Wykłady do końca semestru

Grupy poniedziałkowe 2.1  -  2.6:
09.01 (pon) 

II kolokwium

23.01 (pon.) 

poprawa I kolokwium

Grupy piątkowe 2.7  -  2.12
13.01 (pt)
16.01 (pn)
20.01 (pt) 

II kolokwium

27.01 (pt) 

poprawa I kolokwium

30.01 godz. 15-18

 poprawa II kolokwium

dla wszystkich grup

Dodatkowe poprawy

Istnieje możliwość poprawy
kolokwium I i II
dla niewielkiej liczby osób.
Terminy: 
16.01,    20.01  i  27.01
Godz 8.00 i 9.00
Sala 3.3

Oraz konsultacje:
Środy, godz. 16
Gmach Techn. Chem.

Konieczne jest wcześniejsze 
Zgłoszenie na adres:
ziemk@ch.pw.edu.pl
(najpóźniej poprzedniego dnia 
Do godz 18 przed kolokwium)

Na kolokwia proszę przychodzić wyłącznie
w przewidzianym dla danej grupy terminie.
Osoby z innych grup będą wypraszane.

 

 

               

Estry

Hydroliza kwasowa i zasadowa

+  H

2

O

R

C

+  R'

H

R

C

R'

H

+

O

O

O

O

O

H

Reakcja tworzenia estru:

Kwasowa hydroliza estru:

+  H

2

O

R

C

+  R'

H

H

+

O

O

O

H

R

C

R'

O

O

Hydroliza kwasowa jest reakcją 

odwracalną

, a więc mechanizm hydrolizy 

i mechanizm estryfikacji są jednakowe. 
W reakcji hydrolizy powstaje 

kwas

 i 

alkohol

. W cząsteczce kwasu 

jeden atom tlenu pochodzi od estru a drugi atom tlenu od cząsteczki wody.

 

 

Stała równowagi hydrolizy:

K

hydr

 = 

[kwas][alkohol]

[ester][H

2

O]

Aby przesunąć równowagę reakcji w stronę produktów hydrolizy, 
czyli kwasu i alkoholu, należy dać 

nadmiar wody

.

Zasadowa hydroliza estrów:

Estry ulegają reakcji hydrolizy również w środowisku zasadowym. 
Produktami reakcji są 

sól kwasu karboksylowego

 oraz 

alkohol

. 

Zasadowa hydroliza estrów jest 

nieodwracalna

.

O

M H

O

M H

R

C

+  R'

O

O

O

H

R

C

R'

O

O

+

M

= zasada

M = metal

 

 

Hydroliza zasadowa estrów jest ważną reakcją w przemyśle. 
W reakcji zasadowej hydrolizy tłuszczów otrzymuje się mydła.

Tłuszcze

 – estry kwasów tłuszczowych i gliceryny. 

Kwasy tłuszczowe

 – kwasy o długich łańcuchach. 

Najbardziej popularne kwasy tłuszczowe:
palmitynowy - CH

3

(CH

2

)

14

COOH

stearynowy - CH

3

(CH

2

)

16

COOH

mydła

 - sole sodowe kwasów tłuszczowych

Zmydlanie tłuszczy

+  3 NaOH

3 CH

3

CH

2

)

16

C

O

ONa

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

2

CH

2

CH

2

HO

HO

HO

CH

2

CH

2

CH

2

stearynian gliceryny (tluszcz)

sterynian sodu

gliceryna

+

mydlo

 

 

  

 

        

                      
                      
                      
                      

 

Mechanizm myjącego działania mydła

Brud składa się głównie z 

tłuszczu

 i smaru. Anion kwasu tłuszczowego CH

3

(CH

2

)

n

COO

-

 

tworzy otoczkę wokół kropelki tłuszczu (

zielona kulka

 na rysunku). Do kropelki oleju wnika 

część węglowodorowa łańcucha. Na zewnątrz kropelki pozostają polarne końce cząsteczki mydła.
Można powiedzieć, że polarne końce mydła rozpuszczają się w wodzie, a niepolarne długie 
łańcuchy w oleju. 
W ten sposób tworzy się 

graniczna powierzchnia międzyfazowa

 między wodą a olejem. 

Na powierzchni kulek gromadzi się jednoimienny ładunek ujemny, co zapobiega ich zlewaniu się.
Powstaje emulsja, którą łatwo usunąć z czyszczonej powierzchni.

Mycie i pranie polega więc na tworzeniu 

emulsji wody

 z cząsteczkami brudu 

zlepionymi 

tłuszczem.

