiany wapnia i magnezu oraz gazy wielkopiecowe. Wymieniono również surowce procesu wielkopiecowego: gorące powietrze oraz wsad: rudy żelaza, koks, topniki.

4. Czarne złoto, czyli ropa naftowa

Ropę naftową wydobywano już w starożytności. Wykorzystywano ją wówczas, bez żadnego przetwarzania, jako lek na choroby skórne i reumatyzm. Służyła także do balsamowania zwłok. Niejednokrotnie używano jej do celów wojennych – w walce z wrogiem stosowano płonące strzały oraz tzw. ogień grecki (łatwopalna ciecz, zawierająca między innymi ropę naftową, smołę, siarkę, saletrę, sól kamienną, żywicę, wapno palone).

Ropa, zwana także olejem skalnym, powstała prawdopodobnie w wyniku rozkładu szczątków roślinnych oraz zwierzęcych w warunkach beztlenowych, przy udziale bakterii anaerobowych.

Jest mieszaniną kilku tysięcy substancji chemicznych, głównie węglowodorów (stałych, ciekłych i gazowych). Zawiera również związki siarki, azotu i tlenu. Ma postać gęstej cieczy o barwie ciemnobrunatnej i ostrym zapachu. Pali się żółtym kopcącym płomieniem.

RHZhk4mMZmmr1

Na mapie przedstawiono zasoby ropy naftowej na koniec dwa tysiące dwunastego roku (w miliardach baryłek). Bliski Wschód: osiemset osiem, Ameryka Centralna i Południowa: trzysta dwadzieścia osiem, Ameryka Północna: dwieście dwadzieścia, Europa i Eurazja: sto czterdzieści jeden, Afryka: sto trzydzieści, Azja i Pacyfik: czterdzieści dwa.

Początków przetwórstwa ropy naftowej należy szukać w Polsce. W $1853 \text{r}.$ polski chemik, farmaceuta i przedsiębiorca Ignacy ŁukasiewiczIgnacy ŁukasiewiczIgnacy Łukasiewicz wspólnie z Janem Zehem opracowali metodę destylacji ropy naftowej (destylacja frakcyjnadestylacja frakcyjna (destylacja frakcjonowana, rektyfikacja)destylacja frakcyjna, zwana również destylacją frakcjonowaną), uzyskując w ten sposób kilka produktów, między innymi naftę. Jeszcze w tym samym roku Łukasiewicz skonstruował lampę naftową. Odkrycie to miało bezpośredni wpływ na rozwój przemysłu naftowego. Założona przez niego kopalnia ropy naftowej w Bóbrce była pierwszym takim obiektem na świecie.

Ciekawostka

Po raz pierwszy lampa naftowa została wykorzystana $31$ lipca $1853 \text{r}.$ do przeprowadzenia operacji nocą w lwowskim szpitalu. Dzięki temu udało się uratować życie pacjenta, który nie przeżyłby do rana. Lwowski szpital po tym wydarzeniu zamontował lampy naftowe w salach i zakupił $500 \text{kg}$ nafty, dokonując pierwszej na świecie transakcji naftowej. Lampa naftowa była źródłem światła tańszym w eksploatacji od olejów czy też oświetlenia gazowego oraz kilkakrotnie wydajniejszym niż świeca.

Historia rozwoju oświetlenia

Historia rozwoju oświetlenia

RtsU1XmmVZJ6G

Na zdjęciu przedstawiono ognisko. Na dole podpis: Ogień to jeden z najważniejszych wynalazków ludzkości. początkowo rozniecano go, pocierając o siebie dwa kawałki drewna, potem uderzano o siebie dwa krzemienie lub krzemieniem o żelazo.

RhSXqOMokTmmi

Zdjęcie przedstawia zapaloną pochodnie. Kawałek materiału zawinięty na jednym z końców kija, polany substancją ropopochodną i podpalony. Na dole zdjęcia podpis: Obserwując, jak palą się różne gatunki drzew, człowiek pierwotny zauważył, że najjaśniej świeciły nasycone żywicą gałęzie drzew iglastych. Zaczęto z nich wytwarzać łuczywa, a wkrótce łuczywo próbowano obkładać sitowiem lub łatwopalnym włóknem i tak powstały pochodnie.

R1JSWahdEI7fJ

Zdjęcie przedstawiające kilkanaście zapalonych pochodni. Na dole podpis: W późniejszym okresie pochodnie polewano smołą drzewną, olejem lub inną substancją łatwopalną. Taką formę oświetlenia czasami stosowano nawet w dziewiętnastym wieku.

