Naturalne źródła węglowodorów
Pod koniec miały miejsce pierwsze próby wydobycia gazu łupkowego. Obecnie jest on wydobywany na dużą skalę w Stanach Zjednoczonych. W ostatnich latach również na terenie Polski i Europy rozpoczęto poszukiwania tego gazu. Przewiduje się, że polskie złoża gazu łupkowego mogą występować w polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku, na Pomorzu, wschodnim i północnym Mazowszu, Podlasiu i Lubelszczyźnie oraz na Przedgórzu Sudeckim. Czym różni się on od gazu ziemnego? Do czego można go stosować?
położenie węgla w układzie okresowym;
zapisywanie konfiguracji elektronowej atomu węgla;
definicję pojęcia związki organiczne;
budowę cząsteczki węglowodorów;
przebieg procesu destylacji.
jakimi właściwościami fizyko‑chemicznymi charakteryzują się węglowodory;
jakie są naturalne źródła węglowodorów;
które ze związków węgla z innymi pierwiastkami zaliczamy do związków nieorganicznych, a które do organicznych.
1. Związki organiczne – węglowodory
W związki chemiczne dzielono na związki mineralne, czyli te pozyskiwane ze skał i minerałów (nazywane dziś związkami nieorganicznymizwiązkami nieorganicznymi), oraz związki organicznezwiązki organiczne, czyli wytwarzane wyłącznie przez organizmy żywe. Dopiero w (w ) niemiecki chemik Friedrich Wöhler (czyt. fridriś wuler) jako pierwszy otrzymał w warunkach laboratoryjnych substancję organiczną – mocznik. Jest to jeden z produktów przemiany materii ludzi i zwierząt. Chociaż podział na chemię nieorganiczną i organiczną ma podłoże historyczne, to jest on stosowany do dzisiaj, mimo że obie te gałęzie chemii mają wiele wspólnych zagadnień i wzajemnie się przenikają.
Sprawdź z jakich atomów zbudowane są substancje pochodzenia organicznego. W tym celu wykonaj doświadczenie. Wybierz hipotezę, napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek.
Czy wiesz, w jaki sposób można sprawdzić z jakich atomów zbudowane są substancje pochodzenia organicznego? W tym celu wykonano doświadczenie.
Problem badawczy: Jaki jest skład chemiczny substancji organicznych?
Hipoteza: Substancje pochodzenia organicznego są zbudowane m.in. z węgla, wodoru i tlenu.
Co było potrzebne:
probówka;
statyw;
łapa;
palnik;
ziarna ryżu;
kawałek chleba;
pokrojony ziemniak lub inne warzywo.
Przebieg doświadczenia:
Do suchej probówki, zamocowanej do statywu łapą, włożono jeden z wybranych produktów spożywczych: kilka ziarenek ryżu, kawałek chleba, ziemniaka lub innego warzywa. Zawartość probówki ogrzewano w płomieniu palnika.
Obserwacje: Badany materiał zmienił zabarwienie na czarne, a na ściankach probówki pojawiły się krople bezbarwnej cieczy.
Wniosek: Badany materiał uległ zwęgleniu – w wyniku ogrzewania powstał pierwiastkowy węgiel. Bezbarwna ciecz to woda, czyli tlenek wodoru. Na podstawie tych obserwacji można stwierdzić, że badane substancje pochodzenia organicznego są zbudowane głównie z atomów węgla, tlenu i wodoru.
Napisz, jakich zasad BHP należy przestrzegać podczas wykonywania takiego doświadczenia?
Związki organiczneZwiązki organiczne to wszystkie związki chemiczne, w skład których wchodzą węgiel oraz atomy innych pierwiastków, takich jak wodór, tlen, azot, fosfor, krzem i siarka z wyjątkiem tych najprostszych, które tradycyjnie są zaliczane do związków nieorganicznych. Nieorganiczne związki węglaNieorganiczne związki węgla to np. tlenki węgla, kwas węglowy wraz z jego solami oraz węgliki i cyjanki. Najprostszymi związkami organicznymi są węglowodorywęglowodory, które są zbudowane z połączonych ze sobą atomów węgla i wodoru.
2. Naturalne zasoby węglowodorów
Najzasobniejszymi naturalnymi źródłami węglowodorów są przede wszystkim tzw. paliwa kopalnepaliwa kopalne, czyli ropa naftowa, gaz ziemny, a także węgiel kamienny, brunatny oraz inne jego odmiany, jak torf, antracyt czy szungit. Surowce te powstały z organizmów roślinnych i zwierzęcych w wyniku przeobrażenia pod wpływem odpowiedniej temperatury i wysokiego ciśnienia trwającego wiele milionów lat.
Według OPEC „Annual Stastical Bulletin ” zajwiększe udokumentowane zasoby paliw kopalnych w roku miały: Wenezuela ( miliardy baryłek), Arabia Saudyjska ( miliardów baryłek) i Iran ( miliardów baryłek). Znaczące zasoby miały również takie kraje jak Kuwejt, Irak i Zjednoczone Emiraty Arabskie. Największymi producentami ropy naftowej byli: USA ( milionów baryłek dziennie), Rosja ( miliona baryłek dziennie) oraz Arabia Saudyjska ( miliona baryłek dziennie).