 

 

Mydła i detergenty

 należą do środków 

powierzchniowo czynnych, 

tzn.zmniejszają napięcie powierzchniowe wody.

Detergenty

 – syntetyczne środki piorące, których wspólną cechą jest obecność 

w cząsteczkach  fragmentów polarnych o dużym powinowactwie do wody 
(

grup hydrofilowych

) i niepolarnych, o dużym powinowactwie do tłuszczów 

(

grupy lipofilowe

).

 Zaletą detergentów w porównaniu z mydłami jest ich niewrażliwość na obecność 
w wodzie jonów 

wapnia

 i 

magnezu

, czyli na twardość wody.

 

 

Twarda woda

 zawiera rozpuszczone sole wapnia i magnezu. 

W takiej wodzie jony wapnia i magnezu reagują ze stearynianem sodu 
i tworzą się nie rozpuszczalne sole – 

stearynian wapnia i stearynian magnezu

. 

Sole te wytrącają się w postaci osadu.

rozpuszczalny
sterynian sodu

2 CH

3

CH

2

)

16

C

O

ONa

 CH

3

CH

2

)

16

C

O

O

nierozpuszczalny
stearynian wapnia

+ Ca

2+

2

Ca +  2 Na

+

Mydła są solami mocnych zasad i słabych kwasów, dlatego w 

wodzie

 ulegają 

hydrolizie

:

CH

3

CH

2

)

16

COONa  +  H

+

  +  OH

_

CH

3

CH

2

)

16

COOH  +  Na

+

  +  OH

_

odczyn zasadowy

Odczyn roztworu mydła

 w wodzie jest zawsze 

zasadowy

. 

Tylko detergenty mają odczyn obojętny.

 

 

Aminy jako organiczne pochodne amoniaku

Aminy alifatyczne:

N

H

H

H

H

N

N

N

H

H

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

amoniak

metyloamina
amina I-rzedowa

dimetyloamina
amina II-rzedowa

trimetyloamina
amina III-rzedowa

Aminy aromatyczne:

NH

2

fenyloamina
(anilina)

NH

2

CH

3

2-metylofenyloamina
(o-toluidyna)

Aminy heterocykliczne:

N

N

C

5

H

5

N

pirydyna

H

C

4

H

5

N

pirol

 

 

Zasadowy charakter amin

 przejawia się w ich reakcjach z kwasami. 

Anilina reaguje z kwasem solnym dając sól – 

chlorek aniliny

.

+  Cl

_

N:

H

H

+  HCl

N+

H

H

H

Metoda otrzymywania aniliny:

NH

2

NO

2

Fe, 30% HCl

ogrzew.

Anilinę otrzymuje się redukując nitrobenzen w obecności katalizatora.
Nitrobenzen można otrzymać w reakcji nitrowania benzenu.

 

 

Paliwa kopalne: gaz ziemny, ropa naftowa i węgiel kamienny 
jako źródło paliw i związków chemicznych.

Teoria dotycząca pochodzenia ropy naftowej

: ropa naftowa powstała 

ze szczątków roślinnych i zwierzęcych w trakcie długotrwałego procesu 
w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem.

Chemiczny skład ropy naftowej

: 

mieszanina węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych.
Gazowe i stałe węglowodory rozpuszczone są w ciekłych.
Oprócz tego jako domieszki występują związki siarki, azotu i tlenu. 
Dotychczas odkryto w ropie naftowej ok. 600 związków ale jest ich 
prawdopodobnie o wiele więcej.

 

 

                  Składniki ropy naftowej:

1. 

Alkany alifatyczne

 (niecykliczne olefiny i cykloalkany – inaczej parafiny)

    Są to 

alkany

 o ogólnym wzorze 

C

n

H

2n+2

 mające prosty lub rozgałęziony 

    łańcuch węglowy,
    Lekkie alkany 

CH

4 

– C

4

H

10

 oddziela się od ropy w trakcie jej stabilizacji 

    po wydobyciu. Jest to 

gaz ziemny

.

    Wyższe alkany: ciekłe od C

5

H

10

 do C

16

H

34

 i stałe powyżej C

16

.

    

Cykloalkany

 – węglowodory nasycone zawierające 5- i 6-członowe pierścienie 

    z łańcuchami bocznymi
    oraz układy wielopierścieniowe składające się z kilku cyklicznych pierścieni 
    połączonych     ze sobą.

2. Węglowodory 

aromatyczne

 – benzen, naftalen, antracen i ich pochodne 

z bocznymi łańcuchami.

benzen

naftalen

antracen

 

 

W ropie naftowej 

brak jest alkenów i alkinów

. Otrzymuje się je w dalszej 

przeróbce ropy w procesie krakingu.

