Polimery są związkami charakteryzującymi się budową łańcuchową. Każda cząsteczka zwiera powtarzające się elementy, które nazywamy merami. Łańcuchy polimerowy może tworzyć jeden rodzaj merów lub kilka różniących się od siebie. Polimery to związki wielkocząsteczkowe składające się z jednostek powtarzalnych. Stąd pochodzi nazwa tych związków (mer – część, poly- liczny). Monomery to związek chemiczny o prostej budowie, w skład którego wchodzi grupę funkcyjna, która może reagować. Posiadają wiązanie podwójne CH2=CH2.
Reakcja polimeryzacji to reakcja cząstek zwanych monomerami. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają związki zwane polimerami.
Wyróżniamy reakcję polimeryzacji oraz reakcje polikondensacji. W czasie polimeryzacji tworzą się żadne produkty uboczne. W czasie polikondensacji tworzą się proste produkty uboczne -najczęściej woda. Polimery dzielimy, biorąc pod uwagę ich pochodzenie na: naturalne (kauczuk naturalny, białka, celuloza, skrobia) oraz syntetyczne.
Własności chemiczne polimerów są uzależnione od ich budowy chemicznej merów oraz rodzaju wiązań występujących pomiędzy nimi. Polimery o budowie łańcuchowej charakteryzują się zdolnością do rozpadu na proste. Mamy do czynienia z depolimeryzacją. Proces ten ma miejsce w wysokiej temperaturze, pod wpływem promieniowania jonizującego, substancji chemicznych powodujących rozkład łańcucha.
Kauczuk jest jednym z najważniejszych naturalnych polimerów wykorzystywanych na wiele sposobów przez człowieka. Kauczuki dzielimy na 2 grupy:
Pierwszą grupę stanowią kauczuki naturalne, których podstawowym składnikiem jest alken (węglowodór nienasycony) o budowie łańcuchowej (cis-poli(1,4-izopren) - (C5H8)n gdzie n>10000 ). Są uzyskiwane z lateksu (soku mlecznego) drzew uprawianych na plantacjach krajów tropikalnych, w szczególności są to rejony południowo- wschodniej Azji;
Do drugie grupy zaliczamy kauczuki sztuczne (syntetyczne), otrzymywane w wyniku polimeryzacji lub kopolimeryzacji związków organicznych zawierających w układzie sprzężonym wiązanie podwójne.
Mleczko kauczukowe nazywane jest lateksem. Lateks, czyli koloidalny roztwór kauczuku, jest poddawany koagulacji przy pomocy kwasu octowego.
Kauczuk surowy to bezpostaciowa stała masa. Nie jest w stanie rozpuścić się w wodzie. Jest nieprzesiąkliwy. Rozpuszczalniki organiczne: benzyna, benzen są w stanie go rozpuścić i powodują początkowo jego spęcznienie. Cechą charakterystyczną cząsteczek kauczuku są ich ogromne rozmiary. Rozciągliwość oraz elastyczność tego polimeru zależy od temperatury. W czasie ogrzewania kauczuk jest lepki, a podczas oziębiania kruszeje. Może się kruszyć także w wyniku powolnego utleniania otaczającym powietrzem.
Kauczuk bardzo dobrze łączy się z siarką. Polepszeniu ulegają jego właściwości techniczne oraz odporność chemiczna. Opisany proces nazywany jest wulkanizacją. Kauczuk zwulkanizowany to gumą. Wulkanizacja przeprowadzana jest w wysokich temperaturach (135-180°C) w obecności siarki. Stosowana jest także wulkanizacja w niskich temperaturach (rurki, gumowanie tkanin). Wówczas zamiast siarki dodawany jest dwusiarczek węgla.
Guma jest znacznie twardsza niż kauczuk, jest także bardziej elastyczna i sprężysta. Jest bardziej odporna na działanie powietrza oraz rozpuszczalników. Wykazuje znaczna odporność na ścieranie. Guma może być wykorzystana jako izolator ciepła oraz elektryczności.
Przebieg procesu wulkanizacji oraz własności gumy zależą w dużym stopniu od % zawartości siarki oraz innych domieszek (przeciwutleniacze, przyspieszacze, które skracają czas wulkanizacji). Znaczna ilość siarki (32-40%) powoduje dużą twardość i kruchość. Ebonit, który zawiera 40% siarki jest stosowany w wyrobie aparatów medycznych, skrzynek akumulatorowych. W elektrotechnice jest stosowany jako znakomity materiał izolacyjny. Czarna guma jest stosowana w wyrobie opon samochodowych. Aby zabarwić gumę na kolor czerwony stosowany jest pięciosiarczek antymonu.
Roztwór kauczuku zmieszany z toulenem oraz ksylenem stosowany jest jako klej do gum i skór.
Wszystkie wiązania nienasycone w cząsteczce kauczuku naturalnego mają konfigurację cis. Gutaperek to stereoizomer kauczuku naturalnego, w którym wiązania nienasycone mają konfigurację trans.
Polisacharydy, czyli glikany, wielocukry zbudowane są z reszt monosacharydowych oraz ich pochodnych. Występuje wiązanie glikozydowe. Są to w większości związki o dużym ciężarze cząsteczkowym
Polisacharydy w odróżnieniu od monosacharydów nie rozpuszczają się w wodzie lub tworzą z nią układy koloidalne. Nie mają także słodkiego smaku.
Najważniejszymi polisacharydami jest: celuloza i skrobia.
Celuloza to polisacharyd(wielocukier), podstawowy materiał tkanki roślinnej, tworzący zrąb ściany komórkowej roślin. Słoma i trzcina zawierają jej ok. 36%, drewno: 41-56%, włókna roślinne ok. 90. Cząsteczki celulozy, w liczbie ok. 2000, ułożone są równolegle w wiązki zwane mikrofibrylami, w których wyróżnia się obszary krystaliczne - micele i niekrystaliczne (amorficzne). Mikrofibryle, w liczbie ok. 400, łączą się w wiązki i tworzą makrofibryle. Błonnik nie jest trawiony przewodzie pokarmowym ssaków. Przeżuwacze wykorzystują go dzięki obecności w żwaczu flory bakteryjnej, produkującej enzym zwany celulazą. Celuloza jest surowcem wykorzystywanym w przemyśle włókienniczym i papierniczym. Jest też substancją wyjściową do otrzymywania wielu surowców chemicznych, np. nitrocelulozy służącej do wyrobu tworzyw sztucznych i materiałów wybuchowych oraz acetylocelulozy, z której wyrabia się tworzywa sztuczne i sztuczny jedwab.
