Расчёт температуры самовоспламенения
Стандартная температура самовоспламенения Тсвп, приведенная в справочниках, получена экспериментально по стандартной методике для горючей смеси стехиометрического состава. Установлено, что в пределах гомологического ряда величина Тсвпявляется функцией длины углеродной цепи в молекуле. Чем длиннее цепь, тем ниже температура самовоспламенения. Метод расчета Тсвп основан на эмпирической зависимости Тсвп от длины углеродной цепи.
Метод пригоден для расчета Тсвп алифатических углеводородов, алифатических спиртов и ароматических углеводородов.
Задача состоит в том, чтобы по структурной формуле химического соединения найти для него среднюю длину углеродных цепей.
Углеродная цепь - это цепочка атомов углерода от одного конца молекулы до дрyгoгo. Длина цепи - это число атомов углерода в такой цепи.
Например, в нормальном гептане
' 1 2 3 4 5 6 7
СН3 – СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН3
одна углеродная цепь и ее длина равна 7.
1 2 3
В изобутане СН3 – СН2 – СН3
|
4
СН3
три цепи с одинаковой длиной (цепь 1-2-3, 1-2-4 и 3-2-4), длина каждой цепи равна 3. Средняя длина углеродных цепей в этом соединении тоже равна 3.
Определив среднюю длину цепи, далее по таблицам XII -ХIV приложения находят Тсвп.
|
|
|
Например, для н-гептана Тсвп = 496 К, а для изобутана Тсвп = 743 К (таблица XII для предельных углеводородов).
В молекуле химического соединения со сложной структурой иногда бывает трудно сразу найти все углеродные цепи. Поэтому для определения числа цепей используют формулу:
(52)
где Мр - число концевых функциональных групп, таких, как: -СН3,-ОН и бензольных колец.
Например, в н-гептане 2 группы СН3, т.е. Мр=2, из формулы (52) следует, что число цепей равно 1. В изобутане Мр=3, подставляя это значение в формулу (52), получим m = 3.
2.7.1 Расчёт Тсвп предельных углеводородов
Пример: Вычислить температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана
Решение:
1. Записываем структурную формулу соединения, нумеруем все атомы углерода:
1 2 3 4 5 6
СН3 – СН2 - СН2 - СН2 - СН2 – СН3
| |
7 9 11
СН2 СН – СН3
| |
8 10 11
СН3 СН3
2. В молекуле соединения пять концевых метильных групп (СН3), т.е. Мр=5. Определяем число цепей:
|
|
|
3. Найдем эти цепи и установим их длину. Для удобства составим следующую таблицу:
| Углеродная цепь m1 | 1 - 6 | 1 - 8 | 1 - 10 | 1 - 11 | 6 - 8 | 6 - 10 | 6 - 11 | 8 - 10 | 8 - 11 | 10 - 11 |
| Длина цепи l1 | 6 | 5 | 6 | 6 | 6 | 5 | 5 | 6 | 6 | 3 |
4. Определим среднее арифметическое значение длины углеродных цепей:
5. По таблице XIY приложения находим температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана, отыскивая её по значению средней длины цепи в молекуле соединения:
Тсвп = 522 К или 249 оС.
2.7.2 Особенности расчета Тсвп алифатических спиртов
При определении длины углеродных цепей в молекуле алифатического спирта необходимо учитывать следующее правило. Гидроксильная группа в углеродной цепи увеличивает её длину на единицу.
Пример: Вычислить температуру самовоспламенения 2,2-диметил-3-этилгексанола-1.
Решение:
1. Запишем структурную формулу соединения и пронумеруем все атомы углерода, группу –ОН обозначим буквой Г (гидроксил).
7
СН2
|
|
|
|
Г 1 2 3 4 5 6
НО – СН2 - С – СН - СН2 – СН2 - СН3
| |
8 9 10
СН3 СН2 – СН3
2. В молекуле 5 концевых групп: 4 метильных (-СН3) и одна гидроксильная (-ОН), т.е. Мр = 5. Тогда число цепей:
3. Составим таблицу, в которую внесем цепи и их длину:
| Углеродная цепь m1 | Г - 6 | Г - 7 | Г - 8 | Г - 10 | 7 - 6 | 7 - 8 | 7 - 10 | 6 - 8 | 6 - 10 | 8 - 10 |
| Длина цепи l1 | 7 | 4 | 4 | 6 | 6 | 3 | 5 | 6 | 6 | 5 |
Длина первых четырех цепей, содержащих гидроксильную группу (-ОН) на единицу больше, чем число атомов углерода в цепи.
4. Рассчитываем среднюю длину углеродных цепей:
5. По таблице ХIII приложения находим соответствующую температуру самовоспламенения Тсвп = 582 К или 309 оС.
2.7.3 Особенности расчета Тсвп ароматических соединений
При определении числа цепей и их длины в молекуле ароматического соединения следует иметь в виду следующие правила:
· фенил (бензольное кольцо), находящийся внутри углеродной цепи считается и как концевой;
· при определении углеродной цепи атомы углерода в бензольном кольце в расчет не принимаются;
· фенил, находящийся в углеродной цепи, укорачивает ее на единицу.
Пример: Вычислить температуру самовоспламенения 1-изопропил-4-изобутилбензола.
|
|
|
Решение:
1. Записываем структурную формулу соединения и вводим обозначения:
6
СН3
|
1 2 Ф 4 5
СН3 – СН - 
–СН2 – СН
| |
3 7
СН3 СН3
2. В молекуле соединения 4 концевые метильные группы (-СН3) и 1 фенил,
т.е. Мр = 5:
4. В этом соединении согласно первому правилу концевым необходимо считать и фенил. В этом случае углеродные цепи будут заканчиваться не только на метильных группах (-СН3), но и на бензольном кольце. Составим таблицу, в которую внесем углеродные цепи и их длину:
| Углеродная цепь m1 | 1 - 6 | 1 - 7 | 3 - 6 | 3 - 7 | 1 - Ф | 3 - Ф | 6 - Ф | 7 - Ф | 1 - 3 | 6 - 7 |
| Длина цепи l1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 |
Обратите внимание, что при определении длины цепи атомы углерода, имеющиеся в бензольном кольце, в расчет не принимаются (правило 2). у восьми углеродных цепей, которые имеют в своём составе фенил как в середине, так и в конце цепи, длина цепи на единицу меньше, чем число атомов углерода (правило 3).
4. Рассчитаем среднюю длину углеродных цепей:
5. По таблице ХIV приложения найдем Тсвп ароматического соединения с соответствующей длиной цепи Тсвп = 698 К или 425 оС.
Пример: Вычислить температуру самовоспламенения 2,2-дифенилпропана.
Решение:
1. Записываем структурную формулу соединения и вводим обозначения
1
СН3
|
Ф1 2 Ф2
- С –
|
3
СН3
2. Определим число цепей. В соединении 4 концевых труппы (2 метильные и 2 фенила), поэтому Мр = 4:
В этом соединении 6 цепей.
3. Найдем эти цепи и определим их длину:
| Углеродная цепь m1 | Ф1 – Ф2 | Ф1 - 1 | Ф1 - 3 | Ф2 - 1 | Ф2 - 3 | 1 - 3 |
| Длина цепи l1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3 |
Цепи, содержащие фенил, укорачиваются на единицу. Так как в цепи Ф1 - Ф2 содержится два фенила, то ее длина уменьшится на 2.
4. Средняя длина цепи будет равна:
5. По таблице XIV приложения находим, что Тсвп = 712 К или 439 оС.
Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 1207; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!