2.1. Ropa naftowa
Ropa naftowa jest ciekłą mieszaniną węglowodorów stałych, ciekłych i gazowych oraz związków tlenu, azotu i siarki. Jej skład zależy od źródła pochodzenia. Ropa naftowa wydobywana ze złoża ma postać gęstej cieczy, najczęściej o ciemnobrunatnej barwie i ostrym zapachu.
Przeróbka ropy naftowej polega na jej wstępnym oczyszczaniu (na przykład odsiarczaniu), a następnie przeprowadzenie destylacji frakcjonowanej. Jest to metoda wykorzystująca różnicę w temperaturach wrzenia składników mieszaniny – w tym przypadku właśnie ropy naftowej. W wyniku destylacji otrzymujemy gazy rafineryjne, benzynę, naftę, a także oleje napędowe. Substancja, pozostająca po procesie destylacji, to mazut, z którego można uzyskać inne produkty, jak asfalt naftowy, smołę, wazelinę czy parafinę. Ponadto ropa naftowa służy do produkcji opon samochodowych, olejów silnikowych, tworzyw sztucznych, materiałów wybuchowych, leków, kosmetyków oraz świec.
Obejrzyj poniższy film i wykonaj polecenia.
Polska przez prawie pół wieku była światową potęgą w wydobyciu i przetwarzaniu ropy naftowej, zwanej wówczas olejem skalnym. W polski farmaceuta i chemik Ignacy Łukasiewicz uruchomił w Bóbrce pierwszą na świecie kopalnię ropy naftowej. Na Podkarpacie przyjeżdżano z Ameryki, Rosji i Imperium Brytyjskiego nauczyć się, jak ją wydobywać, a następnie jak ją destylować. Z polskich złóż w rekordowym wydobyto ponad ton ropy. Później ich wydajność spadła, a na świecie odkryto bogatsze złoża.
Lampa naftowa
Prototyp lampy naftowej Ignacy Łukasiewicz skonstruował razem z lwowskim blacharzem Adamem Bratkowskim. Była ona masywna, z cylindrycznym blaszanym zbiornikiem na naftę, będącym jednocześnie zabezpieczeniem przed ewentualnym wybuchem paliwa (co w przypadku lamp olejowych było możliwe). Na zbiornik założono metalową rurę z okienkiem i otworami zapewniającymi przepływ powietrza. Zanurzony w zbiorniku knot był wyprowadzony specjalnym otworem ponad zbiornik do metalowej rury, gdzie się palił. Po raz pierwszy lampę naftową zapalono w aptece Mikolascha w marcu , zaś w nocy lipca przy jej świetle chirurg Zaorski zoperował Władysława Choleckiego, ratując mu życie. Dzień ten uchodzi za początek światowego przemysłu naftowego. W wielu krajach lampy naftowe stanowiły w połowie popularny i tani sposób oświetlenia mieszkań. Dopiero wyparła je żarówka elektryczna.
2.2. Gaz ziemny
Gaz ziemny może występować samodzielnie lub ze złożami ropy naftowej lub węgla kamiennego. Jest to mieszanina węglowodorów gazowych – głównie metanu, w mniejszych ilościach etanu, propanu, butanu, oraz innych związków organicznych, a także nieorganicznych, takich jak tlenki węgla, tlenki azotu czy siarkowodór. Zawartość poszczególnych składników gazu ziemnego jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia.
Gaz ziemny przed wysłaniem do odbiorców jest oczyszczany i odpowiednio przetwarzany. Ponieważ główne składniki gazu ziemnego są bezwonne, nadaje się im charakterystyczny zapach, aby był wyczuwalny w razie nieszczelności np. w kuchenkach gazowych.
Poszukiwanie i wydobycie gazu z łupków
Gaz pozyskiwany z położonych głęboko pod ziemią łupków osadowych jest nazywany gazem łupkowym lub gazem z łupków. Ma on skład podobny do gazu ziemnego: zawiera metan () i azot, a czasami również śladowe ilości etanu, propanu, helowców oraz tlenu. Łupki to skały o niskiej przepuszczalności, dlatego wydobycie z nich gazu wymaga zaawansowanych technicznie metod.
2.3. Węgle kopalne
Węgle kopalne należą do nieodnawialnych surowców energetycznych. Ich odmiany różnią się barwą (od lekko brunatnej do intensywnie czarnej), twardością oraz zawartością procentową pierwiastka węgla. Warto zaznaczyć, że węgle kopalne to tak naprawdę mieszaniny różnych związków, składających się z różnych pierwiastków, i nie można ich utożsamiać z pierwiastkowym węglem.