Celuloza jest stosowana w postaci naturalnej (drewno, włókna przemysłowe), częściowo zmodyfikowanej (papier, pergamin, fibra) lub całkowicie zmienionej (celofan, włókno wiskozowe) wskutek pozbawienia jej pierwotnej struktury włóknistej (celuloza rodzima jest nietopliwą białą masą włóknistą, nierozpuszczalną w rozpuszczalnikach organicznych). Pochodne celulozy (etery i estry) są stosowane jako włókna, kleje, lakiery, zagęszczacze, tworzywa sztuczne, proch bezdymny itp. Celuloza jest bardzo reaktywna wskutek obecności w każdej reszcie glukozy trzech grup hydroksylowych, które ulegają estryfikacji, przy czym powstają estry celulozy. Celuloza rozpuszcza się w stężonych roztworach mocnych zasad (alkaliceluloza). Wskutek utleniania przechodzi w karboksycelulozę. Ponadto ulega degradacji lub całkowitej depolimeryzacji pod wpływem kwasowych czynników hydrolitycznych.
Stosunek atomów węgla, wodoru i tlenu, z których składa się celuloza, odpowiada wzorowi C6H10O5. Końcowym produktem hydrolizy jest glukoza.
Celulozę jest trawiona przez zwierzęta przeżuwające, gdyż w przewodzie pokarmowym tych zwierząt występują bakterie oraz pierwotniaki, które rozkładają celulozę. Człowiek nie jest w stanie trawić tego związku.
Czysta celuloza to biała substancja, która nie rozpuszcza się w wodzie, w alkoholu, w eterze. Wykazuje duża odporność na działanie kwasów, ługów.
Celulozę otrzymujemy na różne sposoby. Najbardziej popularny jest proces siarczynowy. W czasie tego procesu zrębki drzewne (jodłowe, świerkowe) są gotowane w dużych kotłach (autoklawach) wraz z wodorosiarczynem wapniowym [Ca(HSO3)2]. Drewno w tym procesie jest rozkładane się częściowo, zaś celuloza nadal pozostaje w konsystencji stałej. Następnym etapem jest otwieranie zaworu rury odlotowej, zaś zawartość kotła przetłaczana jest do odpowiedniego zbiornika. Tam celuloza jest oddzielana od cieczy i przemywana wodą. Później jest odciskana w prasach, suszona i kierowana do dalszych przeróbek przemysłowych (papiernia, fabryki tworzyw sztucznych).
Celuloza w wyniku działania kwasów może ulec hydrolizie. Ostatecznym produktem jest D-glikoza. Proces zachodzi stopniowo. W czasie krótkiego działania na celulozę kwasu siarkowego celuloza jest w stanie przekształcić się w amyloid. Jest to reakcja charakterystyczna do wykrywania celulozy. Otrzymany związek błękitnieje w wyniku działania jodu.
Hydroliza celulozy z bezwodnikiem octowym i przy obecności H2SO4 prowadzi do powstania dwusacharydu celobiozy.
Celobioza to dwucukier, który jest zbudowany z dwóch reszt glukozy, które są powiązane wiązaniem b-1,4. Jest to jednostka strukturalna celulozy oraz jej produkt hydrolizy. Nie występuje powszechnie w stanie wolnym w roślinach. Jest przejściowym produktem reakcji degradacji celulozy.
Jeżeli działamy na celulozę dłużej kwasem mineralnym (solny lub siarkowy) przechodzi w hydrocelulozę. Hydroceluloza to substancja krucha, jest w stanie zredukować odczynnik Fehlinga, rozpuszcza się w ługu.
Taki syrop może być przerabiany na spirytus. Możemy także działać na celulozę HCl. Później otrzymany produkt hydrolizy jest ogrzewany, aby usunąć nadmierne ilości HCl, a następnie zobojętniany sodą. Otrzymany produkt może być stosowany jako pasza dla bydła.
Rozkład celulozy następuje także dzięki drobnoustrojom. W przyrodzie ma miejsce rozkład celulozy w wyniku działania grzyba domowego, który utlenia celulozę do wody oraz dwutlenku węgla.
Opisana jest także fermentacja metanowa celulozy, która zachodzi w wyniku działania Bacillus methanigenus na dnie wód. Produktem tej reakcji jest: dwutlenek węgla, metan oraz kwasy tłuszczowe.
Chłodne roztwory wodorotlenków powodują pęcznienie celulozy, która wchłania ług oraz tworzy połączenia chemiczne, które nazywamy alkalicelulozami.
Alkaliceluloza bardzo łatwo ulega hydrolizie w obecności wody i tworzy wodzian celulozy, nazywany także hydrocelulozą. Skład jej taki sam jak celulozy, ale jest bardziej higroskopijna, dosyć łatwo ulega zabarwieniu oraz wykazuje małą odporność chemiczną.
Cząsteczka celulozy zawiera grupy wodorotlenowe, ale na odpowiednie fragmenty glikozydowe przypadają zawsze 3 grupy wodorotlenowe. Najważniejsze estry celulozy to: octany, azotany i ksantogeniany.
Azotany celulozy to oczywiście estry celulozy oraz kwasu azotowego. Jest to substancja biała, włóknista nie rozpuszczalna w wodzie, ale rozpuszczalna w różnorodnych rozpuszczalnikach organicznych. Tworzy roztwory koloidalne. Otrzymywana w wyniku estryfikacji mieszaniny nitrującą. Maksymalna zawartość N w nitrocelulozie nie przekracza 14%. Sucha nitroceluloza z zawartością o azotu większą niż 10% to mieszanina wybuchowa-bawełna strzelnicza.
Nitroceluloza jest jednym z najprostszych, tanich i bezpiecznych materiałów wybuchowych. W odróżnieniu od prochu czarnego, skądinąd też prostego w produkcji, praktycznie nie zostawia stałych produktów spalania. Jest dosyć trwała i niehigroskopijna.
Czasie produkcji nitrocelulozy bezwzględnie należy używać okularów ochronnych, rękawic i odpowiedniej odzieży. Nie wolno zmieniać proporcji ani ilości odczynników. Nie wolno usuwać do kanalizacji chemikaliów bez ich uprzedniej neutralizacji. Proces nitrowania należy przeprowadzać pod sprawnym ewentualnie na otwartej przestrzeni. W czasie reakcji powstają silnie trujące gazy. Bezmyślna próba produkcji nitrocelulozy w łazience lub w kuchni może zakończyć się silnym zatruciem i śmiercią.
Nitroceluloza ma zastosowanie głównie w produkcji lakierów oraz emalii, celuloidu, prochów bezdymnych, sztucznej skóry, dynamitu oraz plastikowych substancji wybuchowych.
Nitroceluloza, która zawiera 12-11% azotu to koloksylina. Znalazła zastosowanie w medycynie w opatrywaniu skaleczeń.
Estry celulozy oraz kwasu octowego to octany celulozy, czyli acetylocelulozy. Roztwór acetylocelulozy w acetonie jest wykorzystywany w produkcji jedwabiu sztucznego i lakierów.
Sztuczny jedwab jest produkowany na kilka sposobów. Możemy otrzymać: jedwab wiskozowy, miedziowy oraz octanowy.