R7thtqU7Jvh7Q

Zdjęcie przedstawia ceramiczne naczynie w kolorze pomarańczowym. Na dole podpis: Około pięciu tysięcy lat temu zaczynają się pojawiać pierwsze ceramiczne naczynia na olej, tak zwane lampki oliwne, które w późniejszych wiekach wykonywane były z brązu (stopu miedzi z cyną) lub żelaza. Nazywano je kagankami. Istotny wpływ na jakość światła miał knot. Początkowo wytwarzano go z mchu, a około dwóch tysięcy lat przed naszą erą knoty tkano bądź wyplatano z włókien lnu lub konopi.

R1dMj9eL6yiFm

Na zdjęciu przedstawiono świeczkę z zapalonym knotem. Na dole opis: Pierwsze świece woskowe (z wosku pszczelego) pojawiły się prawdopodobnie w drugim wieku przed naszą erą u Etrusków. W dziesiątym wieku otrzymano świecę z łoju zwierzęcego, zwaną łojówką, która była tańsza od świecy woskowej, ale dawała słabsze światło. W tysiąc osiemset dwudziestym piątym roku wyprodukowano świecę stearynową (wytwarzaną z mieszaniny kwasu stearynowego i palmitynowego).

RLO9dVQXQjUWB

Na zdjęciu przedstawiono lampę oliwną ze szklanym kloszem. Lampa składa się z trzech elementów: szklanego zbiornika na olej, metalowego pokrętła umożliwiającego regulację wysokości knota, klosz. Na dole opis: Wraz z upowszechnieniem się destylacji ropy naftowej na rynku pojawiły się świece produkowane z parafiny. Od szesnastego do osiemnastego wieku udoskonalono lampę oliwną, wprowadzając szklany kominek nad płomieniem, palnik z knotem taśmowym oraz mechanizm tłoczący paliwo do palnika.

R1dtWtIRqv3uS

Na zdjęciu przedstawiono lampę gazową. Lampa składa się z dwóch szklanych naczyń połączonym elementem wykonanym z metalu. Lampa osadzona jest na małym drewnianym pudełku z szufladami. Na dole podpis: W tysiąc siedemset dziewięćdziesiątym drugim roku powstała pierwsza lampa gazowa, w której zastosowano gaz koksowniczy, otrzymywany podczas suchej destylacji węgla. Lampy gazowe używane były głównie do oświetlania ulic. Na przełomie dziewiętnastego i dwudziestego wieku zaczęły rozpowszechniać się lampy karbidowe, tak zwane karbidówki, w których paliwem był acetylen (produkt reakcji karbidu z wodą).

R1CI4KAodOhwo

Na zdjęciu przedstawiono lampę naftową. Na dole opis: W tysiąc osiemset pięćdziesiątym trzecim roku polski chemik, farmaceuta, przemysłowiec — Ignacy Łukasiewicz skonstruował pierwszą lampę naftową, która była efektem prac nad destylacją ropy naftowe. Ten typ oświetlenia był bardziej wydajny od świec, tańszy niż oleje i wygodniejszy w użyciu. W tysiąc osiemset pięćdziesiątym czwartym roku w Gorlicach została zapalona pierwsza na świecie uliczna lampa naftowa.

R1XrK0aVsscVo

Na zdjęciu przedstawiono dwie żarówki elektryczne. Na dole podpis: dwudziesty pierwszy października tysiąc osiemset siedemdziesiątego dziewiątego roku rozbłysła wyposażona w węglowy żarnik elektryczna żarówka skonstruowana przez genialnego samouka Thomasa Edisona. Trzy lata po tym odkryciu zbudowano w Nowym Jorku pierwszą na świecie elektrownię, która zapewniła prąd do zasilania dziesięciu tysięcy żarówek. W dwudziestym wieku żarówka była cały czas udoskonalana.

R1FEo9gOyNWRY

Na zdjęciu przedstawiono żarówkę elektryczną z wolframowym żarnikiem. Na dole podpis: proste włókno węglowe zastąpiono spiralnym włóknem wolframowym, a do szklanej bańki, w której początkowo była próżnia (żarówka próżniowa) wprowadzono mieszaninę gazu szlachetnego (głownie $\text{Ar}$, $\text{Kr}$, $\text{Xe}$) z azotem (żarówka gazowana).

