Природні джерела органічних речовин

Які природні джерела органічних речовин? Чи відновлювані вони? Чим подібні і відрізняються природний і супутній нафтовий гази, для чого їх використовують?

Опрацювавши цей параграф, ви пригадаєте ознаку класифікаціїорганічних речо­вин на природні й синтетичні, зможете назвати найважливіші природні джерела органічних сполук.

Природні джерела органічних речовин, відомі вам з курсів природознав­ства, хімії, географії, легко пригадати за схемою (мал. 7.1). Природний і супутній нафтовий гази, нафта, кам’яне і буре вугілля, торф і горючі сланці - найважливіші природні джерела вуглеводневої сировини. З неї за допомо­гою органічного синтезу одержують найрізноманітніші органічні сполуки. Зауважимо: вуглеводнева сировина - вичерпний природний ресурс.

Зверніть увагу: щорічний видобуток нафти, газу і кам’яного вугілля ста­новить трохи більше 1 % від органічних сполук, що їх синтезує біомаса. Ре­сурси рослинної біомаси постійно поновлюються внаслідок фотосинтезу. Тож вони є важливим сировинним джерелом для добування безлічі органіч­них речовин і матеріалів, зокрема волокон, плівки і пластиків.

Спектр органічних речовин, які видобувають з рослинної і тваринної си­ровини, досить широкий. Це вуглеводні, багатоатомні спирти, карбонові кислоти, естери, жири, вуглеводи, речовини білкової природи, вітаміни, барвники, різноманітні поліфункціональні органічні сполуки. Багато з них є біологічно активними речовинами.

Виснаження світових запасів природного газу і нафти, прагнення країн до енергетичної незалежності зумовлює підвищений інтерес до альтерна­тивного пального з відновлюваних джерел. Йдеться, зокрема, про біоди - зельне паливо, яке виготовляють з технічних олій - соняшникової, кукуру­дзяної, соєвої, ріпакової.

Незважаючи на успіхи синтетичної органічної хімії, рослинна і тваринна сировина була і залишається безцінним джерелом речовин з фантастичними властивостями. Приміром, Нобелівську премію з хімії 2008 року одержали науковці (мал. 7,2), які з морських медуз роду Aequorea виділили білок GFP й дослідили його. Зелений флуоресцентний білок дав змогу спостерігати чимало прихованих процесів і структур, наприклад ріст і характер зв’язків нейронів, поширення ракових клітин в організмах лабораторних тварин.

Рослини «рятують людство» від цукрового діабету {не зволікайте, пере­вірте рівень глюкози в крові!). Канадські науковці розробили S успішно апробували технологію одержання людського гормону інсуліну із зерен ге­нетично модифікованого дикого шафрану (сафлору). Із цієї рослини також добувають олію й природні барвники.

Однак обсяги продуктів переробки рослинної і тваринної сировини поки ще поступаються обсягам органічних речовин, які одержують з корисних копалин. Тож розгляньмо докладніше деякі найважливіші природні дже­рела вуглеводнів.

Природний газ - суміш, що утворилася в земних надрах унаслідок низки різноманітних хімічних реакцій1. Виходи природного газу на поверхню ві­домі людству з давніх-давен (мал. 7.3).

Величезні поклади природного газу накопичено в осадових відкла­деннях літосфери. У другій полови­ні минулого століття науковці Ро­сійського державного університету нафти і газу імені І. М. Губкіна ви­явили природні газогідрати (газові клатрати). Це сполуки метану з во­дою, зовні схожі на підталий лід. За атмосферного тиску вони стійкі лише до -4 0C. У внутрішніх порож­нинах кристалічних ґраток клатра - тів, побудованих з молекул води, містяться молекули газу, що утво­рює гідрат. Незаповнені газом ґрат­ки існувати не можуть, на відміну від льоду. Згодом було встановлено наявність величезних покладів при­родного газу в цьому стані як на су­ходолі під землею, так і неглибоко під морським дном.

Дізнайтеся більше... В Україні 1993 р. було прийнято програму «Газогідрати Чорного моря», що передбачала великі обсяги геологічних досліджень і робіт зі створення конструкції і технології для вилучення газу з метаногідратів.

2010 р. спільна українсько-німецька наукова експедиція виявила поблизу Севастополя в українській економічній зоні Чорного моря величезні поклади газогідратів, що містять великі обсяги природного газу. За оцінками науков­ців, його запаси можуть становити від 1,4 до 300 трлн м3.

Природний газ добувають із земельних надр за допомоги свердловин. Він виходить звідти внаслідок значної відмінності між атмосферним тис­ком і тиском у газоносному пласті (де тиск вищий?). У природному газі масова частка метану сягає 98 %. Решту становлять етан, пропан, бутан, водень, сірководень, вуглекислий газ (карбон(ГУ) оксид), азот, гелій, аргон, водяна пара (запишіть хімічні формули цих речовин).

Дізнайтеся більше... ДК «Укргазвидобування» 2010 р. ввела в експлуатацію 90 свердловин. Основні бурові роботи проводять на Кобзівському (Харків­ська обл.) і Яблунівському (Полтавська обл.) родовищах.

