Naftēnskābes (NA) ir vairāku ciklopentil- un cikloheksilkarbonskābju maisījums, kuru molekulmasa ir no 120 līdz 700 vai vairāk atommasas vienībām. Galvenā frakcija ir karbonskābes ar oglekļa karkasu no 9 līdz 20 oglekļa atomiem. Zinātnieki apgalvo, ka naftēnskābes (NA) ir cikloalifātiskas karbonskābes ar 10-16 oglekļa atomiem, lai gan smagajās eļļās ir atrastas skābes, kas satur līdz 50 oglekļa atomiem.
Etimoloģija
Šis termins sakņojas nedaudz arhaiskā terminā "naftēns" (cikloalifātisks, bet nearomātisks), ko izmanto, lai klasificētu ogļūdeņražus. Sākotnēji to izmantoja, lai aprakstītu sarežģītu naftas skābju maisījumu, kad 1900. gadu sākumā pieejamās analītiskās metodes varēja precīzi noteikt tikai dažas.naftēnu tipa sastāvdaļas. Mūsdienās naftēnskābi lieto vispārīgāk, lai apzīmētu visas naftā esošās karbonskābes (neatkarīgi no tā, vai tās ir cikliskas, acikliskas vai aromātiskas vielas) un karbonskābes, kas satur heteroatomus, piemēram, N un S. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka lielākā daļa cikloalifātisko skābju satur arī taisnas un sazarotās ķēdes alifātiskās skābes un aromātiskās skābes. Dažas skābes satur > 50% kombinētās alifātiskās un aromātiskās skābes.
Formula
Naftēnskābes ir attēlotas ar vispārīgo formulu CnH2n-z O2, kur n ir oglekļa atomu skaits un z ir homologā rinda. Z-vērtība ir 0 piesātinātām acikliskām skābēm un palielinās līdz 2 monocikliskajām skābēm, līdz 4 bicikliskajām skābēm, līdz 6 tricikliskajām skābēm un līdz 8 tetracikliskajām skābēm.
Skābju sāļus, ko sauc par naftenātiem, plaši izmanto kā hidrofobu metālu jonu avotus dažādos lietojumos. Naftēnskābes un palmitīnskābes alumīnija un nātrija sāļi tika apvienoti Otrā pasaules kara laikā, lai iegūtu napalmu. Un napalms tika veiksmīgi sintezēts. Vārds "napalms" cēlies no vārdiem "naftēnskābe" un palmitīnskābe.
Eļļas savienojums
Naftēnskābes būtība, izcelsme, ekstrakcija un komerciālā izmantošana ir pētīta diezgan ilgu laiku. Ir zināms, ka jēlnafta no atradnēm Rumānijā, Krievijā, Venecuēlā, Ziemeļjūrā, Ķīnā un Rietumāfrikāsatur lielu daudzumu skābu savienojumu, salīdzinot ar lielāko daļu ASV jēlnaftas. Karbonskābes saturs dažos Kalifornijas naftas produktos ir īpaši augsts (līdz 4%), kur visbiežāk sastopamās karbonskābju klases ir cikloalifātiskās un aromātiskās skābes.
Sastāvs
Sastāvs mainās atkarībā no jēlnaftas sastāva un apstākļiem apstrādes un oksidēšanas laikā. Frakcijas, kas ir bagātas ar naftēnskābēm, var izraisīt rafinēšanas iekārtu korozijas bojājumus, tāpēc skābes korozijas (NAC) parādība ir labi pētīta. Augstas skābes jēlnaftu bieži dēvē par augsta kopējā skābes skaita (TAN) jēlnaftu vai augsta skābuma jēlnaftu (HAC). Naftēnskābes ir galvenais piesārņotājs ūdenī, ko iegūst, iegūstot eļļu no Athabasca naftas smiltīm (AOS). Skābēm ir gan akūta, gan hroniska toksicitāte zivīm un citiem organismiem.
Vide
Savā bieži citētajā rakstā, kas publicēts žurnālā Toxicological Sciences, Rodžers norādīja, ka naftēnskābes maisījumi ir visnozīmīgākie naftas smilšu ražošanas radītie vides piesārņotāji. Viņi atklāja, ka sliktākajos apstākļos akūts toksiskums ir maz ticams savvaļas zīdītājiem, kas pakļauti ūdens skābēm, taču atkārtota iedarbība var nelabvēlīgi ietekmēt veselību.