R4Iqh8cXkcFfN

Na zdjęciu przedstawiono lampę neonową, wygiętą na kształt słowa NEON. Lampa świeci się na niebiesko. Na dole podpis: W tysiąc dziewięćset dziesiątym roku we Francji skonstruowano lampę neonową (tak zwaną jarzeniówkę). Dzisiaj jarzeniówki są stosowane w technice oświetleniowej jako neony reklamowe.

R13zPE5ZwOZ67

Zdjęcie przedstawia cztery lampy świetlówki o różnych konstrukcjach i długościach. Na dole opis: W tysiąc dziewięćset trzydziestym ósmym roku w USA i Rosji powstały pierwsze świetlówki — lampy świecące w wyniku zjawiska luminescencji (źródłem fal świetlnych jest związek chemiczny wzbudzony przez promieniowanie ultrafioletowe). Ze względu na obecność par rtęci mogą być niebezpieczne pod stłuczeniu.

RabOMNfWGdZzB

Zdęcie przedstawia świetlówkę kompaktową. Na dole opis: Modyfikacją świetlówek prostych są świetlówki kompaktowe (błędnie nazywane żarówkami energooszczędnymi) mające kształt litery U lub spirali. Mogą one zastępować tradycyjne żarówki. Ponieważ żarówki te zawierają niewielkie ilości oparów rtęci, dlatego nie można wyrzucać ich do kosza na odpady.

R1IskBcIePhcQ

Zdjęcie przedstawia żarówkę halogenową znajdującą się w lampce na biurko. Na dole opis: w tysiąc dziewięćset pięćdziesiątym dziewiątym roku skonstruowano pierwszą żarówkę halogenową, która oprócz gazu obojętnego zawiera halogen, najczęściej jod. Takie żarówki mają wiele zalet, między innymi mają niewielkie rozmiary, dają mocne, jasne światło i wykazują mniejszy pobór energii niż żarówki tradycyjne.

R1MpumvYaxAe1

Zdjęcie przedstawia żarówkę typu led. Na dole podpis: w tysiąc dziewięćset sześćdziesiątym drugim roku w General Electric Company powstała pierwsza żarówka typu LED, ale dopiero w roku tysiąc dziewięćset siedemdziesiątym drugim skonstruowano żarówkę LED świecącą światłem żółtym. Obecnie tradycyjne żarówki są zastępowane oświetleniem ledowym. Pozwalają one efektywnie wykorzystać energię i mają znacznie większą trwałość, sięgającą nawet do stu tysięcy godzin pracy.

5. Destylacja ropy naftowej

Destylacja ropy naftowej1

Doświadczenie 2

RvEGtj0H6mpZ9

Problem badawczy:. Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Hipoteza 2: Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1., Hipoteza 2.). Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

R1LgvEgphkHmO

Zestaw do destylacji ropy naftowej. Zestaw zbudowany jest z czaszy grzewczej, w której znajduje się kolba okrągłodenna. Do wylotu kolby przyłączony został deflegmator (urządzenie mające postać szklanej rurki z dziurkami, w której następuje częściowe skroplenie par opuszczających kolbę destylacyjną). Do boku deflegmatora przyłączona jest chłodnica (szklana rurka posiadająca na obu brzegach wlot i wylot wody, służąca do schłodzenia i częściowego skroplenia par opuszczających kolbę destylacyjną). Na drugim końcu chłodnicy znajduje się odbieralnik kondensatu w postaci szklanej kolby płaskodennej.

Przeprowadzono doświadczenie zgodnie z opisem.

Problem badawczy:

Jakie substancje można wyodrębnić z ropy naftowej?

Hipoteza:

Ropa naftowa jest mieszaniną wielu substancji chemicznych.

Co było potrzebne:

• ropa naftowa;

• łuczywo;

• czasza grzewcza;

• kolba okrągłodenna o pojemności $250 {\text{cm}}^3$;

• deflegmator;

• kamyczki wrzenne;

• termometr;

• chłodnica;

• trzy korki;

• trzy kolby stożkowe;

• trzy parowniczki porcelanowe.

