/

Proprietățile chimice ale arenelor. Proprietățile chimice ale benzenului Ecuația reacției de ardere a benzenului
Sistematic
Nume		benzen
AbrevieriPhH
Nume tradiționaleuscător de păr (Laurent, 1837),
fenil hidrogen, benzen
Chim. formulăC₆H₆
Statlichid
Masă molară 78,11 g/mol
Densitate0,8786 g/cm³
Vascozitate dinamica0,0652 Pa s
Energie de ionizare9,24 ± 0,01 eV
T. se topesc.5,5°
T. kip.80,1°
T. rev.−11°
T. svsp.562°
etc. explozie1,2 ± 0,1% vol.
Presiunea aburului75 ± 1 mmHg
Solubilitate in apa0,073 g/100 ml
GOSTGOST 5955-75
Reg. numar CAS71-43-2
PubChem241
Reg. numărul EINECS200-753-7
ZÂMBETE

C1=CC=CC=C1
InChI
RTECSCY1400000
CHEBI16716
ChemSpider236
Toxicitate

toxic, are proprietăți cancerigene și narcotice
cuvant de semnalPERICULOS!
Datele sunt date pentru condiții standard (25°, 100 kPa) dacă nu este menționat altfel.

Proprietăți chimice

Reacțiile de substituție sunt caracteristice benzenului - benzenul reacționează cu alchene, cloroalcani, halogeni, acizi azotic și sulfuric. Reacțiile de scindare a inelului benzen au loc în condiții dure (temperatură, presiune).

  • Interacțiunea cu alchenele (alchilare), ca rezultat al reacției, se formează omologi de benzen, de exemplu, etilbenzen și cumen:
6 6 + 2 = CH 2 → AlCl3∗HCl 6 5 CH 2 CH 3 6 6 + CH 2 \u003d CH - CH 3 → AlCl3 ∗ HCl 6 5 CH (CH 3) 2
  • Interacțiunea cu clorul și bromul în prezența unui catalizator pentru a forma clorobenzen (reacție de substituție electrofilă):
6 6 + 2 → FeCl 3 6 5 + HCl
  • În absența unui catalizator, atunci când este încălzit sau iluminat, are loc o reacție de adiție radicală cu formarea unui amestec de izomeri hexaclorociclohexan.
6 6 + 3Cl 2 → T,hν 6 6 6
  • Când benzenul reacționează cu bromul într-o soluție de oleum, se formează hexabromobenzen:
6 6 + 6Br 2 → H2SO4 ∗ SO3 6 6 + 6HBr
  • Interacțiunea cu derivații de halogen ai alcanilor (alchilarea benzenului, reacția Friedel-Crafts) pentru a forma alchilbenzeni:

  • Reacția de acilare Friedel-Crafts a anhidridelor de benzen, halogenurilor de acid carboxilic duce la formarea de cetone aromatice și aromatice grase:
6 6 + (CH 3 CO) 2 → AlCl 3 6 5 COCH 3 + CH 3 COOH

6 6 + 6 5 COCl → AlCl 3 6 5 COC 6 5 + HCl

În prima și a doua reacție, se formează acetofenona (metilfenilcetonă), înlocuirea clorurii de aluminiu cu clorură de antimoniu permite reducerea temperaturii de reacție la 25 ° C. În a treia reacție, se formează benzofenonă (difenilcetonă).

  • Reacția de formilare - interacțiunea benzenului cu un amestec de CO și HCI, are loc la presiune ridicată și sub acțiunea unui catalizator, produsul de reacție este benzaldehida:
6 6 + CO + HCl → AlCl 3 6 5 COH + HCl
  • Reacții de sulfonare și nitrare (substituție electrofilă):
6 6 + HNO 3 → 2 SO 4 6 5 NO 2 + 2 6 6 + 2 SO 4 → 6 5 SO 3 + 2
  • Reducerea benzenului cu hidrogen (hidrogenare catalitică):
6 6 + 3H 2 → / , ;t 6 12

Reacții de oxidare

Benzenul, datorită structurii sale, este foarte rezistent la oxidare, nu este afectat, de exemplu, de o soluție de permanganat de potasiu. Cu toate acestea, oxidarea la anhidridă maleică poate fi efectuată folosind un catalizator de oxid de vanadiu:


  • reacție de ozonoliză. De asemenea, benzenul suferă ozonoliză, dar procesul este mai lent decât în ​​cazul hidrocarburilor nesaturate:


Rezultatul reacției este formarea dialdehidei - glioxal (1,2-etanial).

  • reacție de ardere. Arderea benzenului este cazul limitativ de oxidare. Benzenul este foarte inflamabil și arde în aer cu o flacără foarte fumurie:
2C 6 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2

Structura

Prin compoziție, benzenul aparține hidrocarburilor nesaturate (serie omoloagă n 2n−6), dar spre deosebire de hidrocarburile din seria etilenei, 2 4 , prezintă proprietăți inerente hidrocarburilor nesaturate (se caracterizează prin reacții de adiție), doar în condiții dure, dar benzenul este mai predispus la reacții de substituție. Acest „comportament” al benzenului se explică prin structura sa specială: prezența atomilor în același plan și prezența unui nor de electroni 6π conjugați în structură. Ideea modernă a naturii electronice a legăturilor din benzen se bazează pe ipoteza lui Linus Pauling, care a propus să descrie molecula de benzen ca un hexagon cu un cerc înscris, subliniind astfel absența legăturilor duble fixe și prezența unui nor de electroni care acoperă toți cei șase atomi de carbon ai ciclului.

În literatura de specialitate și populară, termenul inel de benzen, referindu-se, de regulă, la structura carbonică a benzenului fără a lua în considerare alți atomi și grupări asociate cu atomii de carbon. Inelul benzenic face parte din mulți compuși diferiți.

Productie

Astăzi, există mai multe fundamentale diferite căi producția de benzen.