Jedwab miedziowy jest otrzymywany z roztworu celulozy w odczynniku Schweitzera. Z wydzielany jest wodzian celulozy. Ta metoda obecnie straciła na znaczeniu.
Jedwab wiskozowy jest uzyskiwany w wyniku działania na celulozę roztworu wodorotlenku sodowego. Powstaje alkaliceluloza. Następnie działamy na nią dwusiarczkiem węgla. Powstaje pomarańczowa substancja nazywana ksantogenianem. Gdy rozpuścimy ksantogenian w roztworze wodorotlenku sodu, to otrzymamy lepki roztwór, który jest nazywany wiskozą..
Jedwab octanowy jest otrzymywany jest z acetylocelulozy rozpuszczonej w acetonie. Jedwab octanowy nie ma tak dużego znaczenia jak jedwab wiskozowy.
Najstarszym był jedwab otrzymany już w roku 1884 przez chemika i przemysłowca francuskiego H. Chardonneta (tzw. jedwab nitrocelulozowy), który jako pierwszy na świecie założył fabrykę jedwabiu sztucznego w 1891 roku. Równocześnie opracowywano inne metody produkcyjne. W roku 1890 chemik francuski L. Despaissis wynalazł metodę miedziową, natomiast w roku 1891 chemicy angielscy opracowali i opatentowali metodę wiskozową.
W roku 1894 Ch.F. Cross i E.J. Bevan estryfikując celulozę bezwodnikiem octowym otrzymali acetylocelulozę. Następnie rozpuścili ą w mieszaninie acetonu (85%) i alkoholu etylowego (15%) i tak powstały roztwór przeciskali przez dysze przędzalnicze do komory z ciepłym powietrzem. Tam rozpuszczalnik wyparowywał i powstawała nitka jedwabiu octanowego. Tak powstałe włókno jest bardzo cienkie, delikatne, giętkie, miękkie oraz elastyczne. Przędza z jedwabiu sztucznego nadaje się do wytwarzania najdelikatniejszych i najwykwintniejszych tkanin, które z trudem tylko można odróżnić od tkanin z jedwabiu naturalnego.
Bardzo duże ilości celulozy zużywane są w przemyśle papierniczym.
Podstawowym składnikiem do produkcji papieru jest masa celulozowa tzw. pulpa. Masa celulozowa jest otrzymywana z kilku rodzajów drzew, zarówno z miękkich i twardych. Odpowiednim drzewem może być: świerk, topola, brzoza, kasztan sosna czy nawet eukaliptus. Otrzymywanie pulpy mechanicznie jest najbardziej ekonomiczne. Proces ten polega na mieleniu pni drzew w specjalnych rozdrabniarkach, a następnie mieszanie otrzymanego produktu z wodą. Jednakże Papier uzyskany z tego rodzaju masy celulozowej jest dosyć słaby i ma zastosowanie jako produkt jednorazowego użytku (gazety, papierowe ręczniczki).
Znacznie lepsze masy celulozowe uzyskuje się chemicznie. W tym celu należy pociąć na drobne fragmenty pnie i zanurzyć je w roztworze chemicznym, a następnie podgrzewać pod ciśnieniem. Taki papier służy do produkcji dosyć wytrzymałych opakowań papierowych, książek, broszur reklamowych, kolorowych czasopism.
Aby usunąć niepożądane zanieczyszczenia masę celulozową należy przepłukać i przefiltrować. Gdy chcemy uzyskać biały papier, to musimy poddać pulpę procesowi wybielania. Następnie trzeba nadać formę arkuszy, wysuszyć i nawinąć na odpowiednie bele i dostarczyć do papierni. Tu powinna być odpowiednia maszyna nazywana warnikiem, której zadaniem jest rozdrabnianie i mieszanie z wodą. Nie jest wymagana faza suszenia, jeżeli proces jest ciągły. Masa celulozowa z drewnianymi włóknami i wodą nazywamy masą papierniczą. Takie cechy jak: wielkość i elastyczność włókien, które są odpowiednie dla każdego rodzaju, można modyfikować w gniotownikach i rozwłókniacie. Do masy dodaje się następnie inne substancje, nadające jej pożądane cechy.
Papier przeznaczony do druku nie zawiera wody. Aby zabarwić papier konieczne są odpowiednie barwniki lub pigmenty. Dla przykładu kaolin (glinka porcelanowa) powoduje, że papier jest biały i nie przepuszcza światła.
Metoda Fourdriniera (londyńskiego hurtownika) jest najbardziej popularnym sposobem otrzymywania papieru.
Etapy procesu Fourdriniera:
- masa papiernicza trafia do wlewu;
- z wlewu dostaje się na sito- wykonaną z drutu lub plastyku ruchomą taśmę;
- sito jest zdolne poruszać się z prędkością do 1000 m/min, a jego długość może sięgać 9 metrów. Tempo przekazywania wylewu na sito jest bardzo istotne. W ten sposób można planować grubość i wagę produkowanego papieru.
- woda zostaje odprowadzona przez dziury sita;
-.powstaje wstęga w wyniku łączenia się włókienek masy papierniczej;
- wstęga ulega odessaniu ze spodu;
- możliwe jest wtłoczenie znaku wodnego za pomocą specjalnego wałka z szablonem;
- wstęga trafia na ruchomą taśmę i wyniku przechodzenia przez kilka ciężkich walców, wyciskana jest z niej woda i wzmacniane są włókna;
- mocna wstęga jest przepuszczona przez zespół, podgrzewanych przy pomocy pary, wałków metalowych. Wyniku tego procesu nie posiada już żadnej ilości wody;
- wygładzanie powierzchni papieru przy pomocy wypolerowanych żelaznych walców.
Makulatura nie jest tylko wykorzystywana do produkcji niskiej jakości produktów. Przy zastosowaniu nowoczesnych metod możliwe stało się otrzymanie lepszej jakości papieru, w których makulatura wykorzystywana jest jako surowiec wtórny. Możliwe stało się usunięcie druku, dlatego bez problemu można było uzyskać z makulatury czystą masę celulozową. Aby wzmocnić tak wykonany papier należy w procesie produkcyjnym uwzględnić dodanie małej ilości świeżej pulpy. Tak otrzymany papier jest bardziej wytrwały na uszkodzenia mechaniczne.
Skrobia nazywana krochmalem występuje w roślinach jako substancja zapasowa. To podstawowy składnik węglowodanowy człowieka oraz zwierząt roślinożernych. Jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych polisacharydów w materiale roślinnym.
Występuje w nasionach, owocach, w korzeniach, łodygach, kłączach roślin. Dużo skrobi zawierają ziarna zbóż oraz bulwy ziemniaków. Skrobia występuje w materiale roślinnym w postaci widocznych pod mikroskopem ziarenek o kształcie i rozmiarach charakterystycznych dla określonej rośliny. Ziarenka skrobi po zalaniu wodą pęcznieją, przy czym część skrobi ulega peptyzacji i przechodzi do roztworu Wrząc charakterystyczny zol koloidowy. Podczas rozpuszczania skrobi w gorącej wodzie oddziela się frakcja, którą nazywamy zwyczajowo skrobią rozpuszczalną, a niekiedy kleikiem skrobiowym.