Przebieg doświadczenia:

Zmontowano zestaw do destylacji składający się z kolby destylacyjnej, deflegmatora, termometru, chłodnicy i odbieralnika. Następnie do kolby wlano około $100 {\text{cm}}^3$ ropy naftowej i dodano kilka kamyczków wrzennych, aby zapobiec przegrzaniu się cieczy. Kolbę ogrzano w czaszy grzewczej. Poszczególne produkty destylacji ropy naftowej (frakcje) zebrano do kolb stożkowych, w przedziałach temperatur: $40—180°\text{C}$, $180—250°\text{C}$ i od $250—350°\text{C}$, każdą z kolb zamknięto korkiem. Następnie przeniesiono po $1 {\text{cm}}^3$ każdej porcji destylatu do trzech parowniczek i za pomocą palącego się łuczywka zbadano palność każdej z otrzymanych frakcji.

Obserwacje:

Podczas destylacji frakcyjnej ciecz w kolbie wrze, pary skraplają się w chłodnicy i spływają do odbieralników. Temperatura zmienia się w trakcje procesu.

Wnioski:

Metoda ta pozwala na rozdzielenie składników ropy naftowej na poszczególne frakcje – destylaty mają inną temperaturę wrzenia i charakterystyczne zapachy. Różnią się barwą (od bezbarwnej, poprzez jasnożółtą, aż do brunatnej) oraz gęstością (gęstość poszczególnych frakcji jest coraz większa). Wszystkie próbki są palne, przy czym im wyższa temperatura wrzenia, tym trudniej następuje zapłon.

RpFB1Y2JwgBj2

Na filmie ukazano destylację ropy naftowej, a także porównano palność otrzymanych frakcji.

Na filmie ukazano destylację ropy naftowej, a także porównano palność otrzymanych frakcji.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RpFB1Y2JwgBj2

Na filmie ukazano destylację ropy naftowej, a także porównano palność otrzymanych frakcji.

1

Polecenie 9

RxccyrmwG2NzZ

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Pamiętaj, że obserwacje to wszystkie zmiany, jakie jesteśmy w stanie zauważyć za pomocą zmysłów (wzroku, słuchu, dotyku oraz węchu).
Wnioski: Co wynika z obserwowanych przez Ciebie zmian? Nawiąż w swojej odpowiedzi do sformułowanego pytania w problemie badawczym.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje: Podczas destylacji frakcyjnej ciecz w kolbie wrze, pary skraplają się w chłodnicy i spływają do odbieralników. Temperatura zmienia się w trakcje procesu.
Wnioski: Metoda ta pozwala na rozdzielenie składników ropy naftowej na poszczególne frakcje – destylaty mają inną temperaturę wrzenia i charakterystyczne zapachy. Różnią się między sobą barwą (od bezbarwnej, poprzez jasnożółtą, aż do brunatnej). Wszystkie próbki są palne, przy czym im wyższa temperatura wrzenia, tym trudniej następuje zapłon.

1

Polecenie 9

Wyjaśnij, na czym polega proces destylacji ropy naftowej.

R1D6OOXxTWMWO

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż odpowiedź

Destylacja ropy naftowej to proces, który pozwala na oddzielenie od siebie poszczególnych frakcji ropy, różniących się między sobą temperaturą wrzenia.

Pokaż odpowiedź

Destylacja ropy naftowej polega na podgrzaniu jej do wysokiej temperatury w rafineriach. Następnie zawarte w niej węglowodory przekształcają się w różne gazy, z których każdy skrapla się. Następnie ropa zostaje podzielona na frakcje.

6. Znaczenie produktów pozyskiwanych z ropy naftowej

Ropa naftowa jest bez wątpienia jednym z najważniejszych surowców wykorzystywanych przez człowieka ze względu na duże znaczenie poszczególnych składników, jakie można z niej pozyskiwać. Stąd też rafinerie ropy naftowej pracują w, tak zwanym, procesie ciągłym. Na szczycie kolumny destylacyjnej odbierane są gazy rafineryjnegazy rafineryjnegazy rafineryjne, czyli mieszanina czterech pierwszych alkanów. Ponadto otrzymuje się cztery frakcje: benzynę, naftę, olej napędowy i mazutmazutmazut.

Frakcje o temperaturze wrzenia powyżej $350°\text{C}$ poddaje się destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem, uzyskując między innymi oleje, wazelinę, parafinę oraz asfalt.

Dziś nikt nie ma wątpliwości, że ropa naftowa odgrywa ogromną rolę w funkcjonowaniu współczesnego świata. Jest tak cenna, że dostęp do terenów, na których występuje, często bywa przyczyną konfliktów zbrojnych. Produkty pochodzące z przerobu tego surowca otaczają nas na co dzień, począwszy od środków transportu, które poruszają się po asfaltowych drogach lub w przestworzach, po oleje, smary, smołę, tworzywa sztuczne, leki, gumę, kosmetyki, zabawki, materiały wybuchowe, odzież i inne wyroby codziennego użytku.