Aplicație

Transportul benzenului cu trenul efectuate în vagoane cisternă specializate

O parte semnificativă a benzenului rezultat este utilizată pentru sinteza altor produse:

  • aproximativ 50% din benzen este transformat în etilbenzen (alchilarea benzenului cu etilenă);
  • aproximativ 25% din benzen este transformat în cumen (alchilarea benzenului cu propilenă);
  • aproximativ 10-15% din benzen este hidrogenat la ciclohexan;
  • aproximativ 10% din benzen este cheltuit pentru producerea de nitrobenzen;
  • 2-3% din benzen este transformat în alchilbenzeni lineari;
  • aproximativ 1% din benzen este folosit pentru sinteza clorbenzenului.

În cantități mult mai mici, benzenul este utilizat pentru sinteza altor compuși. Ocazional și în cazuri extreme, datorită toxicității sale mari, benzenul este folosit ca solvent.

În plus, benzenul face parte din benzină. În anii 1920 și 1930, benzenul a fost adăugat ru de la benzina de curgere directă pentru a-și crește ratingul octanic, dar până în anii 1940 astfel de amestecuri nu puteau concura cu benzinele cu un octan ridicat. Datorită toxicității ridicate, conținutul de benzen în combustibil este limitat de standardele moderne la introducerea de până la 1%.

Acțiune biologică și toxicologie

Benzenul este unul dintre cele mai comune xenobiotice antropice.

Benzenul este foarte toxic. Doza minimă letală pentru administrare orală este de 15 ml, media este de 50-70 ml. Cu o scurtă inhalare a vaporilor de benzen, nu are loc o otrăvire imediată, prin urmare, până de curând, procedura de lucru cu benzen nu a fost reglementată în mod special. În doze mari, benzenul provoacă greață și amețeli, iar în unele cazuri severe, otrăvirea poate fi fatală. Primul semn al intoxicației cu benzen este adesea euforia. Vaporii de benzen pot pătrunde în pielea intactă. Benzenul lichid este destul de iritant pentru piele. În cazul în care corpul uman este expus unei expuneri pe termen lung la benzen în cantități mici, consecințele pot fi și foarte grave.

Benzenul este un cancerigen puternic. Studiile arată asocierea benzenului cu boli precum anemia aplastică, leucemia acută (mieloidă, limfoblastică), leucemia mieloidă cronică, sindromul mielodisplazic și bolile măduvei osoase.

Mecanismul de transformare și efectul mutagen al benzenului

Există mai multe variante ale mecanismului de transformare a benzenului în corpul uman. În prima variantă, molecula de benzen este hidroxilată de sistemul de oxidare microzomală cu participarea citocromului P450. Conform mecanismului, benzenul este mai întâi oxidat la un epoxid foarte reactiv, care este ulterior transformat în fenol. În plus, radicalii liberi (specii reactive de oxigen) sunt generați datorită activării ridicate a P450 conform reacției:

Mecanismul molecular al mutagenezei benzenului

Benzenul este promutagen, capătă proprietăți mutagene numai după biotransformare, în urma căreia se formează compuși foarte reactivi. Unul dintre acestea este epoxidul de benzen. Datorită stresului unghiular mare al ciclului epoxidic, legăturile -C-O-C- se rupe și molecula devine electrofilă, reacționând ușor cu centrii nucleofili ai bazelor azotate ale moleculelor. acizi nucleici mai ales ADN-ul.

Mecanismul de interacțiune a ciclului epoxidic cu centrii nucleofili - grupele amino ale bazelor azotate (reacție de arilare) se desfășoară ca o reacție de substituție nucleofilă 2 . Ca rezultat, se formează aducti ADN legați covalent destul de puternici; astfel de derivați sunt observați cel mai adesea în guanină (deoarece molecula de guanină are suma maxima centri nucleofili), de exemplu, N7-fenilguanina. Aductii ADN rezultați pot duce la o modificare a structurii native a ADN-ului, perturbând astfel cursul adecvat al transcripției și replicării. Care este sursa mutațiilor genetice. Acumularea de epoxid în hepatocite (celule hepatice) duce la consecințe ireversibile: o creștere a arilației ADN-ului și, în același timp, o creștere a expresiei (supraexpresiei) proteinelor mutante care sunt produse ale unei mutații genetice; inhibarea apoptozei; transformarea celulară și chiar moartea. Pe lângă genotoxicitatea și mutagenitatea pronunțată pronunțată, benzenul are o mielotoxicitate puternică și activitate carcinogenă, în special acest efect se manifestă în celulele țesutului mieloid (celulele acestui țesut sunt foarte sensibile la astfel de efecte ale xenobioticelor).

Abuzul de benzen și substanțe

Benzenul are un efect uluitor asupra unei persoane și poate duce la dependența de droguri.

Intoxicatia acuta

La concentrații foarte mari - pierderea aproape instantanee a conștienței și moartea în câteva minute. Culoarea feței este cianotică, membranele mucoase sunt adesea roșu vișiniu. La concentrații mai mici - excitare, similară cu alcoolul, apoi somnolență, slăbiciune generală, amețeli, greață, vărsături, dureri de cap, pierderea conștienței. Se observă, de asemenea, contracții musculare, care se pot transforma în convulsii tonice. Pupilele sunt adesea dilatate și nu răspund la lumină. Respirația este mai întâi accelerată, apoi încetinită. Temperatura corpului scade brusc. Puls accelerat, umplutură mică. Tensiunea arterială este scăzută. Au fost raportate cazuri de aritmii cardiace severe.