Mączka skrobiowa (mąka ziemniaczana) produkowana jest z ziemniaków, ale także z tapioki, ryżu, saga. Mączka kartoflana w przemyśle jest wykorzystywana do wyrobu różnego rodzaju klejów roślinnych. Przerabia się z niej również na glikozę.
Ziarna skrobi składają się z 2 substancji:
- amylopektyny (80-85%), która tworzy osłonę ziaren;-
- amylozy (do 20-15%), która stanowi wewnętrzną część ziaren skrobi. Stosunek amylozy do amylopektyny jest różny.
Związki te zbudowane są z tych samych powtarzalnych fragmentów glukozy, różnią się jednak budową przestrzenną wchodzący w ich skład polisacharydów. Polisacharydy amylozy mają łańcuch prosty, połączony niemal wyłącznie wiązania --1,4--, podczas gdy cząsteczki amylopektyny stanowią wielokrotne rozgałęzione łańcuchy reszt glukozy.
Amylopektyna to wielocukier rozgałęzionym. Ciężar cząsteczkowy ma wartość 50000-1000000. Zawiera reszty kwasu fosforowego powiązane estrowo. Rozgałęzienie łańcucha głównego składa się z reszt glukozowych. Występują łańcuchy boczne, które zawierają 15-18 jednostek glukozowych. W wyniku takiej budowy oraz wielkości cząsteczki amylopektyny nie rozpuszczają się, tylko pęcznieje w środowisku wodnym, zaś po ogrzaniu mogą tworzyć kleik. Amylopektyna zabarwia się w wyniku działania jodem na fioletowo.
Amylaza to mieszanina wielocukrów charakteryzująca się łańcuchami nierozgałęzionymi zbudowanymi z około 100-200 reszt glikozowych. Substancja ta jest w stanie rozpuścić się w wodzie. Tworzy wówczas roztwór koloidalny. Amylaza zabarwia się w wyniku działania jodem na niebiesko.
Białka to bardzo ważne składniki wszystkich organizmów zwierzęcych oraz roślinnych. Wchodzą w skład krwi, mięśni, mleka, chrząstek zwierzęcych. Występują także we włosach, pazurach, paznokciach, kopytach, rogach, skórze, piórach. Zwierzęta zawierają większe ilości białek niż rośliny. Białka w roślinie są obecne w protoplazmie, w jądrze komórkowym, soku komórkowym i w nasionach.
Białka powstają w roślinnych dzięki azotowi, który znajdujące się w glebie, ale także jest przyswajany z powietrza. Zwierzęta oraz człowiek nie są w stanie przyswajać azotu mineralnego oraz azotu zawartego w powietrzu. Pobierają gotowe substancje białkowe zawarte w mięsie, jajach, mleku, serach, grochu, fasoli. Dorosły człowiek musi otrzymywać dziennie 80-90 g białka zawartego w pokarmach.
Człowiek jest zmuszony do spożywania codziennie pokarmów bogatych w białka. Węglowodany oraz cukry nie wystarcza do prawidłowego funkcjonowania organizmu.
Białka są zbudowane z pięciu pierwiastków: węgla, tlenu, wodoru, azotu oraz siarki. Czasami występuje także fosfor, jod i fosfor. Hemoglobina zawiera pewne ilości żelaza (0,3-0,5%).
W czasie ogrzewania białka ulegają denaturacji, aby w wyższej temperaturze się rozłożyć wydzielając charakterystyczny zapach spalonych piór. Denaturacja białka polega ogólnie na takiej zmianie jego budowy przestrzennej, która powoduje zanik aktywności biologicznej. Czynniki wywołujące denaturację, powodują na ogół rozerwanie w pierwszym rzędzie słabych oddziaływań, które utrzymują struktury wyższych rzędów (rozerwanie mostków dwusiarczkowych, zniesienie oddziaływań wodorowych)
Wiele różnych substancji działa na białka denaturująco. Wśród nich są kwasy, zasady, alkohol, stężone roztwory mocznika. Czynnikiem denaturującym jest również temperatura. Denaturacja białek jest procesem nieodwracalnym.
Czasami białka mogą się rozpuścić w wodzie, inne bielak rozpuszczają się w obecności zasad, kwasów. Większość białek nie rozpuszcza się w alkoholu. Białka wykazują czynność optyczną. Ciężar cząsteczkowy jest bardzo duży i ma wartość równa około do 2 milionów.
Większa część białek podczas podgrzewania w wodzie i pod wpływem alkoholu, ewentualnie kwasu ścina się. przechodząc Ulega procesowi koagulacji nieodwracalnej. Koagulacja zachodzi w różnych temperaturach. Koagulacja białek wywołuje duże zmiany w strukturze białek.
Koagulacji nieodwracalnej mogą ulec białe krwinki, zwane fibrynogenem
Koagulacja białek, czyli reakcja wytracania z roztworu, ma miejsce w punkcie izoelektrycznym, w którym pH ma taka wartość, aby cząsteczka białka posiadała taka samą ilość ładunków dodatnich oraz ujemnych. Przekroczenie tego punktu powoduje przejście substancji białkowej do roztworu.
Strukturę białek jest rozpatrywana w czterech aspektach:
Struktury pierwszorzędowej – która określa, w jaki sposób atomy w cząsteczkach białka są ze sobą połączone przy pomocy wiązań kowalencyjnych, czyli jak tworzą się łańcuchy. Inaczej struktura pierwszorzędowa określa kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym.
Struktury drugorzędowej – która określa, w jaki sposób utworzone łańcuchy są ułożone w przestrzeni, czyli jakie formy przestrzenne (spirale, arkusze albo kule) tworzą one przy pomocy wiązań wodorowych, łączących różne łańcuchy lub różne części tego samego łańcucha
Struktura trzeciorzędowa – która określa, jakie jest najbardziej korzystne uporządkowanie przestrzenne poszczególnych części cząsteczki białka z punktu widzenia energetycznego; zależy od oddziaływań między łańcuchami bocznymi jednej lub większej liczby makrocząsteczek.
Struktura czwartorzędowa – która określa sposób przestrzennego powiązania kilku cząsteczek w jedną złożoną strukturę białka.
Reakcje charakterystyczne przy pomocy których jesteśmy w stanie wykryć białka to reakcje: biuretowa oraz reakcja ksantoproteinowa.
Biuret to bezbarwny związek, który daje w środowisku alkalicznym barwę różowo-fioletową, w wyniku powstania związku miedzi.
W reakcji ksantoproteinowej działamy na białko kwasem azotowym. W wyniku tej reakcji białko zabarwia się na żółto.
Białka zbudowane są z reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Ze wszystkich znanych białek wyodrębniono tylko 25 aminokwasów tzw. białkowych.