Związki występujące w ropie jako

 domieszki

:

1. Tlenowe – głównie kwasy: 

naftenowe

 czyli pochodne karboksylowe 

      wielopierścieniowych związków cyklicznych oraz

Kwasy tłuszczowe

: stearynowy CH

3

(CH

2

)

16

COOH 

                               i palmitynowy CH

3

(CH

2

)

14

COOH 

COOH

COOH

Przykłady kwasów naftenowych

 

 

Domieszki c.d.

2. Siarkowe – 

siarka

 w postaci pierwiastka S oraz związków takich jak:

     H

2

S – siarkowodór

     Siarczki (sole)
     Tioetery R-S-R
     Merkaptany R-S-H  i  tiofenole (fenole, w których atom tlenu zastępuje 
     atom siarki)

3. Azotowe – głównie pirydyna i chinolina, a także inne związki azotowe

N

N

pirydyna

chinolina

 

 

Przerób ropy naftowej

I etap

: wstępne oczyszczanie czyli odgazowanie i odwodnienie

II etap

: destylacja frakcyjna – rozdzielenie ropy na frakcje z wykorzystaniem różnic 

temperatur wrzenia składników – metodą 

rurowo-wieżową

.

Ropę ogrzewa się w piecu rurowym i wprowadza do kolumny destylacyjnej 
– stalowej rury o średnicy ok. 1m, z półkami destylacyjnymi.
Na niższych półkach jest wysoka temperatura, im wyżej tym temperatura niższa. 
Na najwyższych półkach skraplają się najbardziej lotne substancje o niskiej 
temperaturze wrzenia.

 

 

Frakcje

 otrzymywane z destylacji frakcyjnej:

1. Frakcja benzynowa (40-180

o

C) 

2. Nafta (180-280

o

C) 

3. Olej napędowy (280-350

o

C)

4. Mazut jako pozostałość po destylacji

Zawartość domieszek, zwłaszcza związków 

siarki

, utrudnia przerób ropy naftowej. 

Związki siarki powodują 

korozję aparatury

 i obniżają jakość produktów.

Ponadto domieszki są źródłem emisji do środowiska takich gazów jak: 

SO

2

, NO

x

, CO, CO

2

.

Dlatego ropę poddaje się dodatkowym procesom mającym na celu przede wszystkim 

odsiarczanie

.

 

 

Schemat instalacji do destylacji ropy naftowej metodą rurowo-wieżową

 

 

Frakcje otrzymane z destylacji ropy naftowej nie są jeszcze wyrobami 
użytkowymi i muszą być poddane dalszej przeróbce 
(reformingowi i krakingowi).

Reforming

 –proces, któremu poddaje się 

frakcję benzynową

 w celu 

podniesienia liczby oktanowej benzyny. 
Węglowodory o prostych łańcuchach w wysokiej temperaturze i w obecności 
katalizatora 

ulegają izomeryzacji

 do węglowodorów o rozgałęzionych 

łańcuchach 
i 

cyklizacji

 do związków cyklicznych oraz 

aromatyzacji

 do aromatycznych.

Dodatkowo reforming dostarcza związków aromatycznych i wodoru 
dla przemysłu chemicznego.

Warunki reformingu:
Wysoka temperatura i ciśnienie, katalizator

 

 

C

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

4

CH

3

2,2'-dimetylobutan

izomeryzacja

cyklizacja

aromatyzacja

cyklizacja

heksan

cykloheksan

benzen

metylocyklopentan

LO = 25

LO = 102

LO = 83

LO = 100

LO = 91

Przemiany jakim ulega heksan w procesie reformingu

 

 

Liczba oktanowa (LO)

 – parametr określający jakość benzyny, 

miara odporności benzyny na spalanie detonacyjne.
Liczbę oktanową określa się na podstawie wzorców. 
Założono, że LO dla 2,2,4-trimetylopentanu (

izooktanu) wynosi 

100

, 

a dla 

n-heptanu 

LO = 0

.

CH

3

CH

3

(CH

2

)

5

CH

3

C

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

3

CH

izooktan
LO = 100

n-heptan
LO = 0

Liczba oktanowa 95

 oznacza, że benzyna ma taką samą szybkość spalania 

jak mieszanina 95% izooktanu i 5% n-heptanu.

 

 

n-Alkany

 – mają najniższe liczby oktanowe.

Alkany rozgałęzione, alkeny, cykloalkany, węglowodory aromatyczne 
mają wysokie LO.

LO można poprawić dodając 

antydetonatorów

. 