R17m7EogWDGtT

Na schemacie przedstawiono produkty destylacji ropy naftowej, wraz z ich temperaturami wrzenia. Są to: gazy rafineryjne — sto pięćdziesiąt stopni Celsjusza, benzyna — dwieście stopni Celsjusza, nafta — trzysta stopni Celsjusza, olej napędowy — trzysta siedemdziesiąt stopni Celsjusza, mazut — czterysta stopni Celsjusza. Przedstawiono również zastosowanie tych produktów w przemyśle petrochemicznym, motoryzacyjnym, chemicznym, medycznym, kosmetyce.

7. Gaz ziemny

Gaz ziemny to, tak zwane, błękitne paliwo, które może występować samodzielnie lub obok pokładów ropy naftowej. Jest to mieszanina lekkich węglowodorów, gdzie głównym składnikiem jest metan. Zawiera również inne węglowodory, a także azot, tlenek węgla($\text{IV}$) oraz bardzo często siarkowodór i hel. Ze względu na obecność tlenku węgla($\text{IV}$) i siarkowodoru gaz ziemny po wydobyciu wymaga oczyszczenia, ponieważ w innym wypadku powstający tlenek siarki($\text{IV}$) powodowałby niebezpieczne zanieczyszczenia środowiska. Po odsiarczeniu cechuje go duża wydajność energetyczna, niska emisja gazów cieplarnianych, a także brak niebezpiecznych odpadów. Znaczenie tego surowca energetycznego, uważanego za najczystsze źródło energii, cały czas wzrasta.

R8hD7AGmZ3PeQ

Na zdjęciu ukazano stalowe wysokie kolumny z rurami, drabinkami i balkonami. W tle znajdują się pola i niebieskie niebo.

RuPjJMbySGPVe

Na zdjęciu ukazano trzy palniki gazowe płonące błękitnymi płomieniami.

R6KcUirn1N2Ep

Na zdjęciu ukazano marmurowy kominek gazowy z ciemną, drewnianą obudową. W kominku płonie pomarańczowy ogień.

RXSjKtNfLAdgM

Na zdjęciu podłużne, szklane, szczelne naczynie ze świecącym na fioletowo gazem.

RSHORCK1MoUmp

Na zdjęciu ukazano dwupiętrowy dom jednorodzinny. Ściany są koloru białego, a dach jest ciemnoniebieski i pochyły. W trzech pokojach pali się światło. Niebo w tle jest różowo—błękitne.

RKClFdzicaTur

Na zdjęciu ukazano biało—zieloną ciężarówkę przewożącą paliwo, stojącą na stacji benzynowej. Dookoła ciężarówki stoją ludzie, a z lewej strony zdjęcia znajduje się niebieska flaga z białym napisem CNG. Niebo w tle jest pokryte szarymi chmurami.

Podsumowanie

• Do naturalnych paliw kopalnych zaliczamy: węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, ropę naftową i gaz ziemny.

• W wyniku ogrzewania węgla kamiennego w temperaturze około $1000°\text{C}$ bez dostępu powietrza (proces pirogenizacji), powstają koks, smoła węglowa, woda pogazowa i gaz koksowniczy.

• Destylacja frakcyjna ropy naftowej, pod ciśnieniem normalnym, pozwala pozyskać gazy rafineryjne, benzynę, olej napędowy i mazut.

• Destylacja mazutu pod zmniejszonym ciśnieniem prowadzi do uzyskania między innymi olejów, asfaltu naftowego, smoły, wazeliny czy parafiny.

Słownik

Ignacy Łukasiewicz-7Chorkówka-8Zaduszniki

R17ISXn7WsUFz

Na ilustracji przedstawiono Ignacego Łukasiewicza. Jest to starszy mężczyzna, siedzi on na krześle, łokieć opiera na stole i jest skierowany pod kątem do kamery.

Ignacy Łukasiewicz

8 p.n.e Zaduszniki – 7 p.n.e Chorkówka

Aptekarz, konstruktor lampy naftowej i twórca przemysłu naftowego w Polsce. Jako pierwszy człowiek na świecie przeprowadził destylację ropy naftowej i założył pierwszą kopalnię ropy naftowej.

Ćwiczenia

Bibliografia

McMurry J., Chemia organiczna, Warszawa 2000.