Aminokwasy endogenne u człowieka to:
- alanina
- asparagina
- cysteina
- cystyna
- cytrynina
- glicyna
- glutamina
- homoseryna
- hydroksylizyna
- hydroksyprolina
- karnityna
- kwas gamma-aminomasłowy
- kwas asparaginowy
- kwas glutaminowy
- ornityna
- prolina
- seryna
- tauryna
Istnieją również aminokwasy względnie egzogenne, które mogą być syntetyzowane wewnątrz ustroju z innych aminokwasów, jednak przy nieodpowiedniej diecie synteza tych związków może być niewystarczająca, stąd wymagane jest ich przyjmowanie z zewnątrz. Do tej grupy aminokwasów zaliczamy:
- arginina
- histydyna
- tyrozyna
Białka dzielimy na białka proste oraz białka złożone.
Do białek prostych zaliczamy te, które hydrolizując dają jedynie aminokwasy. Białka proste dzielimy:
Protaminy - to białka o prostej budowie. Nie zawierają siarki, wykazują wyraźne właściwości zasadowe, tworzą krystaliczne sole. Występują w licznych nukleoproteidach w ikrze ryb. Posiadają masę cząsteczkową (1000 - 80000) o przewadze zasadowych aminokwasów. Ptotaminy z kwasami dezoksyrybonukleinowymi tworzą połączenia zwane nukleoproteidami.
Albuminy - białka zwierzęce i roślinne. W skład albumin wchodzą wszystkie aminokwasy. Bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie. Spotykamy je w białku jaja kurzego, w osoczu krwi i mleku. Ulegają koagulacji przy wzroście temperatury.
Globuliny - szeroko rozpowszechnione białko w świecie roślinnym, jaki zwierzęcym. Spotykane są w osoczu krwi, mleku i białku jaja kurzego. Nie rozpuszczają się w wodzie, tylko w rozcieńczonych roztworach soli. Białka te to bardzo słabe kwasy.
Histony - występują w jądrze komórkowym. Bogate w histony są gruczoły grasicy. To białka zasadowe, wchodzą w leukocytów i czerwonych krwinek.
Prolaminy - białka roślinne, o prostej budowie, nierozpuszczalne w wodzie. Są składnikiem mąki. Prolaminy zawierają dużo kwasu glutaminowego. Występują w ikrze ryb.
Gluteliny - podobne do prolamin.
Keratyny - należą do nich przede wszystkim białka tkanki łącznej tworów zrogowaciałych (paznokcie, pióra i włosy). Keratyna jest bogata w siarkę.
Kolageny- z nich zbudowana jest tkanka łączna i chrząstka.
Elastyny- z nich zbudowane są ścięgna.
Są to białka, w których część białkowa związana jest ze składnikiem prostetycznym. Białka złożone hydrolizują na aminokwasy, kwasy, cukry, barwniki, witaminy, itp. Do białek złożonych zaliczamy:
Nukleoproteidy - są podstawową masą komórki i wchodzi w skład protoplazmy.
Chromoproteidy - białka posiadające jako grupę prostetyczną substancję barwną. Do tej grupy należy hemoglobina - substancja barwna czerwonych ciałek krwi.
Metaloproteidy - białka zawierające w części niebiałkowej grupę prostetyczną składającą się z metali, które jednak nie wchodzą w skład substancji barwnej. Do tych białek należy ferrytyna, zawierająca około 20% żelaza, które następnie dostarcza dla syntezy hemoglobiny
Fosfoproteidy - zawierają kwas fosforowy związany z białkiem w postaci estru. Fosfoproteidami są: kazeina mleka, witelina żółtka jaj.
Glikoproteidy - białka zawierające w grupie prostetycznej cukrowce
Lipoproteidy - białka, które w grupie prostetycznej zawierają lipidy. spotykane są w osoczu krwi, żółtku jaja kurzego.
Kwasy nukleinowe to polinukleotydy, które gdy hydrolizują to rozpadają się na zasady purynowe oraz pirymidynowe, kwas fosforowy i cukier. Elementami powtarzalnymi są nukleotydy.
Zasady wchodzące w skład kwasów nukleinowych to: puryny oraz pirymidyny.
Węglowodanowymi składnikami kwasów nukleinowych są: ryboza oraz dezoksyryboza.
Do każdej cząsteczki pentozy dołączona jest zasada azotowa, tworząc boczne odgałęzienie. Podstawowym monomerem łańcucha kwasów nukleinowych jest następujące połączenie: zasada azotowa - pentoza - reszta kwasu fosforowego. Połączenie to nazywane jest nukleotydem.
Natomiast jednostka typu zasada-cukier nazywana jest nukleozydem
Struktura cząsteczek kwasu nukleinowego określa w ten sposób strukturę cząsteczek białka, a ta określa, w jaki sposób będą one kontrolowały procesy życiowe.
Znaczenie w życiowych procesach kwasów nukleinowych jest ogromne. Są składnikami jąder komórkowych, uczestniczą w przemianach związanych z rozmnażaniem.
Materiały włókiennicze, które pochodzą od zwierząt, czyli: wełna, jedwab, to substancje białkowe. Są zbudowane z łańcuchów polipeptydowych.
Z rozpuszczalnych białek jesteśmy w stanie otrzymać sztuczne włókna. Jesteśmy w stanie wyprodukować tkaniny lanitalowe, które tworzą białko naturalne i formalina.
Możemy także otrzymać włókna syntetyczne powstałe z poliamidów. Składają się one z polimeru. Najszerzej stosowanym tego typu polimerem jest nylon, który powstaje w wyniku kopolimeryzacji, której jest poddawany kwas adypinowy i sześciometylenodwuamina.
Charakterystyka ropy naftowej
Olej skalny, szerzej znany jako ropa naftowa, to surowiec węglowodorowy, który możemy wykorzystać do otrzymania następujących produktów: oleje smarowe, benzyna, nafta, parafina. Ropa była stosowana już w czasach starożytnych, ale jej gwałtowny rozwój miał miejsce w latach 60 XIX wieku.
..
Ropa naftowa nie ulega rozpuszczeniu w wodzie. To ciemnobrunatna ciecz o charakterystycznym zapachu. Jej gęstość wynosi 0,79-0,96 g/cm3. Może także przyjmować barwę jasną i lekko opalizującą.
Węglowodory wchodzące w skład ropy naftowej:
- węglowodory oleinowe, będące homologami etylenu;
- węglowodory nasycone parafinowe, będące homologami metanu;
- węglowodory aromatyczne, będące pochodnymi benzenu;
- węglowodory nasycone cykliczne (naftanowe);
- cykloheskan, cyklopentan oraz ich pochodne.
Obok węglowodorów w skład ropy naftowej mogą wchodzić związki organiczne, które zawierają siarkę, tlen oraz azot. Ropę naftowa ze względu na ilość siarki możemy podzielić na: wysokosiarkową (ilość siarki przekraczająca 0,1%) oraz niskosiarkową (ilość siarki większa niż 0,5%). Ilość siarki może wynieść więcej niż 6%.