Złoża węgla kamiennego w Polsce znajdują się na terenie trzech zagłębi: na Górnym Śląsku, na Lubelszczyźnie i na Dolnym Śląsku. Jednak w zaprzestano jego wydobycia w Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym. Obecnie to z Górnośląskiego Zagłębia Węglowego pochodzi ponad wydobywanego w Polsce węgla. Na terenach tych eksploatację złóż rozpoczęto już w połowie
Podsumowanie
Związki organiczne ulegają zwęgleniu w podwyższonej temperaturze; wydzielają się także inne produkty rozkładu termicznego substancji organicznych, jak np. woda.
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne – gaz ziemny, ropa naftowa oraz węgle kopalne.
Składniki ropy naftowej, np. benzynę, naftę, olej napędowy, wyodrębnia się wykorzystując proces destylacji.
Substancje uzyskane z ropy naftowej służą do produkcji opon samochodowych, olejów silnikowych, tworzyw sztucznych, materiałów wybuchowych, leków, kosmetyków oraz świec.
Wyszukaj w Internecie stronę Muzeum Podkarpackiego w Krośnie i wybierz się w wirtualną podróż. Odwiedź salę wystawową z ekspozycją pt. „Historia oświetlenia”, gdzie zaprezentowano jedną z najliczniejszych i najefektowniejszych kolekcji lamp naftowych w Europie.
Odszukaj w karcie charakterystyki metanu informacje wskazujące na rodzaj zagrożenia, jakie może stwarzać ten gaz.
Jakie właściwości metanu sprawiają, że gaz ten jest niebezpieczny? Uzasadnij swoją odpowiedź.
Ignacy Łukasiewicz
Aptekarz, konstruktor lampy naftowej i twórca przemysłu naftowego w Polsce. Jako pierwszy przeprowadził destylację ropy naftowej i założył jej pierwszą na świecie kopalnię.
Friedrich Wöhler
Niemiecki chemik, profesor uniwersytetu w Getyndze. Jako pierwszy ze związku nieorganicznego (cyjanianu amonu) otrzymał w laboratorium związek organiczny (mocznik). Odkrył karbid i opracował także metodę otrzymywania acetylenu z wody i karbidu.
Słownik
wszystkie związki chemiczne, w skład których wchodzą węgiel oraz atomy innych pierwiastków, takich jak wodór, tlen, azot, fosfor, krzem i siarka, z wyjątkiem tych najprostszych, które tradycyjnie są zaliczane do związków nieorganicznych
związki chemiczne wszystkich pierwiastków poza węglem, z wyjątkiem jego najprostszych związków, które nie są klasyfikowane jako związki organiczne
najprostsze związki węgla tradycyjnie zaliczane do związków nieorganicznych; są to: tlenki węgla, kwas węglowy i jego sole oraz węgliki i cyjanki
związki chemiczne, których cząsteczki są zbudowane z atomów węgla i wodoru
surowce, które powstały z organizmów roślinnych i zwierzęcych w wyniku przeobrażenia pod wpływem odpowiedniej temperatury i wysokiego ciśnienia, trwającego wiele milionów lat; są to: ropa naftowa, gaz ziemny, a także węgiel kamienny, brunatny oraz inne jego odmiany takie jak torf, antracyt czy szungit
Ćwiczenia
Połącz w pary hasła z ich objaśnieniami.
węglowodory, związki organiczne, benzyna, metan
związki chemiczne węgla z innymi pierwiastkami z wyjątkiem związków nieorganicznych (tlenki, kwas węglowy i jego sole) | |
związki chemiczne, których cząsteczki są zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru | |
główny składnik gazu ziemnego | |
produkt destylacji ropy naftowej |
Na rysunku przedstawiono schemat destylacji ropy naftowej. Przyporządkuj odpowiednie frakcje/produkty destylacji do miejsc, w których są odbierane, oznaczonych cyframi .
Na rysunku przedstawiono rozmieszczenie złóż węgla brunatnego i kamiennego w Polsce. Przyporządkuj odpowiednie elementy do poszczególnych miejsc oznaczonych cyframi.
Odpowiedz na pytanie: gdzie występują złoża węgla kamiennego i brunatnego?
Acetylenek wapnia, potocznie zwany karbidem, to związek odkryty przez Friedriecha Wöhlera. Znalazł zastosowanie m.in. jako źródło światła w przenośnych lampach. Przeczytaj poniższy tekst i zaznacz, czy zdania są prawdziwe, czy fałszywe.
Carbide lamps, or acetylene gas lamps, are simple lamps that produce and burn acetylene () which is created by the reaction of calcium carbide () with water (). Portable acetylene gas lamps, were carried by hand or worn on the hat, were widely used in mining in the early twentieth century. Carbide lamps were also used as lighthouse beacons and as headlights on motor‑cars and bicycles. The lamp produced no carbon monoxide, consumed less oxygen, gave a brighter light than candles or oil‑wick lamps. Average runtime in carbide cap lamps was only about four hours, necessitating a carbide refill mid‑shift, which could leave the miner in darkness.
Bibliografia
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2021.
Encyklopedia PWN
McMurry J., Chemia organiczna, t. 1, Warszawa 2000.
OPEC launches Annual 2019 Stastical Bulletin, 54th Edition, Austria 1965‑2019.