După otrăvire severă care nu duce direct la moarte, se observă uneori tulburări de sănătate pe termen lung: pleurezie, cataruri ale tractului respirator superior, boli ale corneei și retinei, afectarea ficatului, tulburări cardiace etc. Un caz de vasomotor nevroză cu umflarea feței și a extremităților, tulburări de sensibilitate și convulsii la scurt timp după intoxicația acută cu vapori de benzen. Uneori moartea are loc la ceva timp după otrăvire.

intoxicație cronică

În cazuri severe, apar: dureri de cap, oboseală extremă, dificultăți de respirație, amețeli, slăbiciune, nervozitate, somnolență sau insomnie, indigestie, greață, uneori vărsături, lipsa poftei de mâncare, urinare crescută, menstruație, sângerare persistentă din mucoasa bucală, în special gingiile, adesea se dezvoltă, și nasul, care durează ore și chiar zile. Uneori apar sângerări persistente după extracția dinților. Numeroase mici hemoragii (hemoragii) la nivelul pielii. Sânge în scaune, sângerare uterină, hemoragie retiniană. De obicei, sângerarea și, adesea, febra însoțitoare (temperatură de până la 40 ° și peste) este cea care aduce otrăvitul la spital. În astfel de cazuri, prognosticul este întotdeauna grav. Cauza morții sunt uneori infecții secundare: există cazuri de inflamație gangrenoasă a periostului și necroză a maxilarului, inflamație ulceroasă severă a gingiilor, sepsis general cu endometrită septică.

Uneori, cu otrăvire severă, se dezvoltă simptome de boli nervoase: reflexe tendinoase crescute, clonus bilateral, simptom Babinsky pozitiv, tulburare de sensibilitate profundă, tulburări pseudo-tabetice cu parestezie, ataxie, paraplegie și tulburări motorii (semne de afectare a coloanelor posterioare ale măduva spinării și tractul piramidal).

Cele mai tipice modificări în sânge. Numărul de eritrocite este de obicei redus brusc, până la 1-2 milioane și mai jos. Conținutul de hemoglobină scade, de asemenea, brusc, uneori până la 10%. Indicele de culoare în unele cazuri este scăzut, uneori aproape de normal și uneori ridicat (mai ales în cazul anemiei severe). Se remarcă anizocitoză și poikilocitoză, puncție bazofilă și apariția eritrocitelor nucleare, creșterea numărului de reticulocite și a volumului eritrocitelor. O scădere bruscă a numărului de leucocite este mai tipică. Uneori, inițial leucocitoză, înlocuită rapid de leucopenie, accelerarea VSH. Modificările din sânge nu se dezvoltă simultan. Cel mai adesea, sistemul leucopoietic este afectat mai devreme, mai târziu se unește trombocitopenia. Înfrângerea funcției eritroblastice apare adesea și mai târziu. În viitor, se poate dezvolta o imagine caracteristică a otrăvirii severe - anemie aplastică.

Efectele intoxicației pot persista și chiar progresa la luni și ani de la încetarea lucrului cu benzen.

Primul ajutor pentru otrăvire și tratament

În caz de otrăvire acută cu benzen (vapori de benzen), victima trebuie mai întâi scoasă la aer curat, în caz de stop respirator, respirația artificială se normalizează, oxigenul și lobelina sunt folosite ca stimulente respiratorii. Utilizarea adrenalinei ca analeptic este strict interzisă! Dacă apar vărsături, intravenos soluție de glucoză 40%, în caz de tulburări circulatorii - injectare soluție de cafeină. Dacă otrăvirea a avut loc pe cale orală și benzenul a intrat în stomac, este necesar să-l clătiți cu ulei vegetal (benzenul se absoarbe bine), procedura trebuie efectuată cu prudență, deoarece aspirația este posibilă. Cu o otrăvire ușoară, pacientului i se arată odihnă. În stările excitate, sunt necesare sedative. În caz de anemie, se efectuează transfuzii de sânge, vitamina B12, acid folic, în caz de leucopenie - vitamina B6, pentoxil. În caz de scădere a imunității (starea de imunodeficiență) - imunostimulante.

Acțiunea benzenului asupra biomembranelor

Membranele biologice sunt structuri supramoleculare - un strat dublu lipidic, în care sunt integrate (înglobate) sau atașate la suprafața moleculelor de proteine, polizaharide. Lipidele care alcătuiesc biomembranele sunt prin natura lor compuși amfifili (amofili), adică capabili să se dizolve atât în ​​substanțe polare, cât și nepolare, datorită prezenței grupurilor polare în ele, așa-numitele. "cap"(carboxilic -COOH, hidroxil -OH, grupări amino -NH 2 și altele) și așa-numitele nepolare. "cozi"(radicali hidrocarburi - alchili, arii, structuri policiclice precum colestanul și altele).

Benzenul este un solubilizator eficient al membranelor biologice, dizolvă rapid grupările nepolare (așa-numita hidrocarbură "cozi") lipide, în principal colesterol, care face parte din membrane. Procesul de solubilizare este limitat de concentrația de benzen, cu cât este mai mult, cu atât mai rapid se desfășoară acest proces. În procesul de solubilizare, se eliberează energie, rupând literalmente stratul dublu lipidic (dublu strat lipidic), ceea ce duce la distrugerea completă (distrugerea structurii) a membranei și la apoptoza ulterioară celulară (în timpul distrugerii biomembranelor, receptorii membranari sunt activați (cum ar fi precum: CD95, TNFR1, DR3, DR4 și altele) care activează apoptoza celulară).

Acțiune asupra pielii

La contactul frecvent al mâinilor cu benzen, se observă piele uscată, crăpături, mâncărime, roșeață (de obicei între degete), umflături și vezicule asemănătoare meiului. Uneori, din cauza leziunilor cutanate, lucrătorii sunt nevoiți să renunțe la locul de muncă.

Concentrația maximă admisă este de 5 mg/m 3 .

Securitate

Lucrul cu benzen implică riscul de otrăvire și probleme grave de sănătate. Benzenul este un lichid foarte volatil (volatilitate 320 mg/l la 20°C) cu un grad înalt aprindere, prin urmare, atunci când lucrați cu acesta, este necesar să respectați măsurile de siguranță pentru lucrul cu lichide inflamabile. Vaporii de benzen sunt de mare pericol, deoarece pot forma amestecuri explozive cu aerul. În prezent, utilizarea benzenului ca solvent organic este sever limitată din cauza toxicității și efectelor cancerigene ale vaporilor săi și a efectelor negative asupra pielii. Lucrul cu benzen în laboratoare prevede, de asemenea, limitarea acestuia (strict reglementată). Benzenul este recomandat să fie utilizat în experimente numai în volume mici (nu mai mult de 50 ml), lucrul trebuie efectuat exclusiv cu mănuși de cauciuc fluor (latexul se dizolvă și se umflă atunci când este expus la benzen).