Do lat 80-tych ub. wieku dodawano 

tetraetyloołów

 Pb(CH

2

CH

3

)

4

. 

Jest to związek toksyczny i powoduje zatrucie środowiska. 
Dlatego zrezygnowano z niego. 
Obecnie dodaję się do paliwa związki organiczne (

etanol, toluen

)

i montuje się w rurach wydechowych 

katalizatory

 w celu dopalenia tych dodatków.

 

 

Kraking termiczny i katalityczny

Proces otrzymywania benzyny z 

frakcji wyżej wrzących

 (nafty, olejów, mazutu).

Proces wykorzystuje zjawisko rozpadu długich łańcuchów węglowych 
na mniejsze fragmenty pod działaniem wysokiej temperatury i ciśnienia 
(

kraking termiczny

) 

lub w obecności katalizatora w wyższej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem 
(

kraking katalityczny

).

Po krakingu mieszaninę poddaje kolejnej destylacji frakcyjnej.

W krakingu wyższe węglowodory rozpadają się na te o krótszych łańcuchach 
wchodzące w skład 

benzyny

.

Jako produkty uboczne powstają 

lekkie alkany i alkeny C

1

-C

4

, 

które wykorzystuje się w przemyśle chemicznym do otrzymywania 
innych związków oraz tworzyw sztucznych.
Zastosowanie lekkich alkanów i alkenów C

1

-C

4

:

Propan i butan

 używane są jako gaz płynny do napełniania butli.

Metan i etan

 dołącza się do gazu ziemnego.

Etylen, propen, buten

 poddaje się polimeryzacji.

 

 

Przeróbka węgla kamiennego

Proces koksowania

 – ogrzewanie węgla w bateriach koksowniczych 

do temperatury ok. 1000

o

C bez dostępu powietrza.

W tych warunkach węgiel kamienny ulega rozkładowi do produktów:
  1. koks
  2. woda pogazowa
  3.smoła węglowa
  4.gaz koksowniczy

 

 

Przeróbka węgla kamiennego

1. Koks

 – czysty węgiel z niewielką domieszką popiołu, o porowatej strukturze. 

     Zastosowanie – głównie do wytopu żelaza.

2. Woda pogazowa

 – zawiera amoniak powstały z rozkładu związków azotowych. 

    Wykorzystuje się ją do produkcji siarczanu(VI) amonu (NH

4

)

2

SO

4

 

    –ważnego nawozu azotowego.

3. Smoła węglowa

 – mieszanina kilku tysięcy związków, głównie aromatycznych.

    Smołę węglową poddaje się destylacji frakcyjnej, podobnie jak ropę naftową, 
    w celu rozdzielenia mieszaniny na frakcje. 
    Potem frakcje poddaje się jeszcze rozdziałowi chemicznemu.

    Ze smoły pogazowej otrzymuje się 3 grupy związków:
    Węglowodory aromatyczne – benzen, toluen i ich homologi
    Składniki kwaśne - fenole
    Składniki zasadowe – głównie azotowe związki heterocykliczne 
    – pirydyna i jej homologi.

4. Gaz koksowniczy

 – mieszanina wodoru, metanu i tlenku węgla CO. 

    Stosowany jako opał a także do syntez chemicznych.

 

 

Polimery i tworzywa sztuczne

Polimery

 – związki o budowie łańcuchowej, zbudowane z połączonych ze sobą, 

powtarzających się elementów (

merów

).

A

A

A

A

A

A

polimer

mer

Łańcuchy polimerów mogą być zbudowane z identycznych lub różnych merów.

Polimery otrzymuje się w reakcjach łączenia się pojedynczych cząsteczek 
    prostych związków 
– 

monomerów

 –w długie łańcuchy.

Polimery otrzymuje się w dwóch rodzajach reakcji:
   

polimeryzacja

   

polikondensacja

 

 

Polimeryzacja

 – proces łączenia się cząsteczek monomeru w łańcuch, 

któremu nie towarzyszy powstawanie żadnych produktów ubocznych.

Przykład: polimeryzacja etylenu

 

CH

2

CH

2

CH

2

n CH

2

n

etylen

polietylen

Polikondensacja

 – oprócz cząsteczek polimeru powstają proste produkty, 

                 najczęściej woda.