Ropę naftowa możemy podzielić także ze względu na rodzaj związku będącego w przewadze nad innymi (ropa parafinowa, aromatyczna, bezparafinowa, naftanowa).
Warunkiem koniecznym do uzyskania złoża ropy jest struktura geologiczna spełniająca określone wymogi (antyklina). Warstwa ta musi zdolna do zatrzymania ropy w kolektorze przez nieprzepuszczalne warstwy (łupki ilaste).
Pod wpływem gazu ziemnego i bardzo wysokim ciśnieniem ropa naftowa może wypływać samorzutnie z wnętrza skał, nawet jeżeli leży bardzo głęboko. W razie spadku ciśnienia ropę należy wypompowywać.
Są głoszone 2 teorie odnośnie pochodzenia tego wykorzystywanego na wielka skalę przemysłowa surowca.
Nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej
Twórcy tej teorii:
Mendelejew (1877), Ross (1891), Moissan (1896), Kudriawcew (1951), Kropotkin (1955).
Założenia teorii:
Naukowcy Ci twierdzą, że ropa powstała na skutek różnych reakcji chemicznych, które miały miejsce w głębinach ziemskich. Przykładowa reakcja to działanie wody na węglik metalu ciężkiego, reakcja polimeryzacji, które są wydzielane z ziemskiego jądra. Część z tez teorii głoszącej nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej głosi, że magmy zasadowe biorą udział w tym procesie. Hipotezy o nieorganicznych korzeniach ropy naftowej pomimo racjonalnych przesłanek nie mają wielu zwolenników.
Organiczne pochodzenie ropy naftowej
Twórcy tej teorii:
Radziszewski (1877), Engler oraz Höfer (1890), Hackford (1932), White (1935).
Założenia teorii:
Ropa naftowa wiele lat temu na skutek przeobrażenia szczątków organizmów zwierzęcych oraz roślinnych, które gromadziły się z okruszkami mineralnymi w morskich osadach. Główne czynniki umożliwiające przekształcenie się substancji pochodzenia organicznego w bituminy gaz ziemny, ropę naftową, ozokeryt oraz asfalt) to: określone ciśnienie oraz temperatura, otoczenie redukujące. Korzystny wpływ bakterii oraz oddziaływanie substancji radioaktywnych. W wyniku przekształcenia substancji organicznej powstaje kerogen, a niego na skutek reakcji diagenezy oraz przekształceniu uzyskujemy ropę naftową oraz gaz ziemny. Proces powstawania oraz gromadzenia ropy naftowej ma ścisły związek z obecnością basenów sedymentacyjnych gazo- oraz roponośnych. Baseny te mogą obniżać się w stosunku do terenów sąsiednich. Proces ten trwa kilka okresów geologicznych. Skały oraz osady w skład których wchodziły szczątki organiczne w czasie osiadania mogły być w strefie, w której ciśnienie oraz temperatura przeszkadzały, a nawet pomagały w procesie przekształcenia w ropę naftową. Baseny możemy podzielić ze względu tektonikę na: śródfałdowe, śródplatformowe, przyoceaniczne platformowe oraz fałdowo-platformowe. Jak dotąd odkryto 350 basenów roponośnych (powierzchnia obejmująca obszar 10000-500000 km2), w skład których wchodzi 150 o bardzo dużym znaczeniu przemysłowym, przynoszących ogromne zyski. Pierwotnymi skałami ropy naftowej są skały węglanowe oraz ilaste, w skład których wchodzi więcej niż 0,5% kerogenu. W wyniku ruchów górotwórczych, zmiany temperatury, ciśnienia warstw, które nagromadzają się w skale macierzystej, ropa uwalnia się z miejsca, w którym powstała i migruje oraz gromadzi się w skałkach porowatych, ewentualnie bardzo spękanych (kolektory). Najważniejsze tego typu skały to: dolomity oraz wapienie. W tych właśnie skałach ulokowana jest ponad połowa wszystkich geologicznych zasobów tego surowca oraz osady piaszczyste, łupki oraz piaskowce. Warunkiem koniecznym do spełnienia, aby nastąpiła nagromadzenie ropy naftowej w części warstwy przepuszczalnych oraz gazy ziemnego i wody, jest występowanie określonych geologicznych struktur, takich jak: monoklina, wysad solny, antyklina oraz uskok. Struktury te umożliwiają gromadzenie ropy naftowej w kolektorze dzięki warstwom nieprzepuszczalnym (ekran). Do warstw tych należą: margle, iły, kwarcyty oraz łupki ilaste. W monoklinach oraz antyklinach antyklinach innych tego rodzaju strukturach geologicznych mogą występować rozległe złoża ropy naftowej. 50% odkrytych dotychczas złóż ropy naftowej występuje w utworach mezozoicznych, zaś 25% odkrytych dotychczas złóż w trzeciorzędowych utworach.
W ropie występują także śladowe ilości: żelaza, niklu, chromu, manganu, sodu, wodoru, rtęci, chlorku sodu, amoniaku oraz siarkowodoru. Obecnie jest znanych 600 związków wchodzących w skład ropy naftowej, jednakże ich ilość jest znacznie większa (około kilka tysięcy).
Ropa pensylwańska zawiera w przeważającej ilości węglowodory parafinowe.
Ropa kaukaska zawiera w przeważającej ilości węglowodory naftenowe (90%).
Cały czas trwają badania mające na celu zlokalizowanie nowych złóż ropy naftowej. Głównym tego powodem są wyczerpujące się w szybkim tempie światowe rezerwy tego surowca. W 1970 roku wynosiły 73 miliardy ton, w 1980 roku 90 miliardów, zaś w 1990 roku 135,5 miliardy ton. Ropa w Krajach Bliskiego Wschodu stanowiła większość światowych zasobów.
Najwięcej złóż ropy naftowej występuje na terenie Zatoki Perskiej (65% globalnych zasobów ropy naftowej). Złoża występują: na platformach arabskich, szelfie zatoki, osadach w okolicach gór Zagros. 25% globalnych zasobów ropy naftowej (35,4 miliardy ton) występuje na terenach Arabii Saudyjskiej. Są to pola naftowe Abu Hadrija, Abu Hadrija oraz podmorskie As-S. Inne tereny zasobne w ropę naftową to Irak (13,6 miliardów ton- są to pola naftowe Kirkutu i Ar-Rumajla), Zjednoczone Emiraty Arabskie (13 miliardy ton- są to tereny Mubarraz, Umm asz-Szaif oraz Az-Zakkum), Kuwejt (13 miliardów ton- są to tereny Al-Burkan), Iran (12,7 miliardów ton- są to tereny: Gacz Saran, Aga Dżari oraz rejony koło wyspy Chark). Liczne złoża naftowe są obecne ponadto w Bahrajnie, Katarze oraz Omanie.