  • depozitați lângă surse de căldură, flacără deschisă, oxidanți puternici, produse alimentare și așa mai departe,
  • lăsați recipientele care conțin benzen deschise, fum,
  • folosiți recipiente cu benzen pentru uz alimentar, spălarea mâinilor, vase,
  • lucrați într-o încăpere închisă, slab ventilată, cu o temperatură a aerului mai mare de 30 ° C,
  • utilizați un volum mare de substanță ca solvent,
  • lucrați fără echipament de protecție pentru pielea mâinilor, a ochilor și a organelor respiratorii.

Ecologie

Benzenul este o substanță nesigură pentru mediu, un toxic de origine antropică. Principalele surse de benzen care intră în mediu inconjurator co canalizare sau emisiile în aer sunt industria petrochimică și a cocsului, producția de combustibil și transportul. Din rezervoare, benzenul se volatilizează ușor, este capabil să se transforme din sol în plante, ceea ce reprezintă o amenințare serioasă pentru ecosisteme.

Benzenul are proprietatea cumulării, datorită lipofilității sale, este capabil să se depună în celulele țesutului adipos al animalelor, otrăvindu-le astfel.


PRTSVSH (F) FGBOU VPO

Departamentul „Securitate la incendiu”

Test

la disciplina „Teoria arderii și exploziilor”

Sarcina numărul 1

Determinați cantitățile teoretice specifice și volumul de aer necesar pentru arderea completă a vaporilor de benzen. Conditiile in care se afla aerul se caracterizeaza prin temperatura Tv si presiunea Pv, iar vaporii de benzen - temperatura Tg si presiunea Pg. Exprimați rezultatele calculului în următoarele unități: ; ;;;

Date inițiale (N - numărul grupului, n - numărul conform listei de elevi:

TV=300+(-1) N *2*N-(-1) n *0,2*n= 277,6 K

Pv \u003d?10 3 \u003d 95900 Pa;

Тg=300a(a1) N52aNa(a1) n50,2an= 321,6 K;

Pr \u003d? 10 3 \u003d 79400 Pa.

С6Н6+7.5О2+7.5?3.76N2=6CO2+3pO+7.5?3.76N2+Qp (1),

unde Qp este căldura unei reacții chimice. Din ecuația dată este posibil să se determine coeficienții stoichiometrici ai benzenului și oxigenului molecular: Vg = 1, V0 = 7,5

2. Cantitatea teoretică specifică de aer - numărul de kilomoli de aer care sunt necesari pentru arderea completă a unui kilomol de benzen se calculează prin formula:

unde 4,76 este cantitatea de aer care conține o unitate de oxigen, \u003d este raportul dintre coeficienții stoichiometrici ai oxigenului molecular (Vo) și benzenului (Vg)

Înlocuind în (d) valorile lui Vo și Vg, obținem:

3. Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unui kilomol de benzen se determină după cum urmează:

unde este volumul unui kilomol de aer la temperatura Tv și presiunea Pv. Valoarea se calculează folosind formula

unde 22,4 este volumul molar al gazului în condiții normale, Po = 101325 Pa este presiunea normală, To = 273 K este temperatura normală.

Înlocuind Tv, To, Pv, Po în (5), obținem

Volumul de aer teoretic specific se calculează prin formula (4):

4. Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unei unități de volum de combustibil gazos se determină după cum urmează:

unde este volumul unui kilomol de combustibil - vapori de benzen la temperatura Tg si presiunea Pg. Dat fiind

și înlocuind (8) și (5) în (7), obținem următoarea expresie pentru volumul de aer teoretic specific:

Calculăm valoarea acestui parametru al procesului de ardere:

Volumul de aer necesar pentru arderea completă a unui kilogram de benzen se determină după cum urmează:

unde - masa molară a combustibilului este masa unui kilomol de benzen, exprimată în kilograme. Masa molară a benzenului este numeric egală cu greutatea sa moleculară se găsește prin formula:

Ac?nc + An?nn, UiAi?ni (11)

unde Ac și An sunt greutățile atomice ale carbonului și hidrogenului, nc și nn sunt numărul de atomi de carbon din molecula de benzen. Înlocuind valorile Ac = 12, nc = 6, An = 1, nn = 6, obținem:

Găsim volumul teoretic specific al aerului prin înlocuirea valorilor lui n în și în formula (10):

Rezultatul calculului:

Sarcina numărul 2

Determinați cantitatea teoretică specifică, volumul și compoziția produselor de ardere a benzenului, dacă se cunosc coeficientul de exces de aer c, temperatura Tp și presiunea Pp a produselor de ardere, temperatura Tg și presiunea Pg a vaporilor de benzen. Exprimați rezultatele calculului în fracții molare (în procente) și în următoarele unități: ; ;;

Date inițiale:

c=1,5+(a1) N-0,1-N-(a1) n-0,01?n = 0,2;

Rp \u003d? 10 3 \u003d 68400 Pa;

Tp=1600a(a1) N520aN5(a1) n52an = 1816 K;

Тg=273a(a1) N52aN+(a1) n50,2n = 295,4 K;

Rg \u003d? 10 3 \u003d 111600 Pa;

soluție (N=11, n=2).

1. Scriem ecuația stoechiometrică pentru reacția arderii benzenului în aer:

C 6 H 6 +7.5O 2 +7.5? 3.76N 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O + 7.5? 3.76N 2 + Qp, (1)

unde Qp este căldura unei reacții chimice. Din această ecuație, determinăm următorii coeficienți stoichiometrici:

V CO2 \u003d 6, V pO \u003d 3, V C6H6 \u003d 1, V O2 \u003d 7,5, V N2 \u003d 7,5? 3,76

2. Determinați cantitatea estimată de produse de ardere a unui kilomol de combustibil:

Înlocuind în (2) valorile coeficienților stoichiometrici ai produselor de ardere și combustibilului, se obține:

3. Cantitatea teoretică specifică de aer - numărul de kilomoli de aer necesar pentru arderea completă a unui kilomol de combustibil, se determină folosind formula:

Unde 4,76 este cantitatea de aer care conține o unitate de oxigen,

Raportul coeficienților stoichiometrici ai oxigenului molecular și benzenului.