Przykład: tworzenie peptydów z aminokwasów

 

 

                                   Proces sieciowania

 

Jeśli w polimerze są 

reaktywne grupy funkcyjne

 lub 

wiązania wielokrotne

,

to taki polimer można poddać sieciowaniu. Ma on na celu poprawić właściwości 
użytkowe polimeru.
Polimer ogrzewa się z odpowiednim związkiem, zwanym 

utwardzaczem

, następuje 

łączenie się łańcuchów ze sobą, prowadzące do powstania jednej gigantycznej cząsteczki.

polimer nie usieciowany

polimer usieciowany

Masy cząsteczkowe polimerów – od 10 000 do kilkudziesięciu milionów u.

Polimery dzielimy na

:

   

naturalne

 – np. kauczuk, celuloza

   

naturalne i  modyfikowane

 – np. guma (kauczuk usieciowany siarką), 

   octan celulozy
   

syntetyczne 

– polietylen, polipropylen, polichlorek winylu (PCV).

 

 

Aby polimer stał się wyrobem użytkowym musi być poddany odpowiedniej 
      obróbce.
Dodaje się różne 

domieszki

 poprawiające właściwości użytkowe:

•      barwniki i pigmenty

•      wypełniacze – kreda, gips, sadza, proszek drzewny – 

•      nadają tworzywu większą wytrzymałość mechaniczną

•      plastyfikatory (zmiękczacze) – poprawiają elastyczność tworzywa

Kompozyty

- materiały o niejednorodnej strukturze składające się z kilku 

   komponentów. Jeden z komponentów stanowi 

lepiszcze

, które zapewnia 

   spójność, a pozostałe to komponenty 

konstrukcyjne

 zapewniające dobre 

   własności mechaniczne.
Komponenty konstrukcyjne: 
   włókno szklane
   kwarc
   azbest
   włókna węglowe
   kevlar (polimer z grupy poliamidów, z którego produkuje się bardzo wytrzymałe 
   włókna m.inn. na kamizelki kuloodporne).

 

 

Laminaty

- należą do kompozytów. 

  otrzymuje się je nasycając półpłynnym 

polimerem

 materiały nadające 

  wytrzymałość mechaniczną – tkaniny, papier, włókna szklane (tzw. 

zbrojenie

)- 

  i prowadzi się polimeryzację aż do utwardzenia. 
  Zbrojenie jest układane w postaci warstw i najczęściej jednokierunkowo.
  Laminatów używa się jako tworzywa konstrukcyjne do kadłubów łodzi 
  i samolotów, karoserii samochodowych, elementów budynków.

Włókna

 – polimer wytłacza się przez sita o bardzo drobnych otworkach 

       w celu wytworzenia nici.

 

 

Polimery naturalne - kauczuk

Kauczuk naturalny

 – brunatne elastyczne ciało stałe. 

Substancja otrzymywana z soku (lateksu) roślin kauczukodajnych. 
Znany i stosowany od kilkuset lat. 
Rozpuszcza się powoli w węglowodorach.

Roztwór kauczuku w toluenie – 

klej

 do gumy i skóry.

Chemicznie – kauczuk naturalny jest 

poliizoprenem

. 

Powstaje przez polimeryzację 

izoprenu.

CH

2

C

CH

CH

3

CH

2

izopren

monomer

 

 

Polimery naturalne - kauczuk

CH

2

C

C

C

C

C

C

H

H

H

CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

n

mer

poliizopren

Wszystkie wiązania podwójne w łańcuchu kauczuku naturalnego mają 

konfigurację cis

.

Można sztucznie uzyskać kauczuk identyczny z naturalnym polimeryzując 

izopren

.

Istnieje również kauczuk naturalny o nazwie 

gutaperka

, w którym wszystkie 

wiązania mają konfigurację 

trans

. 

Gutaperka jest pozyskiwana z innych drzew niż kauczuk.

 

 

Polimery naturalne modyfikowane

Guma

 – otrzymuje się z kauczuku w procesie wulkanizacji. Kauczuk ogrzewa się 

z ok. 

3% dodatkiem siarki

. Następuje proces 

sieciowania

. 

Łańcuchy poliizoprenowe łączą się ze sobą za pomocą mostków siarkowych. 
Guma posiada znacznie lepsze właściwości fizyczne niż kauczuk.

Opony samochodowe

 produkuje się z gumy zawierającej 50% masowych sadzy, 

która poprawia wytrzymałość na ścieranie.
Współcześnie gumę łączy się z innymi materiałami np. siatką metalową 
i otrzymuje się w ten sposób 

kompozyty

.

Octan celulozy

 – produkt reakcji kwasu octowego z celulozą a więc ester 

z punktu widzenia chemii.
Celuloza zawiera grupy hydroksylowe OH i spełnia rolę alkoholu.
Octan celulozy jest bezbarwną przezroczystą substancją dającą formować się 
w cienkie folie i włókna o dużej wytrzymałości. 
Produkuje się z niego błony fotograficzne i jedwab octanowy.