Na kontynencie afrykańskim obszary zasobne ropę naftową to: północna część Sahary, Zatoka Gwinejska. Do krajów z Afryki z największą ilością ropy naftowej zaliczamy: Libia (3,1 miliardy ton- są to tereny Sari oraz Altan), Nigeria (2,4 miliardy ton- są to tereny delty Nigru oraz Okanu) oraz Algieria (1,8 miliardów ton- są to tereny Hasi Masud).
Na kontynencie amerykańskim do terenów najbardziej zasobnych w ropę naftową należy Morze Karaibskie oraz Zatoka Meksykańska, które obejmują tereny w Texasie, Midland, Luizjanie, Meksyku (stan Tabasco oraz Veracruz), Kolumbii oraz Wenezueli (delta Orinoko oraz okolice jeziora Maracaibo). Ropa jest także obecna w: stanie Kansas, Alaska, Oklahoma (wszystkie leżą w Stanach Zjednoczonych) oraz w prowincji Alberta (Kanada).
W Eurazji duże ilości ropy naftowej są w posiadaniu (7 miliardów ton są to tereny Mamontowskie, Samotłorskie Fiodorowskie, Sa-marska Łuka oraz Tujmazy).
Na terenie Azji duże ilości ropy naftowej posiadają Chiny (3,2 miliardy ton- są to tereny w okolicach Mandżurii, delty Huang He, Morze Żółte oraz Wschodniochińskie), Indonezja oraz Indie.
W Europie Norwegia posiada miliard ton tego surowca. Innym państwem zasobnym w ropę naftowa jest Wielka Brytania (Morze Północne- pola naftowe Forties, Rent, Piper oraz Ekofisk.
Polska posiada tylko około 2 miliony ton tego surowca. Taka sama sytuacja występuje w większości krajów europejskich. Zasoby ropy naftowej w Zagłębiu Naftowym w Krośnieńsko-Jasielskim są już całkowicie wyczerpane. W okolicach Bochni występują bardzo niewielkie złoża tego surowca. Troszkę większe złoża występują w Kamieniu Pomorskim oraz w szelfie Bałtyku (przylądek Rozewie).
Surowiec ten jest wykorzystywany m.in.: w przemyśle, transporcie i innych gałęziach gospodarki. Ropa jest wykorzystywana w produkcji smarów, paliw, olejów silnikowych, nawierzchni asfaltowych, kosmetyków, barwników, substancji wybuchowych, leków, nawozów oraz włókien sztucznych, substancji owadobójczych, kauczuku, atramentu, plastiku i wielu innych produktów. Dzięki ropie naftowej mógł nastąpić szybki rozwój cywilizacji.
Pomimo tego, że życie bez ropy byłoby znacznie utrudnione, surowiec ten niesie ze sobą wiele niebezpieczeństw. W wyniku katastrof morskich zatonięciu ulegają tankowce. Wyciekająca z nich ropa, tworzy duże plamy na wodzie. Opadająca ropa wyrządza wiele krzywd organizmom wodnym. W wyniku konfliktu zbrojnego w Zatoce Perskiej miał miejsce wyciek ropy obejmujący obszar jednego m3. Szkodliwe działanie ropy jest także widoczne w dużych aglomeracjach miejskich. Coraz więcej osób posiada swój własny samochód. Silniki samochodowe napędzane na benzynę emitują do atmosfery szkodliwe węglowodoru, tlenki azotu, tlenek węgla oraz związki ołowiu. W wyniku tych zanieczyszczeń może tworzyć się smog- zanieczyszczona mgła unosząca się w powietrzu.
Ropa naftowa może spowodować skażenie dużych składników wodnych podczas: katastrof morskich, czyszczenia tankowców, awarii na platformach wiertniczych. Największe szkody wyrządzają zatopione tankowce, które uległy uszkodzenia. Wyciekająca ropa naftowa może spowodować śmierć wielu gatunków ptaków oraz ryb i innych zwierząt morskich. Woda nie miesza się z woda naftową, gdyż jest cięższa od niej.
Benzyna stosowana do napędzania silników samochodowych powoduje skażenie powietrza. Spaliny pochodzące z samochodów składają się z tlenku azotu, tlenku węgla, ołowiu, węglowodorów. Zanieczyszczenia te są wynikiem powstałego smogu w dużych aglomeracjach miejskich (Meksyk, Los Angeles, Nowy York). Przyczyną kwaśnych deszczy jest wydzielany ze spalin samochodowych tlenek azotu. Kwaśne deszcze powodują skażenie jezior, rzek, niszczą obszary zalesione. Obecnie panuje tendencja do ograniczenia emisji spalin. Stosowana jest benzyna bezołowiowa. W wielu samochodach stosowane są specjalne katalizatory spalin, których zadaniem jest zredukowanie szkodliwych gazów emitowanych do atmosfery.
Ropa naftowa bezpośrednio wydobyta ze złoża to tzw. surowa ropa naftowa. Ropa w takim stanie może być używana jako materiał opałowy. Użycie ropy do takich celów okazuje się nieekonomiczne, gdyż wówczas tracimy bardzo cenne składniki, które jesteśmy w stanie wyodrębnić przy zastosowaniu odpowiednich metod. Jednym z rodzajów przeróbki ropy naftowej jest destylacja. Proces ten jest dosyć skomplikowany. Jest przeprowadzany na szeroka skalę w specjalnych do tego stworzonych rafineriach. Tam zachodzi oczyszczanie otrzymywanych produktów oraz inne procesy polepszające skład ropy.
Po raz pierwszy ropę naftową przedestylował polski aptekarz Ignacy Łukasiewicz. Dokonał tego w Krośnie w 11852 roku. To dzięki jego wytężonej pracy stosowana była, jako doskonały przyrząd do oświetlania w tamtych czasach, lampa naftowa, której był wynalazcą. W tym samym mieście w 1854 roku, jako pierwszy na świecie zbudował kopalnie ropy naftowej.
Warunkiem koniecznym do spełnienia, aby mogło powstać złoże ropy jest obecność warstwy zawierającej skały nieprzepuszczalne. Warstwa ta musi pokrywać skałę przepuszczalną.
