Нафтен қышқылдары (NA) молекулалық салмағы 120-дан 700-ге дейін немесе одан да көп атомдық массалық бірлікке дейінгі бірнеше циклопентил және циклогексилкарбон қышқылдарының қоспасы. Негізгі фракция - көміртегі қаңқасы 9-дан 20-ға дейін көміртегі атомдары бар карбон қышқылдары. Ғалымдар нафтен қышқылдары (НҚ) 10-16 көміртек атомы бар циклоалифатты карбон қышқылдары деп мәлімдейді, дегенмен ауыр мұнайларда 50-ге дейін көміртек атомы бар қышқылдар табылған.
Этимология
Терминнің тамыры көмірсутектерді жіктеу үшін қолданылатын біршама архаикалық «нафтен» (циклоалифатты, бірақ хош иісті емес) терминінен тұрады. Ол бастапқыда мұнай негізіндегі қышқылдардың күрделі қоспасын сипаттау үшін қолданылған, бұл кезде 1900 жылдардың басында қол жетімді аналитикалық әдістер тек кейбіреулерін дәлдікпен анықтай алады.нафтендік типті компоненттер. Бүгінгі таңда нафтен қышқылы мұнайдағы (циклдік, ациклді немесе ароматты қосылыстар) және құрамында N және S сияқты гетероатомдары бар карбон қышқылдарына қатысты барлық карбон қышқылдарына сілтеме жасау үшін кеңінен қолданылады. Көптеген зерттеулер циклоалифат қышқылдарының көпшілігінде тікелей және тармақталған тізбекті алифатты қышқылдар және ароматты қышқылдар. Кейбір қышқылдардың құрамында > 50% біріктірілген алифатты және ароматты қышқылдар бар.
Формула
Нафтен қышқылдары CnH2n-z O2 жалпы формуласымен берілген, мұндағы n – көміртегі атомдарының саны және z – гомологтық қатар. Қаныққан ациклді қышқылдар үшін z мәні 0-ге тең және моноциклді қышқылдарда 2-ге, бициклді қышқылдарда 4-ке, үшциклді қышқылдарда 6-ға және тетрацикл қышқылдарында 8-ге дейін артады.
Нафтенаттар деп аталатын қышқылдардың тұздары әртүрлі қолданбаларда гидрофобты металл иондарының көздері ретінде кеңінен қолданылады. Нафтен қышқылы мен пальмитин қышқылының алюминий және натрий тұздары Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде напалма жасау үшін біріктірілді. Ал напалма сәтті синтезделді. «Напалма» сөзі «нафтен қышқылы» және пальмитин қышқылы» сөздерінен шыққан.
Май қосылымы
Нафтен қышқылының табиғаты, шығу тегі, алынуы және коммерциялық қолданылуы біршама уақыт бойы зерттелді. Румыния, Ресей, Венесуэла, Солтүстік теңіз, Қытай және Батыс Африкадағы кен орындарынан алынатын шикі мұнай белгілі. АҚШ шикі мұнайының көпшілігімен салыстырғанда қышқыл қосылыстардың көп мөлшерін қамтиды. Кейбір Калифорниялық мұнай өнімдерінің құрамындағы карбон қышқылының мөлшері әсіресе жоғары (4%-ға дейін), мұнда карбон қышқылдарының ең көп тараған кластары циклоалифаттық және ароматты қышқылдар болып табылады.
Композиция
Құрам шикі мұнайдың құрамына және өңдеу және тотығу кезіндегі жағдайларға байланысты өзгереді. Нафтен қышқылдарына бай фракциялар МӨЗ жабдығына коррозиядан зақым келтіруі мүмкін, сондықтан қышқылдық коррозия (ҚҚҚ) құбылысы жақсы зерттелген. Қышқылдығы жоғары шикі мұнайды көбінесе жалпы қышқылдық саны (TAN) шикі мұнай немесе қышқылдығы жоғары шикі мұнай (HAC) деп атайды. Нафтен қышқылдары Атабаска мұнай құмдарынан (AOS) мұнайды алу кезіндегі судағы негізгі ластаушы болып табылады. Қышқылдардың балықтарға және басқа организмдерге жедел және созылмалы уыттылығы бар.
Қоршаған орта
Токсикология ғылымдарында жарияланған өзінің жиі сілтеме жасайтын мақаласында Роджерс нафтен қышқылының қоспалары мұнай құмдары өндірісінен қоршаған ортаны ластайтын ең маңызды ластағыштар екенін айтты. Олар судағы қышқылдардың әсеріне ұшыраған жабайы сүтқоректілер үшін ең нашар жағдайларда жедел уыттылық болмайтынын анықтады, бірақ қайталап әсер ету денсаулыққа кері әсер етуі мүмкін.