 

 

Nylon 

– jedno z najbardziej popularnych tworzyw sztucznych

Oficjalnie ogłoszono jego wynalezienie w 1938 roku. 
Zastosowanie – spadochrony, pończochy, tkaniny, wyposażenie dla wojska. 
Zastąpił drogi i mało wytrzymały jedwab naturalny produkowany w Japonii.
Dziś stosowany jako składnik tworzyw zawierających włókna szklane i węglowe. 
Tworzywa te zastępują metal m. inn. w elementach silników.

Jest to pierwszy syntetyczny polimer, na sprzedaży którego zarobiono 
ogromne pieniądze. 

Z chemicznego punktu widzenia 

nylon jest poliamidem

. 

Powstaje w reakcji polikondensacji dikwasu z diaminą. W reakcji wydziela się woda.

 

 

Reakcja polikondensacji, w której tworzy się nylon

C

C

O

O

OH

OH

NH

2

H

2

N

+

n

n

O

O

N

N

C

C

H

H

n

+ 2 H

2

O

R

R

R'

R'

Właściwości nylonu zależą od długości łańcuchów 

R

 i 

R’

. 

Najczęściej 

R

 ma 4 atomy C a 

R’

 – 6 atomów C. 

 

 

Inne polimery otrzymywane w reakcjach polimeryzacji:

Polietylen

 – powstaje w reakcji polimeryzacji etylenu.

n CH

2

CH

2

kat.

CH

2

CH

2

[

]

n

Zastosowanie: opakowania, pojemniki na wodę i chemikalia, zabawki, 
wyroby galanteryjne

Polipropylen

 – powstaje w reakcji polimeryzacji propylenu.

Zastosowanie i właściwości podobne do etylenu.

n CH

2

CH

kat.

CH

2

CH

n

CH

3

CH

3

 

 

Polichlorek winylu (PVC, PCV)

 

– powstaje w reakcji polimeryzacji chloroetenu (chlorku winylu)

n CH

2

CH

kat.

CH

2

CH

n

Cl

Cl

Zastosowania: 
płytki i wykładziny podłogowe, zabawki, opakowania, izolacja przewodów 
elektrycznych.

Teflon

 – powstaje w reakcji polimeryzacji tetrafluoroetylenu 

n CF

2

CF

2

CF

2

CF

2

kat

[

]

n

Zastosowanie: teflon jest białym ciałem stałym o wysokiej odporności 
chemicznej i cieplnej.
Niepalny. Używa się go do powłok reaktorów i naczyń kuchennych, uszczelek.

 

 

Polistyren

 – powstaje w reakcji polimeryzacji styrenu 

n CH

2

CH

CH

2

CH

n

kat

Zastosowanie: polistyren jest bezbarwnym przezroczystym ciałem stałym 
o znacznej wytrzymałości mechanicznej ale kruchym. Palny. 
Stosuje się go do wyrobu pojemników, opakowań, elementów gospodarstwa 
domowego (odkurzacze, lodówki).

Styropian

 – spieniony polistyren

Poliformaldehyd

 – powstaje w reakcji polimeryzacji aldehydu mrówkowego

n

C

O

H

H

CH

2

O

[

]

n

Zastosowanie: dzięki dobrej wytrzymałości mechanicznej i cieplnej nadaje się 
do wyrobu elementów precyzyjnych urządzeń (koła zębate, panewki łożysk).

 

 

Polimery otrzymywane w reakcjach polikondensacji:

Otrzymywanie 

nylonu

 omówiono wcześniej. Nylon jest przykładem 

poliamidu

. 

Jego budowa przypomina budowę białka. Dzięki takiej budowie włókna 
poliamidowe mają właściwości naturalnych włókien białkowych np. jedwabiu.

Poliestry

: najczęściej spotykany 

politereftalan glikolu etylenowego, 

inaczej

 

politereftalan etylenu 

lub

 

PET

. 

Produkuje się z niego głównie butelki i opakowania i włókna 

elanę

. 

Z włókien powstaje m.inn. tkanina 

polar

.

Powstaje w reakcji polikondensacji kwasu 1,4-benzenodikarboksylowego 
(

kwasu tereftalowego

) z 

glikolem etylenowym

.

C

C

O

O

OH

OH

OH

HO

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

n

+

C

C

O

O

H

O

O

OH

n

n

+  2n H

2

O

 

 

Poliestry o zbliżonej budowie, będące poliestrami kwasu 
1,2-benzenodikarboksylowego (

kwasu ftalowego

) 

i różnych 

alkoholi wielowodorotlenowych

 stosowane są do wyrobu farb

i emalii (farby ftalowe).