Înlocuind în (4) valorile V O2 =7,5 și V C6H6 =1 , obținem:

4. Excesul de aer care cade pe 1 Kmol de combustibil este determinat de expresia:

aer de ardere cu abur de benzen

Înlocuind în această expresie valorile

37,7(0,2-1)=30,16(7)

5. Cantitatea totală de produse de ardere pe unitatea de cantitate de substanță combustibilă este determinată de suma:

După înlocuirea valorilor și obținem:

6. Fracțiile molare ale produselor de ardere, exprimate în procente, se determină după cum urmează:

În formulele (9) pentru fracțiile molare de azot și oxigen din produsele de ardere, 0,79 și 0,21 sunt fracțiile molare ale acestor substanțe din aer, al căror exces duce la creșterea proporției de azot și la apariția oxigenului. în produsele de ardere.

7. Pentru a determina volumele specifice și produsele de ardere, este necesar să se calculeze volumul lor molar - volumul unui kilomol de gaz în condițiile în care se află produsele:

unde 22,4 este volumul unui kilomol de gaz în condiții normale, T 0 \u003d 273K - temperatura normală, Po \u003d 101325 Pa - presiune normală.

Înlocuind în (10) valorile, Po, To, obținem:

Volumul produselor care se formează în timpul arderii unui kilogram de combustibil, excluzând excesul de aer, se calculează după cum urmează:

unde - masa molară a combustibilului este masa unui kilomol de benzen, exprimată în kilograme. Masa molară a benzenului se găsește după formula:

unde Ac și An sunt greutățile atomice ale carbonului (12) și hidrogenului (1), n ​​​​c și n n sunt numerele de atomi de carbon (6) și hidrogen (6) din moleculele de benzen (C 6 H 6).

Înlocuind valorile, și în (12) obținem

Volumul în exces de aer per 1 kilogram de combustibil se determină după cum urmează:

unde este volumul unui kilomol de aer în exces, care face parte din produsele de ardere. Deoarece temperatura și presiunea aerului în exces corespund temperaturii și presiunii produselor de ardere, atunci \u003d \u003d 220,7.

Înlocuind această valoare, precum și în (14), obținem:

Pentru a calcula volumul specific al produselor de ardere completă a combustibilului, presupunem că vaporii de benzen au o temperatură Tg la presiune:

unde este volumul unui kilomol de vapori de benzen la temperatura Tg și presiunea Pg. Volumul molar de combustibil se calculează cu formula:

Înlocuind valoarea obținută și astfel de valori în (17), obținem:

Volum de aer în exces la fiecare metru cub vapori de benzen, sunt definiți după cum urmează:

Înlocuirea în (20) valori \u003d 30,16 , \u003d și

dă următorul rezultat:

Volumul specific total al produselor de ardere, ținând cont de excesul de aer, este determinat de sumă

Rezultatul calculului:

X CO2 \u003d%; X H2O \u003d 4,4%; X N2 =%; X O2 \u003d 11,7%


Documente similare

    Calculul coeficientului de combustibilitate al nitrobenzenului C6H5NO2 și al disulfurei de carbon CS2. Ecuația pentru reacția de ardere a acetatului de propil în aer. Calculul volumului de aer și produse de ardere în timpul arderii gazelor combustibile. Determinarea punctului de aprindere al toluenului după formula lui V. Blinov.

    test, adaugat 04.08.2017

    Calculul volumului de aer și al produselor de ardere formate în timpul arderii unei substanțe. Ecuația pentru reacția de ardere a etilenglicolului în aer. Arderea unui amestec de gaze combustibile. Calculul temperaturii de ardere adiabatică pentru un amestec stoechiometric. arderea propanolului.

    test, adaugat 17.10.2012

    Tipul de ardere și principalii săi parametri. Conversia chimică a combustibilului și a oxidantului în produse de ardere. Ecuații de material și echilibru termic al reacției de ardere. Influența coeficientului de aer în exces asupra compoziției produselor de ardere și a temperaturii de ardere.

    test, adaugat 17.01.2013

    Determinarea volumului de aer necesar pentru arderea completă a unei unități de masă a unei substanțe combustibile. Compoziția produselor de ardere a unei unități de masă a unei substanțe combustibile. Limitele de propagare a flăcării a amestecurilor de gaz, abur, praf-aer. Presiune de descompunere explozivă.

    lucrare de termen, adăugată 23.12.2013

    Elaborarea măsurilor de prevenire a apariției incendiilor și exploziilor, evaluarea condițiilor de desfășurare și stingere a acestora. Conceptul de burnout rate, metoda definirii sale. Procedura de compilare a ecuației reacției de ardere. Calculul volumului de aer necesar pentru aprindere.

    lucrare de termen, adăugată 07.10.2014

    Determinarea compoziției produselor de ardere completă a gazului. Calculul temperaturii de ardere adiabatică a unui amestec de gaze la volum constant și presiune constantă. Constantele de reacție cinetică de autoaprindere a gazelor naturale. Limita de aprindere a amestecului de gaze.

    lucrare de termen, adăugată 19.02.2014

    Caracterizarea metodelor industriale de alchilare a benzenului cu propilenă. Principii de alchilare a benzenului cu olefine în tehnologia chimică. Probleme de proiectare a instalaţiilor tehnologice pentru alchilarea benzenului. Descrierea tehnologiei procesului de producție.

    teză, adăugată 15.11.2010

    Arderea este un proces puternic de oxidare. Tipuri de ardere: mocnit și ardere cu flacără. Explozia ca caz special de ardere. Proprietățile electrice ale flăcării. Varietate de produse de ardere ca urmare a arderii incomplete a combustibilului. Filtrarea fumului prin apă.

    lucrare stiintifica, adaugata 29.07.2009

    Determinarea volumului de aer necesar pentru arderea completă a unei cantități date de propan. Calculul modificării entalpiei, entropiei și energiei Gibbs, folosind consecințele legii lui Hess. Determinarea echivalenților de masă molară ai agentului oxidant și agentului reducător.

    test, adaugat 02.08.2012

    Metode de determinare a consumului de ulei absorbant, concentrația de benzen în uleiul absorbant care părăsește absorbantul. Calculul diametrului și înălțimii absorbantului împachetat. Determinarea suprafeței de încălzire necesare în cubul coloanei și a consumului de abur de încălzire.