2002 жылғы мақаласында100-ден астам рет келтірілген, Роджерс және басқалары үлкен көлемдегі Атабаска мұнай құмы қалдықтары тоғанының (TPW) суынан қышқылдарды тиімді алуға арналған еріткіш негізіндегі зертханалық процедураны хабарлады. Нафтен қышқылдары АОС қалдық суында (TPW) 81 мг/л есептік концентрацияда бар, бұл TPW коммерциялық қалпына келтіру үшін өміршең көз ретінде қарастыру үшін тым төмен деңгей.
Жою
Нафтен қышқылы коррозияны азайту үшін ғана емес, сонымен қатар коммерциялық пайдалы өнімдерді қалпына келтіру үшін мұнай заттарынан тазартылады. Бұл қышқылдың ең үлкен қазіргі және тарихи қолданылуы металл нафтенаттарын өндіру болып табылады. Қышқылдар мұнай дистилляттарынан сілтілі экстракция арқылы алынады, қышқылды бейтараптандыру процесінде қалпына келтіріледі, содан кейін қоспаларды жою үшін тазартылады. Коммерциялық түрде сатылатын қышқылдар қышқыл саны, қоспа деңгейі және түсі бойынша жіктеледі. Металл нафтенаттары мен күрделі эфирлер мен амидтер сияқты басқа туындыларды өндіру үшін қолданылады.
Нафтенаттар
Нафтенаттар - сәйкес ацетаттарға ұқсас қышқыл тұздары, жақсырақ анықталған, бірақ пайдалылығы аз. Нафтенаттар, мұнайдағы нафтен қышқылдары сияқты, бояулар сияқты органикалық ортада жақсы ериді. Олар өнеркәсіпте, соның ішінде осындай пайдалы заттарды өндіруде қолданылады: синтетикалық жуғыш заттар, майлау материалдары, коррозияға қарсы ингибиторлар, жанар-жағар май қоспалары, консерванттарағаш, инсектицидтер, фунгицидтер, акарицидтер, ылғалдандырғыштар, напалма қоюландырғыштары және бояу және ағаш бетін өңдеуде қолданылатын май құрғатқыштар үшін.
Мұнайлы құмдар
Бір зерттеуде нафтен қышқылдары мұнай құмдарынан мұнай өндіруден алынатын барлық заттардың ішінде қоршаған ортаны ең белсенді ластаушы болып табылады. Дегенмен, ағып кету және ластану жағдайында қалдық қоймасының суындағы қышқылдардың әсеріне ұшыраған жабайы сүтқоректілерде өткір уыттылықтың болуы екіталай, бірақ қайталап әсер ету жануарлардың денсаулығына жағымсыз әсер етуі мүмкін. Қышқылдар мұнай құмдары мен қалдық суларында 81 мг/л есептік концентрацияда болады.
Уыттылық сынағы үшін Экономикалық Ынтымақтастық және Даму Ұйымының (ЭЫДҰ) хаттамаларын пайдалана отырып, АҚШ зерттеушілері өз зерттеулеріне сүйене отырып, ауызша қабылдағанда тазартылған NA сүтқоректілер үшін жедел генотоксикалық емес екенін дәлелдеді. Дегенмен, жедел немесе мезгіл-мезгіл әсер ету кезінде NDT қысқа мерзімді әсерінен туындаған зақым қайталанған әсерде жиналуы мүмкін.
Циклопентан
Циклопентан – C5H10 химиялық формуласы және CAS нөмірі 287-92-3, әрқайсысы жазықтықтың үстінде және астында екі сутегі атомымен байланысқан бес көміртек атомынан тұратын сақинадан тұратын жанғыш алициклді көмірсутек. Көбінесе формада беріледібензинге ұқсас иісі бар түссіз сұйықтық. Оның балқу температурасы -94°С, қайнау температурасы 49°С. Циклопентан циклоалкандар класына жатады және көміртек атомдарының бір немесе бірнеше сақиналары бар алкандар. Ол жоғары температура мен қысымда глиноземнің қатысуымен циклогександы крекинг арқылы түзіледі.
Нафтен қышқылдарының, соның ішінде циклопентанның өндірісі соңғы жылдары өзінің бұрынғы массалық сипатын жоғалтты.
Алғаш рет 1893 жылы неміс химигі Иоганнес Висликус дайындаған. Жақында оны көбінесе нафтен қышқылдары деп атайды.
Өндірістегі рөл
Циклопентан синтетикалық шайырлар мен резеңке желімдер өндірісінде, сондай-ақ тоңазытқыштар мен мұздатқыштар сияқты көптеген тұрмыстық құрылғыларда кездесетін, полиуретанды оқшаулағыш көбік өндірісінде үрлеуші агент ретінде пайдаланылады, мысалы, қоршаған ортаға зиянды баламаларды алмастырады. CFCs -11 және HCFC- 141b.