(CH

2

)

2

COOH

COOH

HO

OH

 

 

Żywica fenolowo-formaldehydowa

 – powstaje w reakcji fenolu 

z aldehydem mrówkowym.

OH

C

O

H

H

+

OH

OH

CH

2

OH

OH

CH

2

+

I etap

II etap: utworzone produkty reagują ze sobą lub z fenolem dając polimer – 

żywicę

.

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

2

Polimer ma konsystencję półpłynną. Przekształca się go w wyroby użytkowe, nasycając nim 
odpowiednie wypełniacze np. papier, tkaniny, pył drzewny i poddając prasowaniu 
w podwyższonej temperaturze. Łańcuchy polimeru łączą się między sobą w 

procesie sieciowania

i następuje 

utwardzenie

 żywicy.

 

 

Technologia chemiczna – procesy w przemyśle

Technologia chemiczna

 – wiedza o procesach produkcyjnych, których celem jest przemiana 

chemiczna surowców w produkty.

Celem technologii

 jest opracowanie metod jak najlepszego wykorzystania surowców

 i przerabiania ich z jak najmniejszym nakładem energii i kosztów. 

Proces technologiczny

 jest to zorganizowany zbiór czynności, w których surowiec zostaje 

przetworzony w produkt.

Etapy

 projektowania procesu technologicznego:

     Opracowanie koncepcji chemicznej procesu
     Opracowanie koncepcji technologicznej procesu
     Wykonanie projektu instalacji przemysłowej
Każdemu projektowi powinna towarzyszyć analiza ekonomiczna. 

Tylko opłacalne projekty 

mają szanse na realizację.

Cechy

 dobrego procesu technologicznego:

     Jest 

zapotrzebowanie

 rynku na produkt

     Produkcja według zaproponowanej metody jest 

opłacalna

     Nie narusza się praw osób trzecich (

patenty

)

     Produkcja jest 

przyjazna

 dla środowiska

 

 

Przykłady procesów technologicznych

Wytwarzanie biogazu

Biogaz – w warunkach naturalnych powstaje jako gaz wysypiskowy 
na wysypiskach odpadów lub gaz błotny na torfowiskach.

Biogaz

 jest produktem 

fermentacji metanowej 

bez dostępu powietrza

 

za pomocą 

bakterii

 związków pochodzenia organicznego:

    Ścieki
    Odpady komunalne
    Odchody zwierzęce
    Gnojowica
    Odpady przemysłu rolno-spożywczego
    Biomasa

Substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na substancje proste. 
W procesie fermentacji do 60% substancji organicznej zamieniane jest w biogaz.

 

 

Przykłady procesów technologicznych

Wytwarzanie biogazu

Zgodnie z ustawą z roku 2005 

definicja biogazu

 brzmi:

„Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki 
odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk 
odpadów.”

Biogaz

 powstaje z tzw. 

odnawialnych źródeł energii

 czyli biomasy otrzymywanej 

z następujących źródeł:

Odpady organiczne na wysypiskach
Odpady zwierzęce w gospodarstwach rolnych
Osady ściekowe w oczyszczalniach ścieków

 

 

Skład biogazu

: 

metan CH

4

 55 – 75%, dwutlenek węgla CO

2

 25 – 45%, poza tym azot N

2

, 

wodór H

2

, siarkowodór H

2

S i tlen O

2

.

Biogaz powstaje w specjalnych 

komorach fermentacyjnych i bioreaktorach

 

umieszczanych bezpośrednio na wysypiskach.
Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach fermentacyjnych 

biogazowni

. 

Na przebieg procesu fermentacji 

korzystnie wpływa

 utrzymanie stałej 

wysokiej temperatury, 
wysokiej wilgotności (powyżej 50%), 
korzystnego pH (powyżej 6,8) oraz ograniczenie dostępu 
powietrza.
Pozostałość po fermentacji wykorzystuje się jako 

nawóz

.

 

 

Schemat produkcji biogazu w biogazowni wiejskiej

 

 

Zaletami biogazowni rolniczych są: 

•Zmniejszenie zużycia kopalnych surowców energetycznych oraz emisji związków 
 powstających podczas ich spalania, 

•Redukcja emisji gazów cieplarnianych, podtlenku azotu i metanu, 

•Poprawa warunków nawożenia pól uprawnych, 

•Zniszczenie nasion chwastów, a więc zmniejszenie zużycia chemicznych środków ochrony roślin, 

•Zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych. 