Savā 2002. gada rakstāvairāk nekā 100 reižu citēti, Rodžers et al ziņoja par laboratorijas procedūru, kuras pamatā ir šķīdinātājs, kas izstrādāta, lai efektīvi ekstrahētu skābes no liela apjoma Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW) ūdens. Naftēnskābes atrodas AOS atkritumu ūdenī (TPW) aptuvenā koncentrācijā 81 mg/l, kas ir pārāk zems līmenis, lai TPW uzskatītu par dzīvotspējīgu avotu komerciālai reģenerācijai.
Dzēst
Naftēnskābe tiek atdalīta no naftas vielām ne tikai, lai samazinātu koroziju, bet arī lai atgūtu komerciāli noderīgus produktus. Pašlaik un vēsturiski lielākā šīs skābes izmantošana ir metālu naftenātu ražošanā. Skābes ekstrahē no naftas destilātiem ar sārmu ekstrakciju, reģenerē skābes neitralizēšanas procesā un pēc tam destilē, lai noņemtu piemaisījumus. Tirdzniecībā pārdotās skābes tiek klasificētas pēc skābes skaita, piemaisījumu līmeņa un krāsas. Izmanto metālu naftenātu un citu atvasinājumu, piemēram, esteru un amīdu, ražošanai.
Naftenāti
Naftenāti ir skābju sāļi, kas ir analogi attiecīgajiem acetātiem, labāk definēti, bet mazāk noderīgi. Naftenāti, tāpat kā naftēnskābes, labi šķīst organiskās vidēs, piemēram, krāsās. Tos izmanto rūpniecībā, tostarp tādu noderīgu lietu ražošanā: sintētiskos mazgāšanas līdzekļus, smērvielas, korozijas inhibitorus, degvielas un smēreļļu piedevas, konservantus.koksnei, insekticīdiem, fungicīdiem, akaricīdiem, mitrinātājiem, napalma biezinātājiem un eļļas desikantiem, ko izmanto krāsošanā un koka virsmu apstrādē.
Naftas smiltis
Vienā pētījumā teikts, ka naftēnskābes ir visaktīvākā vides piesārņotāja no visām vielām, kas iegūtas, ekstrahējot eļļu no naftas smiltīm. Tomēr noplūdes un piesārņojuma apstākļos ir maz ticams, ka akūts toksiskums varētu rasties savvaļas zīdītājiem, kas pakļauti skābju iedarbībai atkritumu dīķa ūdenī, taču atkārtota iedarbība var nelabvēlīgi ietekmēt dzīvnieku veselību. Skābes atrodas naftas smiltīs un atsārņu ūdenī aptuvenā koncentrācijā 81 mg/l.
Izmantojot Ekonomiskās sadarbības un attīstības organizācijas (OECD) protokolus toksicitātes testēšanai, ASV pētnieki apgalvoja, ka, pamatojoties uz viņu pētījumiem, attīrītas NA, lietojot iekšķīgi, nebija akūti genotoksiskas zīdītājiem. Tomēr bojājumi, ko NDT izraisa īslaicīga iedarbība akūtas vai periodiskas iedarbības laikā, var uzkrāties atkārtotas iedarbības gadījumā.
Ciklopentāns
Ciklopentāns ir uzliesmojošs aliciklisks ogļūdeņradis ar ķīmisko formulu C5H10 un CAS numuru 287-92-3, kas sastāv no piecu oglekļa atomu gredzena, katrs saistīts ar diviem ūdeņraža atomiem virs un zem plaknes. To bieži uzrāda formābezkrāsains šķidrums ar benzīnam līdzīgu smaku. Tā kušanas temperatūra ir -94°C un viršanas temperatūra ir 49°C. Ciklopentāns pieder pie cikloalkānu klases un ir alkāni ar vienu vai vairākiem oglekļa atomu gredzeniem. Tas veidojas, krekinga cikloheksānu alumīnija oksīda klātbūtnē augstā temperatūrā un spiedienā.
Naftēnskābju, tostarp ciklopentāna, ražošana pēdējos gados ir zaudējusi savu agrāko masu raksturu.
Pirmo reizi to 1893. gadā sagatavoja vācu ķīmiķis Johanness Vīslikuss. Pēdējā laikā to bieži dēvē par naftēnskābēm.
Loma ražošanā
Ciklopentānu izmanto sintētisko sveķu un gumijas līmju ražošanā, kā arī kā putu līdzekli poliuretāna izolācijas putu ražošanā, kas ir atrodams daudzās sadzīves ierīcēs, piemēram, ledusskapjos un saldētavās, aizstājot videi kaitīgas alternatīvas, piemēram, CFC -11 un HCFC-141b.