Vă prezentăm atenției un tutorial video pe tema " Proprietăți chimice Benzen". Folosind acest videoclip, vă puteți face o idee despre proprietățile chimice ale benzenului, precum și despre condițiile dure care sunt necesare pentru ca benzenul să reacționeze cu alte substanțe.

Subiect:hidrocarburi aromatice

Lecţie:Proprietățile chimice ale benzenului

Orez. 1. Moleculă de benzen

Ruperea norului de electroni p din molecula de benzen este dificilă. Prin urmare, benzenul intră în reacții chimice mult mai puțin activ decât compușii nesaturați.

Pentru ca benzenul să intre în reacții chimice, sunt necesare condiții destul de dure: o temperatură ridicată și, în multe cazuri, un catalizator. În majoritatea reacțiilor, inelul benzenic stabil este reținut.

1. Bromurare.

Este necesar un catalizator (fier(III) sau bromură de aluminiu) și nici măcar cantități mici de apă nu trebuie lăsate să intre. Rolul catalizatorului este că molecula de brom este atrasă de unul dintre atomii de brom către atomul de fier. Ca rezultat, se polarizează - o pereche de electroni de legătură trece la atomul de brom asociat cu fierul:

Br+…. Br - FeBr 3 .

Br+ este un electrofil puternic. Este atras de norul de șase electroni al inelului benzenic și îl rupe, formându-se legătură covalentă cu un atom de carbon:

Anionul brom s-ar putea alătura cationului rezultat. Dar reducerea sistemului aromatic al inelului benzenic este energetic mai favorabilă decât adăugarea anionului brom. Prin urmare, molecula intră într-o stare stabilă prin aruncarea unui ion de hidrogen:

Toate reacțiile de substituție electrofilă din inelul benzenic se desfășoară conform unui mecanism similar.

2. Nitrare

Benzenul și omologii săi reacționează cu un amestec de acizi sulfuric și azotic concentrat (amestec de nitrare). În amestecul de nitrare, în echilibru, există un ion de nitroniu NO 2 +, care este un electrofil:

3. Sulfonare.

Benzenul și alte arene, atunci când sunt încălzite, reacţionează cu acid sulfuric concentrat sau oleum - o soluţie de SO 3 în acid sulfuric:

4 . Alchilare Friedel-Crafts

5. Alchilare cu alchene

Aceste reacții sunt nefavorabile din punct de vedere energetic, prin urmare, ele au loc numai atunci când sunt încălzite sau iradiate.

1. Hidrogenarea.

Când sunt încălzite, la presiune ridicată și în prezența unui catalizator Ni, Pt sau Pd, benzenul și alte arene adaugă hidrogen pentru a forma ciclohexan:

2. Clorarea benzenului.

Sub acțiunea radiațiilor ultraviolete, benzenul adaugă clor. Dacă un balon de sticlă de cuarț cu o soluție de clor în benzen este expus la lumina soarelui, soluția se va decolora rapid, clorul se va combina cu benzenul pentru a forma 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexan, care este cunoscut sub numele de hexacloran(folosit anterior ca insecticid):

3. arderea benzenului.

Spre deosebire de alcani, flacăra benzenului și a altor hidrocarburi aromatice este strălucitoare și fumurie.

Rezumând lecția

În această lecție, ați studiat subiectul „Proprietățile chimice ale benzenului”. Folosind acest material, ați putut să vă faceți o idee despre proprietățile chimice ale benzenului, precum și despre condițiile dure care sunt necesare pentru ca benzenul să reacționeze cu alte substanțe.

Bibliografie

1. Rudzitis G.E. Chimie. Bazele Chimie generală. Nota 10: manual pt institutii de invatamant: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: manual. pentru invatamantul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin şi alţii - M.: Drofa, 2008. - 463 p.

3. Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: manual. pentru invatamantul general instituții / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și alții - M.: Drofa, 2010. - 462 p.

4. Hhomcenko G.P., Hhomcenko I.G. Culegere de probleme de chimie pentru cei care intră în universități. - a 4-a ed. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.

Teme pentru acasă

1. Nr. 13, 14 (p. 62) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: Chimie organica. Nota a 10-a: manual pentru instituţiile de învăţământ: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. De ce compușii aromatici diferă ca proprietăți chimice față de hidrocarburile saturate și nesaturate?

3. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile de ardere ale etilbenzenului și xilenului.

DEFINIȚIE

Benzen(ciclohexatrienă - 1,3,5) - materie organică, cel mai simplu reprezentant al unui număr de hidrocarburi aromatice.

Formula - C6H6 (formula structurală - Fig. 1). Masa moleculara – 78, 11.

Orez. 1. Formule structurale și spațiale ale benzenului.

Toți cei șase atomi de carbon din molecula de benzen sunt în stare de hibrid sp 2. Fiecare atom de carbon formează legături 3σ cu alți doi atomi de carbon și un atom de hidrogen situat în același plan. Șase atomi de carbon formează un hexagon regulat (σ-scheletul moleculei de benzen). Fiecare atom de carbon are un orbital p nehibridizat, care conține un electron. Șase electroni p formează un singur nor de electroni π (sistem aromatic), care este reprezentat ca un cerc în interiorul unui ciclu cu șase membri. Radicalul de hidrocarbură derivat din benzen se numește C 6 H 5 - - fenil (Ph-).