Proces poszukiwania ropy rozpoczyna się w momencie, gdy geologowie, w wyniku badań określają, gdzie może znajdować się złoże. Następnie wyznaczony przez geologów teren jest badany przez geofizyków. Badania geofizyków polegają na obserwacji zmian ciążenia oraz magnetyzmu. Parametry te są wskazówkami mającymi na celu odpowiedzenie na pytanie, czy pod określoną warstwą skał jest ropa. W późniejszym etapie mają miejsce wybuchy. Fala uderzeniowa tych wybuchów przenika przez poszczególne skały. Następnie rejestrowane jest odbijane echo, aby przeszkoleni do tego celu specjaliści mogli być w stanie określić układ poszczególnych warstw skalnych. Jest to bardzo cenna wskazówka w dalszych poszukiwaniach ropy naftowej. Następnym etapem są próbne wiercenia, które mają za zadanie całkowicie potwierdzić, że na tym terenie jest obecna ropa naftowa. W przypadku, gdy ropa naftowa występuje na dnie morskim, to sprzęt wiertniczy oraz wieżę szybową instaluje się na platformie. Czasami bywa tak, że mamy do czynienia z platforma pływającą, ale w większości przypadków występuje platforma na odpowiednich wspornikach, które są wbite w dno morskie. Spotykane są czasami platformy półzatapialne charakteryzujące się tym, że są w stanie dopłynąć w określone miejsce. Gdy dotrą do wyznaczonego miejsca nogi platformy są zanurzane w wodzie, aż do momentu dojścia do dna. Rodzaj stosowanej platformy jest uzależniony od typy dna morskiego. Warunków atmosferycznych, które są przewidywane oraz głębokości wody. W momencie zakończenia wiercenia na samej górze szybu umiejscowione są zawory, których zadaniem jest kontrolowani przepływu ropy naftowej. Wieże szybowe są usuwane, zaś w ich miejsce są montowane pompy. Ropa uzyskiwana jest to tzw. surowa ropa naftowa, która tankowcami, rurociągami oraz cysternami jest dostarczona do określonych rafinerii. W skład surowej ropy naftowej wchodzą związki chemiczne węgla oraz wodoru, które są w rafinerii oddzielane od siebie.
Proces obróbki ropy naftowej zaczyna się od destylacji frakcjonowanej, która zachodzi w wysokiej wieży. Surowa ropa naftowa ulega podgrzaniu do takiej temperatury, aby część składników wchodzących w skład ropy naftowej mogło przejść w stan gazowy. W górnych częściach wieży ulęgają oziębieniu i ponownie staja się cieczami. Przechodzenie poszczególnych składników w ciecz zachodzi w odmiennych temperaturach, dlatego tez migrują one z wieży w różnym czasie i na różnym poziomie. W ten sposób otrzymujemy frakcje ropy naftowej. Do frakcji ropy naftowej możemy zaliczyć: naftę, benzynę, oleje opałowe oraz smarowe. W czasie procesu obrabiania ropy naftowej uzyskujemy także gaz.
Są stosowane różne techniki w czasie przerabiania ropy naftowej. Wszystko jest uzależnione od typu ropy naftowej i produktów, które chcemy otrzymać.
Rafinerię możemy podzielić na: paliwowo-olejowe, petrochemiczne, paliwowe.
W rafinerii paliwowo-olejowej stosowana jest metoda zachowawcza przeróbki ropy, która polega na rozkładzie ropy na poszczególne frakcje. Nie zachodzi chemiczna zmiana składników. Destylacja ropy naftowej zachodzi pod normalnym ciśnieniem. Jesteśmy w stanie otrzymać frakcje z temperatura wrzenia równą 300-3500C, zaś pod zmniejszonym ciśnieniem występują frakcję wyższą temperaturą wrzenia. Zmniejszone ciśnienie jest stosowane, aby nie doszło do rozkładu składników ropy.
Aktualnie przy zastosowaniu najnowocześniejszych technik w rafineriach jest stosowana destylacja ciągła wieżowo- rurowa. W wyniku czego odbierane są natychmiast różne produkty destylacji ropy naftowej.
W wyniku procesu destylacji frakcyjnej otrzymujemy:
- eter naftowy, którego gęstość wynosi 0,7g/cm3. W jego skład wchodzą lekkie węglowodory, o krótkich łańcuchach węglowych. Eter jest wykorzystywany jako rozpuszczalnik w czasie ekstrakcji oraz jako benzyna apteczna. Temperatura wrzenia 100-1800C
- benzyna lekka, której gęstość wynosi 0,7-0,75 g/cm3 znalazła zastosowanie jako lecznicza benzyna. Temperatura wrzenia 700C.
- benzyna ciężka, której gęstość wynosi 0,75 g/cm3 znalazła zastosowanie jako samochodowa benzyna. Temperatura wrzenia 100-1500C
- ligroina (benzyna lakowa). Temperatura wrzenia 100-1800C.
W zależności od typu ropy oraz sposobu wykorzystania destylatu, wartości temperatur wrzenia oraz ich gęstości mogą ulec zmianie.
Jednym z produktów destylacji ropy naftowej jest nafta. Temperatura wrzenia 215- 3250C. Nafta z pierwszego procesu destylacyjnego zawiera dużo zanieczyszczeń i dlatego musi być poddana rafinacji chemicznej. W wyniku oczyszczenia nafta nie zawiera żadnych lotnych składników i jest substancją trudnopalną. Nafta nie zapala się pod wpływem płomienia zapałki.
Oleje naftowe charakteryzują się temperaturą wrzenia powyżej 3250C. Są to pozostałości po destylacji ropy naftowej pod ciśnieniem atmosferycznym. Gdy oleje naftowe poddamy destylacji próżniowej, to jesteśmy w stanie otrzymać różne oleje naftowe, takie jak: oleje smarowe, silnikowe (stosowane w silnikach Diesla), parafinowe (z nich wyrabiana jest parafina, stosowana w procesie produkcyjnym świec), gazowe (pod wpływem pirolizy są przerabiane na mieszankę gazów, używanych w oświetleniach).
Z ropy naftowej o niskim standardzie, z której nie możemy uzyskać olejów naftowych, uzyskiwany jest mazut (oleje opałowe). Który może być stosowany w przemyśle lub na statkach.
Temperatura topnienia parafiny wynosi 15-600C. To transparentne, bezbarwne ciało krystaliczne. W skład parafiny wchodzą węglowodory o łańcuchach węglowych zawierających 19-39 atomów węgla. Parafina może być stosowana jako izolator w elektrotechnice. Jest także wykorzystywana w procesie produkcyjnym świec.
Wazelina jest pozostałością po destylacji lżejszych składników. Surowa wazelina ma barwę żółto-czerwoną, ewentualnie ciemnozieloną. Jest wykorzystywana jako smar. Na powietrzu nie ulega żadnym zmianom. Stosowana w branży kosmetycznej w procesach produkcyjnych maści, powstaje w wyniku rafinacji chemicznej z udziałem kwasu siarkowego, który jest później usuwany wodą.
Końcową pozostałością przeróbki ropy naftowej jest smoła ropna (asfalt naftowy), który jest wykorzystywany do pokrywania nawierzchni.
Kraking to destylacja rozkładowa, (crack- pękanie) polega na zrywaniu długich łańcuchów węglowych na krótsze i prostsze. Proces ten zachodzi na zasadzie reakcji rozkładu katalitycznego lub termicznego. Zastosowanie krakingu jest bardzo duże, zwłaszcza w branży petrochemicznej oraz rafineryjnej. Benzyna, która jest otrzymywana w czasie krakingu charakteryzuje się wysoką liczbą oktanową.