Уже в XIX столітті природний газ використовували в перших світлофо­рах, вулиці й помешкання освітлювали газовими лампами. У середині ми­нулого століття в Інституті газу HAH України група науковців і технологів під керівництвом академіка М. М. Доброхотова виконала роботи з викорис­тання природного газу для інтенсифікації сталеплавильного виробництва. Були розроблені наукові основи переведення мартенівських печей з опа­лення сумішшю коксового та доменного газів і мазуту на природний газ. Природний газ і дотепер широко використовують як висококалорійне еко­логічно чисте паливо.

Дізнайтеся більше... Перший в Україні газовий завод для освітлення вулиць запрацював 1858 р. у Львові. Вісім років по тому газові ліхтарі засвітили в Одесі, 1871 р. - у Харкові. 2 листопада 1872 р. вулиці Києва також почали ре­гулярно освітлювати газовими ліхтарями. Газ підвели до пам’ятника св. Воло­димиру. Сяючий над містом хрест був дороговказом для мандрівників'

Водночас у хімічній промисловості природний газ - вихідна сировина для отримання різних органічних речовин і матеріалів на їх основі, напри­клад пластмас.

Супутній нафтовий газ розчинений у нафті і виділяється з неї внаслідок зниження тиску під час підйому на земну поверхню. У газонафтових родо­вищах нафта масою 1 т містить супутній газ об'ємом близько 30-300 м. Склад супутнього нафтового газу відрізняється від складу природного газу меншим вмістом метану, підвищеним вмістом етану, пропану, ізомерів складу C4H10 і C5H12 (запишіть структурні формули цих речовин) і алканів з більшою молекулярною масою (наведіть кілька прикладів).

Супутній нафтовий газ виокремлюють з нафти сепарацією, що відбу­вається в кілька стадій. Пригадайте, сепарація - відокремлення однієї речовини від іншої, розділення сумішей різнорідних частинок твердих ма­теріалів, сумішей рідин різної густині!, емульсій, суспензій твердих часток або крапельок у газі чи парі. Унаслідок сепарації компоненти, що розділя­ють, не змінюють свого хімічного складу.

Спочатку відокремлюють рідкі легкокиплячі вуглеводні - пентан, гексан тощо. Це так званий газовий бензин (газолін) - добавка до звичайних бензинів для ліпшого їхнього займання під час запуску двигуна. Потім вилучають йропан-бутанову суміш, якою під тиском заповнюють балони і використовують як паливо. «Сухий газ*, що залишився по тому, складається переважно з мета­ну і також є паливом. Звичним атрибутом сучасного життя стали легкові й ван­тажні автомобілі, що працюють на стиснутому або скрапленому? газі1 (мал. 7.4).

Можливості використання супутнього газу значно ширші, ніж природ­ного. Адже, крім метану, він містить багато інших вуглеводнів, тому хі­мічною переробкою із супутнього нафтового газу можна добути більше різноманітних органічних сполук.

Однак найчастіше супутній нафтовий газ використовують на місцях як паливо. Його обсяг зазвичай перевищує місцеві потреби, тож надлишок зго­ряє у факелах - пристроях для спалювання природних горючих газів, ути­лізація яких технічно неможлива або економічно невигідна. Це призводить до втрати цінної хімічної сировини і значних викидів твердих речовин - забруднювачів, вуглекислого газу і недопаленого метану (пригадайте, чому вуглекислий газ і метан називають парниковими газами). Окрім того, до атмосфери потрапляють оксиди Сульфуру і Нітрогену (який хімічний характер цих оксидів? Яке екологічне лихо зумовлене їхніми викидами?). Унаслідок спалювання супутнього нафтового газу в повітрі також зростає концентрація амоніаку, сірководню, чадного газу (запишіть їхні хімічні формули; поясніть, чим небезпечні ці речовини), відбувається хімічне і те­плове забруднення довкілля.

Оптимальний варіант використання супутнього нафтового газу зале­жить від розміру родовища. Для малих родовищ найбільш привабливим є вироблення електроенергії у малих масштабах для власних промислових потреб і потреб інших місцевих споживачів. Найбільш ефективний спосіб утилізації супутнього нафтового газу середніх родовищ - його хімічна переробка. Для великих родовищ найдоцільнішим є генерування електро­енергії на потужній електростанції з подальшим оптовим продажем до енергосистеми.

Дізнайтеся більше... З 1997 р. Україна є Стороною Рамкової конвенції OOH про зміну клімату, а з 2004 р. - Стороною Кіотського протоколу, які визначають систему заходів, спрямованих на стабілізацію концентрації парникових газів з метою уникнення небезпечного антропогенного впливу на кліматичну си­стемуНайважливіші природні джерела вуглеводнів — природний і супут­ній нафтовий гази, нафта, кам’яне і буре вугілля, торф і горючі сланці.

· Вуглеводнева сировина — вичерпний природний ресурс, р Незважаючи на успіхи синтетичної органічної хімії, рослинна і тва­ринна сировина була і залишається безцінним джерелом органічних речовин.

· У природному газі масова частка метану сягає 98 %.

· Склад супутнього нафтового газу відрізняється від складу природ­ного газу меншим вмістом метану, підвищеним вмістом його гомо­логів.

· Оптимальний варіант використання супутнього нафтового газу зале­жить від розміру родовища.