Zbiorniki biogazu

 

 

Produkcja kwasu siarkowego H

2

SO

4

Surowce

, z których można otrzymać kwas siarkowy: 

   

Siarka rodzima

   Siarczki metali, głównie piryty zawierające siarczek żelaza, siarczki cynku, 
   ołowiu i miedzi
   Organiczne związki siarki występujące w ropie naftowej
   Siarkowodór znajdujący się w niektórych złożach gazu ziemnego
W 20 wieku kwas siarkowy produkowano wykorzystując gips (CaSO

4

•2H

2

O).

Polski przemysł wykorzystuje 

siarkę rodzimą

.

Wydobywanie siarki rodzimej

 – metoda 

otworowa

, czyli podziemny wytop 

za pomocą gorącej wody, którą wtłacza się do złoża. 
Stopiona siarka wypływa na powierzchnię po ciśnieniem wody 
i jest magazynowana w ogrzewanych zbiornikach.

 

 

Produkcja kwasu siarkowego H

2

SO

4

Przetwarzanie siarki w kwas siarkowy:

I etap

 – 

utlenianie siarki

 tlenem z powietrza. Reakcja jest silnie egzotermiczna 

przebiega w fazie gazowej między parami siarki i tlenem.

S  +  O

2

  SO

2

Siarkę wprowadza się do komory spalania w stanie ciekłym i 

rozpyla

 za pomocą 

dysz na drobne krople. Zawiesina ciekłej siarki w strumieniu powietrza 
przepływa przez 

komorę spalania

, gdzie zachodzi reakcja utleniania do SO

2

. 

Szybkość procesu zależy od wielkości kropel i prędkości ich ruchu wobec 
otaczającego je gazu.
W celu przyśpieszenia spalania siarki, w piecu umieszcza się szereg przegród 
(

szykan

), które wymuszają zmiany kierunku przepływu strumienia gazów 

i wzmacniają burzliwy charakter przepływu. 

W nowszych modelach reaktora stosuje się 

piec cyklonowy

, w którym wytwarza 

się wirowy ruch gazów. 
W takim reaktorze występują silne turbulencje co zwiększa szybkość spalania siarki.

 

 

II etap: 

utlenianie SO

2

 do SO

3

Jest to silnie egzotermiczna reakcja odwracalna. 

SO

2

  +  0,5 O

2

  SO

3

Stosuje się nadmiar tlenu i 

katalizator wanadowy

. Katalizator osadza się na stałym 

nośniku o dużej powierzchni właściwej.
Technicznym 

problemem jest odbiór ciepła

 od reagujących gazów. 

Odbiór ciepła musi być intensywny, ponieważ reakcja jest silnie egzotermiczna. 
Rozwiązaniem jest umieszczenie 

wymienników

 ciepła.

W reaktorze znajduje się kilka warstw katalizatora, przez które przechodzą 
reagujące gazy. 
Za każdą warstwą gazy są ochładzane wymiennikiem ciepła.
Innym sposobem obniżenia temperatury jest doprowadzanie 

zimnego powietrza

, 

które mieszając się z gorącymi gazami obniża ich temperaturę pomiędzy kolejnymi 
warstwami katalizatora.

 

 

III etap: 

reakcja SO

3

 z wodą

                                                   

SO

3

  +  H

2

O   H

2

SO

4

Reakcja jest nieodwracalna, biegnie w umiarkowanej temperaturze i jest silnie 
egzotermiczna.
Prowadzi się ją w 

absorberze

. Gazy z II etapu składają się z SO

3

 (ok. 10% mol.), 

głównie z azotu pochodzącego z powietrza i tlenu. 
Gazy te są absorbowane w roztworze kwasu siarkowego 
tzn. reagują z wodą, która jest zawarta w rozcieńczonym kwasie.

 

 

Problemy techniczne

 w III etapie:

      1. Musi być odbierana duża ilość wydzielającego się 

ciepła

      2. Absorbowane gazy nie mogą zawierać wilgoci, ponieważ para wodna i SO

3

 

       tworzą 

mgłę

,        której nie można skroplić do kwasu. 

       Ta kwaśna zawiesina trafia do atmosfery razem z gazami kominowymi 
       i jest przyczyną niszczenia środowiska.

Rozwiązaniem jest dokładne 

osuszanie powietrza

 używanego w I etapie 

do utleniania siarki.
Ponadto kwas siarkowy, w którym przeprowadza się absorpcję, musi mieć 

stężenie ok. 96-98%.

Po absorpcji SO

3

 stężenie kwasu wzrasta o ok. 1%.