Proprietățile chimice ale benzenului

Benzenul se caracterizează prin reacții de substituție care au loc după mecanismul electrofil:

- halogenare (benzenul interactioneaza cu clorul si bromul in prezenta catalizatorilor - AlCl 3 anhidru, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + CI2 \u003d C6H5-CI + HCI;

- nitrare (benzenul reacționează ușor cu un amestec de nitrare - un amestec de acizi azotic și sulfuric concentrați)

- alchilare cu alchene

C6H6 + CH2 \u003d CH-CH3 → C6H5-CH (CH3)2;

Reacțiile de adăugare la benzen duc la distrugerea sistemului aromatic și au loc numai în condiții dure:

- hidrogenare (reacția are loc la încălzire, catalizatorul este Pt)

- adăugarea de clor (apare sub acțiunea radiațiilor UV cu formarea unui produs solid - hexaclorciclohexan (hexacloran) - C 6 H 6 Cl 6)

Ca oricare compus organic benzenul intră într-o reacție de ardere cu formare ca produși de reacție dioxid de carbonși apă (arde cu o flacără fumurie):

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O.

Proprietățile fizice ale benzenului

Benzenul este un lichid incolor, dar are un miros înțepător specific. Formează un amestec azeotrop cu apa, se amestecă bine cu eteri, benzină și diverși solvenți organici. Punct de fierbere - 80,1 C, punctul de topire - 5,5 C. Toxic, cancerigen (adică contribuie la dezvoltarea cancerului).

Obținerea și utilizarea benzenului

Principalele metode de obținere a benzenului:

— dehidrociclizarea hexanului (catalizatori - Pt, Cr 3 O 2)

CH3-(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2;

- dehidrogenarea ciclohexanului (reacția are loc la încălzire, catalizatorul este Pt)

C6H12 → C6H6 + 4H2;

– trimerizarea acetilenei (reacția are loc când este încălzită la 600C, catalizatorul este cărbune activ)

3HC≡CH → C6H6.

Benzenul servește ca materie primă pentru producția de omologi (etilbenzen, cumen), ciclohexan, nitrobenzen, clorbenzen și alte substanțe. Anterior, benzenul era folosit ca aditiv la benzină pentru a-și crește numărul octanic, cu toate acestea, acum, datorită toxicității sale ridicate, conținutul de benzen din combustibil este strict reglementat. Uneori, benzenul este folosit ca solvent.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Sarcina Notați ecuațiile cu care puteți efectua următoarele transformări: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.
Soluţie Pentru a obține acetilena din metan, se utilizează următoarea reacție:

2CH4 → C2H2 + 3H2 (t = 1400C).

Obținerea benzenului din acetilenă este posibilă prin reacția de trimerizare a acetilenei, care are loc la încălzire (t = 600C) și în prezența cărbunelui activ:

3C2H2 → C6H6.

Reacția de clorinare a benzenului pentru a obține clorobenzen ca produs se efectuează în prezența clorurii de fier (III):

C6H6 + CI2 → C6H5CI + HCI.

EXEMPLUL 2

Sarcina La 39 g de benzen în prezenţă de clorură de fier (III) s-a adăugat 1 mol de apă cu brom. În ce cantitate de substanță și câte grame din ce produse a rezultat?
Soluţie Să scriem ecuația pentru reacția de bromurare a benzenului în prezența clorurii de fier (III):

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr.

Produșii de reacție sunt bromobenzen și bromură de hidrogen. Masa molară a benzenului, calculată folosind tabelul elemente chimice DI. Mendeleev - 78 g/mol. Aflați cantitatea de substanță benzenică:

n(C6H6) = m(C6H6)/M(C6H6);

n(C6H6) = 39/78 = 0,5 mol.

În funcție de starea problemei, benzenul a reacționat cu 1 mol de brom. În consecință, benzenul este insuficient și se vor face calcule suplimentare pentru benzen. Conform ecuației reacției n (C 6 H 6): n (C 6 H 5 Br): n (HBr) \u003d 1: 1: 1, prin urmare n (C 6 H 6) \u003d n (C 6 H 5 Br) \u003d: n(HBr) = 0,5 mol. Apoi, masele de bromobenzen și bromură de hidrogen vor fi egale:

m(C6H5Br) = n(C6H5Br)×M(C6H5Br);

m(HBr) = n(HBr)×M(HBr).

Masele molare de bromobenzen și bromură de hidrogen, calculate folosind tabelul elementelor chimice din D.I. Mendeleev - 157, respectiv 81 g/mol.

m(C6H5Br) = 0,5 x 157 = 78,5 g;

m(HBr) = 0,5 x 81 = 40,5 g.
Răspuns Produșii de reacție sunt bromobenzen și bromură de hidrogen. Masele de bromobenzen și bromură de hidrogen sunt de 78,5 și, respectiv, 40,5 g.

Primul grup de reacții este reacțiile de substituție. Am spus că arenele nu au legături multiple în structura moleculară, dar conțin un sistem conjugat de șase electroni, care este foarte stabil și oferă o putere suplimentară inelului benzenic. Prin urmare, în reacții chimiceînlocuirea atomilor de hidrogen are loc mai întâi, și nu distrugerea inelului benzenic.

Am întâlnit deja reacții de substituție când vorbim despre alcani, dar pentru ei aceste reacții au decurs după un mecanism radical, în timp ce arenele se caracterizează printr-un mecanism ionic de reacții de substituție.

Primul proprietate chimică – halogenare. Înlocuirea unui atom de hidrogen cu un atom de halogen - clor sau brom.

Reacția are loc atunci când este încălzită și întotdeauna cu participarea unui catalizator. În cazul clorului, poate fi clorură de aluminiu sau clorură de fier trei. Catalizatorul polarizează molecula de halogen, rezultând ruperea legăturii heterolitice și se obțin ioni.

Ionul de clorură încărcat pozitiv reacționează cu benzenul.

Dacă reacția are loc cu brom, atunci tribromura de fier sau bromura de aluminiu acționează ca catalizator.