Vairākām ciklopentāna alkilēšanas (MAC) smērvielām ir zema gaistamība, un tās izmanto dažos specializētos lietojumos.
ASV gadā saražo vairāk nekā pusmiljonu kilogramu šīs ķīmiskās vielas. Krievijā naftēnskābes (tostarp ciklopentānu) ražo kā dabisku naftas pārstrādes produktu.
Cikloalkānus var iegūt, izmantojot procesu, kas pazīstams kā katalītiskā riformings. Piemēram, 2-metilbutānu var pārveidot par ciklopentānu, izmantojot platīna katalizatoru. Tas tiek īpaši izmantotsautomašīnas, jo sazarotie alkāni sadegs daudz ātrāk.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Pārsteidzoši, ka to cikloheksāni sāk vārīties par 10 °C augstāk nekā heksahidrobenzols vai heksanaftēns, taču šo mīklu 1895. gadā atrisināja Markovņikovs, N. M. Kišners un Nikolajs Zeļinskis, kad viņi no jauna izmantoja heksahidrobenzolu un heksanaftēnu kā metilciklopentānu - negaidītas pretreakcijas rezultāts.
Lai gan cikloheksāns ir diezgan nereaģējošs, tas tiek pakļauts katalītiskai oksidācijai, veidojot cikloheksanonu un cikloheksanolu. Cikloheksanona un cikloheksanola maisījums, ko sauc par "KA eļļu", ir izejviela adipīnskābei un kaprolaktāmam, kas ir neilona prekursori.
Pieteikums
To izmanto kā šķīdinātāju dažu zīmolu korekcijas šķidrumos. Cikloheksānu dažreiz izmanto kā nepolāru organisko šķīdinātāju, lai gan šim nolūkam biežāk izmanto n-heksānu. To bieži izmanto arī kā pārkristalizācijas šķīdinātāju, jo daudziem organiskajiem savienojumiem ir laba šķīdība karstā cikloheksānā un slikta šķīdība zemā temperatūrā.
Cikloheksans tiek izmantots arī diferenciālās skenējošās kalorimetrijas (DSC) instrumentu kalibrēšanai, pateicoties ērtai pārejai no kristāla uz kristālu pie -87,1 °C.
Cikloheksana tvaikus izmanto vakuuma karburēšanas krāsnīs termiskās apstrādes iekārtu ražošanā.
Deformācija
Gredzens ar 6 virsotnēm neatbilst perfekta sešstūra formai. Plakanajai sešstūra konformācijai ir ievērojama leņķiskā deformācija, jo tās saites nav 109,5 grādi. Arī vērpes deformācija būs nozīmīga, jo visas saites tiks aptumšotas.
Tādēļ, lai samazinātu vērpes deformāciju, cikloheksāns izmanto trīsdimensiju struktūru, kas pazīstama kā "konformācijas krēsls". Ir arī divi citi starpposma konformeri - "puskrēsls", kas ir visnestabilākais konformers, un "twist boat", kas ir stabilāks. Šos ekscentriskos nosaukumus jau 1890. gadā pirmo reizi ierosināja Hermans Zakss, taču tie kļuva plaši pieņemti daudz vēlāk.
Puse ūdeņraža atomu atrodas gredzena plaknē (ekvatoriāli), bet otra puse ir perpendikulāra plaknei (aksiāli). Šī uzbūve nodrošina visstabilāko cikloheksāna struktūru. Ir arī cita cikloheksāna konformācija, kas pazīstama kā "laivas uzbūve", taču tā tiks pārveidota par nedaudz stabilāku "izkārnījumu" veidojumu.
Cikloheksānam ir viszemākais leņķis un vērpes deformācija no visiem cikloalkāniem, kā rezultātā cikloheksāns tiek uzskatīts par 0 kopējā gredzena deformācijā. Tas pats attiecas uz naftēnskābju nātrija sāļiem.
Fāzes
Cikloheksānam ir divas kristāliskās fāzes. Augstas temperatūras I fāze, stabila no +186 °C līdz temperatūraikušanas temperatūra +280 °C, ir plastmasas kristāls, kas nozīmē, ka molekulas saglabā zināmu kustību brīvības pakāpi. Zemas temperatūras (zem 186°C) II fāze ir sakārtotāka. Pārējās divas zemas temperatūras (metastabils) III un IV fāzes tika iegūtas, pieliekot mērenu spiedienu virs 30 MPa, un IV fāze parādās tikai deuterētā cikloheksānā (ņemiet vērā, ka spiediena pielietošana palielina visas pārejas temperatūras).