Бірнеше циклопентанды алкилдеу (MAC) жағармайларының ұшпалығы төмен және кейбір арнайы қолданбаларда қолданылады.
АҚШ жылына жарты миллион килограмнан астам осы химиялық затты өндіреді. Ресейде нафтен қышқылдары (соның ішінде циклопентан) мұнай өңдеудің табиғи өнімі ретінде өндіріледі.
Циклоалкандарды каталитикалық риформинг деп аталатын процесс арқылы жасауға болады. Мысалы, 2-метилбутанды платина катализаторы арқылы циклопентанға айналдыруға болады. Бұл әсіресе қолданыладыавтомобильдер, өйткені тармақталған алкандар әлдеқайда жылдам жанады.
Физикалық және химиялық сипаттамалар
Бір ғажабы, олардың циклогександар гексгидробензол немесе гексанафтеннен 10 °C жоғары қайнай бастайды, бірақ бұл жұмбақ 1895 жылы Марковников, Н. М. Кишнер мен Николай Зелинский гексгидробензол мен гексанафтенді метилциклопентан ретінде пайдаланған кезде - күтпеген кері реакцияның нәтижесі.
Сол реактивті емес болса да, циклогексан циклогексанон мен циклогексанол түзу үшін каталитикалық тотығудан өтеді. "КА майы" деп аталатын циклогексанон-циклогексанол қоспасы нейлонның прекурсорлары адипин қышқылы мен капролактамның шикізаты болып табылады.
Қолданба
Бұл түзетуші сұйықтықтың кейбір брендтерінде еріткіш ретінде пайдаланылады. Циклогексан кейде полярлы емес органикалық еріткіш ретінде пайдаланылады, дегенмен бұл мақсат үшін n-гексан жиі қолданылады. Ол сондай-ақ жиі қайта кристалдану еріткіші ретінде пайдаланылады, өйткені көптеген органикалық қосылыстар ыстық циклогександа жақсы ерігіштігін және төмен температурада нашар ерігіштігін көрсетеді.
Циклогексан сонымен қатар -87,1 °C температурада кристалдан кристалға өтуге ыңғайлы болғандықтан дифференциалды сканерлеу калориметрия (DSC) құралдарын калибрлеу үшін қолданылады.
Циклогексан булары термиялық өңдеу жабдықтарын өндіруде вакуумды карбюризациялау пештерінде қолданылады.
Деформация
6 төбесі бар сақина тамаша алтыбұрыштың пішініне сәйкес келмейді. Жазық алтыбұрышты конформация маңызды бұрыштық штаммға ие, өйткені оның байланыстары 109,5 градус емес. Бұралу деформациясы да маңызды болады, өйткені барлық байланыстар тұтылады.
Сондықтан бұралу деформациясын азайту үшін циклогексан «конформациялық орындық» деп аталатын үш өлшемді құрылымды қабылдайды. Сондай-ақ тағы екі аралық конформер бар - ең тұрақсыз конформер болып табылатын «жартылай орындық» және тұрақтырақ «бұралмалы қайық». Бұл эксцентрлік атауларды алғаш рет 1890 жылы Герман Сакс ұсынған, бірақ кейінірек кең көлемде қабылданған.
Сутегі атомдарының жартысы сақина жазықтығында (экваторлық), ал қалған жартысы жазықтыққа перпендикуляр (осьтік). Бұл конформация циклогексанның ең тұрақты құрылымын қамтамасыз етеді. Циклогексанның "қайық конформациясы" деп аталатын тағы бір конформациясы бар, бірақ ол біршама тұрақтырақ "нәжіс" түзіліміне айналады.
Циклогексан барлық циклоалкандар арасындағы ең төменгі бұрыш пен бұралу штаммына ие, нәтижесінде циклогексан жалпы сақина штаммында 0 болып есептеледі. Нафтен қышқылдарының натрий тұздары үшін де солай.
Фазалар
Циклогексанның екі кристалдық фазасы бар. Жоғары температура I фазасы, +186 °C және температура арасында тұрақтыбалқу температурасы +280 °C, пластикалық кристалл болып табылады, яғни молекулалар қозғалыс еркіндігін белгілі бір дәрежеде сақтайды. Төмен температура (186°C төмен) II фазасы көбірек реттелген. Қалған екі төмен температуралы (метстабилді) III және IV фазалар 30 МПа-дан жоғары орташа қысымды қолдану арқылы алынды, ал IV фаза тек дейтерленген циклогександа пайда болады (қысым қолдану барлық өту температураларын арттыратынын ескеріңіз).