Este important de menționat că reacția are loc cu bromul molecular și nu cu apa cu brom. Benzenul nu reacționează cu apa cu brom.

Halogenarea omologilor benzenului are propriile sale caracteristici. În molecula de toluen, gruparea metil facilitează substituția în inel, reactivitatea crește, iar reacția se desfășoară în condiții mai blânde, adică deja la temperatura camerei.

Este important de menționat că substituția are loc întotdeauna în pozițiile orto și para, astfel încât se obține un amestec de izomeri.

Al doilea proprietate - nitrarea benzenului, introducerea unei grupări nitro în inelul benzenic.

Se formează un lichid greu gălbui cu miros de migdale amare - nitrobenzen, astfel încât reacția poate fi calitativă pentru benzen. Pentru nitrare se folosește un amestec de nitrare de acizi azotic și sulfuric concentrați. Reacția se realizează prin încălzire.

Permiteți-mi să vă reamintesc că pentru nitrarea alcanilor în reacția Konovalov a fost folosit acid azotic diluat fără adăugarea de acid sulfuric.

În nitrarea toluenului, precum și în halogenare, se formează un amestec de orto- și para-izomeri.

Al treilea proprietate - alchilarea benzenului cu haloalcani.

Această reacție permite introducerea unui radical de hidrocarbură în ciclul benzenic și poate fi considerată o metodă de obținere a omologilor de benzen. Clorura de aluminiu este folosită ca catalizator, care favorizează descompunerea moleculei de haloalcan în ioni. Are nevoie si de incalzire.

Al patrulea proprietate - alchilarea benzenului cu alchene.

În acest fel, de exemplu, se poate obţine cumen sau etilbenzen. Catalizatorul este clorură de aluminiu.

2. Reacții de adiție la benzen

Al doilea grup de reacții este reacțiile de adiție. Am spus că aceste reacții nu sunt caracteristice, dar sunt posibile în condiții destul de dure, cu distrugerea norului de electroni pi și formarea de legături șase sigma.

a cincea proprietate în lista generală - hidrogenare, adăugare de hidrogen.

Temperatura, presiunea, catalizatorul nichel sau platina. Toluenul este capabil să reacționeze în același mod.

şaselea proprietate - clorinare. Vă rugăm să rețineți că vorbim în mod specific despre interacțiunea cu clorul, deoarece bromul nu intră în această reacție.

Reacția are loc sub iradiere ultravioletă dură. Se formează hexaclorociclohexan, un alt nume pentru hexacloran, un solid.

Este important să ne amintim că pentru benzen nu este posibil reacții de adiție de halogenuri de hidrogen (hidrohalogenare) și adăugare de apă (hidratare).

3. Înlocuirea în lanțul lateral a omologilor benzenului

Al treilea grup de reacții se referă numai la omologii benzenului - aceasta este o substituție în lanțul lateral.

al șaptelea o proprietate din lista generală este halogenarea la atomul de carbon alfa din lanțul lateral.

Reacția are loc atunci când este încălzită sau iradiată și întotdeauna numai la carbonul alfa. Pe măsură ce halogenarea continuă, al doilea atom de halogen va reveni la poziția alfa.

4. Oxidarea omologilor benzenului

Al patrulea grup de reacții este oxidarea.

Inelul de benzen este prea puternic, deci benzen nu se oxideaza permanganat de potasiu - nu își decolorează soluția. Acest lucru este foarte important de reținut.

Pe de altă parte, omologii benzenului sunt oxidați cu o soluție acidificată de permanganat de potasiu atunci când sunt încălziți. Și aceasta este a opta proprietate chimică.

Se dovedește acid benzoic. Se observă decolorarea soluției. În acest caz, indiferent cât de lungă este lanțul de carbon al substituentului, acesta se rupe întotdeauna după primul atom de carbon și atomul alfa este oxidat la o grupare carboxil cu formarea acidului benzoic. Restul moleculei este oxidat la acidul corespunzător sau, dacă este doar un atom de carbon, la dioxid de carbon.

Dacă omologul benzenului are mai mult de un substituent de hidrocarbură pe inelul aromatic, atunci oxidarea are loc după aceleași reguli - carbonul în poziția alfa este oxidat.

În acest exemplu, se obține un acid aromatic dibazic, care se numește acid ftalic.

In mod deosebit remarc oxidarea cumenului, izopropilbenzenului, cu oxigenul atmosferic in prezenta acidului sulfuric.

Aceasta este așa-numita metodă cumenă pentru producerea fenolului. De regulă, trebuie să se ocupe de această reacție în chestiuni legate de producerea de fenol. Aceasta este calea industrială.

nouălea proprietate - ardere, oxidare completă oxigen. Benzenul și omologii săi arde până la dioxid de carbon și apă.

Să scriem ecuația pentru arderea benzenului într-o formă generală.

Conform legii conservării masei, în stânga ar trebui să existe tot atâtea atomi câte atomi în dreapta. Pentru că, până la urmă, în reacțiile chimice, atomii nu merg nicăieri, dar ordinea legăturilor dintre ei pur și simplu se schimbă. Deci vor exista tot atâtea molecule de dioxid de carbon câte atomi de carbon există într-o moleculă de arenă, deoarece molecula conține un atom de carbon. Adică n molecule de CO2. Vor fi jumătate din câte molecule de apă decât atomii de hidrogen, adică (2n-6) / 2, ceea ce înseamnă n-3.

Există același număr de atomi de oxigen în stânga și în dreapta. În dreapta, sunt 2n din dioxid de carbon, deoarece sunt doi atomi de oxigen în fiecare moleculă, plus n-3 din apă, pentru un total de 3n-3. În stânga, există același număr de atomi de oxigen - 3n-3, ceea ce înseamnă că există jumătate din câte molecule, deoarece molecula conține doi atomi. Adică (3n-3)/2 molecule de oxigen.

Astfel, am compilat ecuația pentru arderea omologilor benzenului într-o formă generală.

Acțiune