Alotropia - jest to występowanie tego samego pierwiastka w odmianach różniących się od siebie budową wewnętrzną.

Odmianami alotropowymi węgla są: diament, grafit i fullereny.

Diament:

a) jest najtwardszy ze znanych minerałów

b) półprzezroczyste ciało stałe

c) jest bezbarwny lub żółty, błękitny, niebieski, brunatny do czarnego

d) gęstość wynosi 3,5 g/cm3

e) ma właściwości półprzewodnikowe

f) jest dobrym przewodnikiem ciepła

g) jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad

h)spala się w wysokiej temperaturze

AD 2 .

Węgle kopalne to skały osadowe powstałe w wyniku nagromadzenia i przeobrażenia materii roślinnej. Stanowią mieszaninę różnorodnych związków organicznych, w których skład wchodzą głównie: węgiel, wodór, tlen, siarka i azot, a także substancje mineralne (np. krzemiany, siarczki i inne) oraz pierwiastki rzadkie (m.in. arsen, uran, gal, german).

W zależności od zawartości pierwiastka węgla wyróżnia się następujące gatunki węgli kopalnych, tworzących tzw. szereg węglowy:

-torf

-węgiel brunatny,

-węgiel kamienny,

-antracyt

-szungit.

Złoża węgli kopalnych powstały w różnych epokach geologicznych, głównie w paleozoiku (karbon, perm) oraz trzeciorzędzie. Większość złóż węgla formowała się od 360 do 28 mln lat temu. Węgiel powstał na bagnistych obszarach, które w tamtych czasach porastały wilgotne lasy tropikalne. Szczątki obumarłych roślin opadły na dno bagnistych jeziorzysk lub lagun, gdzie z powodu małej ilości tlenu i odpowiednich bakterii rozkładały się bardzo powoli. W pierwszej fazie rozkładu gnijące rośliny zmieniły się w torf. Procesowi temu towarzyszyło wydzielanie metanu (stąd duże jego ilości znajdują się przy pokładach węgla kamiennego). Torf nie jest w stanie samoistnie przekształcić się w węgiel. Jego pokłady muszą najpierw zostać poddane odpowiedniemu ciśnieniu. Pierwsze zgniatanie złóż torfu odbywa się pod ciężarem wciąż narastającej ilości obumarłych roślin. Z warstwy torfu o grubości od 10 do 15 m może powstać jednometrowa warstwa węgla. Po zapełnieniu bagna przez substancję roślinną, na złoża torfu osadzały się warstwy piasku i mułu. Następnie teren obniżał się, a wody morskie lub jeziorne ponownie go zalewały, dzięki czemu dochodziło do kolejnego etapu akumulacji roślinnej. Cykl ten powtarzał się wielokrotnie, dlatego mówimy, że węgiel kamienny powstał w procesie sedymentacji cyklicznej. Doprowadziła ona do powstania licznych, oddzielonych od siebie innymi skałami osadowymi, pokładów węgla. Ich grubość różni się znacznie i wynosi od kilku mm do kilku metrów. W okresie karbonu składnikiem tworzącym złoża węgla były głównie olbrzymie widłaki (lepidodendrony, sygilarie), skrzypy (kalamity), ponadto paprocie nasienne i nagozalążkowe (kordaity). W permie były to rośliny nagozalążkowe (miłorzębowe, benetyty, iglaste). Natomiast w trzeciorzędzie rośliny okrytozalążkowe.

AD 3.

ROPA NAFTOWA, czyli olej skalny, jest najważniejszym surowcem węglowodorowym do otrzymywania cennych produktów przemysłowych, np. benzyny, nafty, olejów smarowych, parafiny.

Ropa naftowa jest ciemnobrunatną cieczą o gęstości 0,79 - 0,96 g/ml i o swoistym zapachu. Barwa jej bywa również jasna i słabo opalizująca, nie rozpuszcza się w wodzie.

Głównymi składnikami ropy naftowej są rozmaite węglowodory:

- nasycone węglowodory parafinowe, a więc homologi metanu,

- małe ilości węglowodorów oleinowych (homologi etylenu),

- nasycone węglowodory cykliczne, tzw. węglowodory naftenowe, pochodne cyklopentanu i cykloheksanu o wzorze CnH2n,

- węglowodory aromatyczne, pochodne benzenu C6H6.

Podczas destylacji frakcyjnej z surowej ropy naftowej otrzymuje się następujące produkty:

1) Eter naftowy, zbierany do temperatury 70 ºC, o gęstości poniżej 0,7 g/ml, składa się głównie z najlżejszych węglowodorów zawierających nie więcej niż sześć atomów węgla w cząsteczce. Zastosowanie: jako benzyna apteczna albo rozpuszczalnik do ekstrakcji.

2) Benzyna lekka, zbierana od 60 do 100 ºC i o gęstości 0,7 - 0,75 g/ml, stosowana głównie jako benzyna lotnicza.

3) Benzyna ciężka, wrząca w granicach 100 - 150 ºC o gęstości 0,75 g/ml, używana jako benzyna samochodowa. Stosuje się ją głównie jako paliwo do silników, jako środek piorący i odtłuszczający, jako rozpuszczalnik tłuszczów farb i lakierów.

4) Ligroina, zwana inaczej benzyną lakową, wrze w granicach 100 - 180 ºC.

Podane powyżej granice temperatur wrzenia poszczególnych frakcji oraz ich gęstość nie charakteryzują dokładnie danego rodzaju benzyny. Zależnie od pochodzenia ropy i od przeznaczenia destylatu granice te mogą się wahać.

5) Nafta jest produktem destylacji ropy odbieranym w granicach temperatur wrzenia 215 - 325 ºC. Surową naftę otrzymaną z pierwszej destylacji i zawierającą sporo smolistych zanieczyszczeń poddaje się następnie rafinacji chemicznej. Oczyszczona nafta powinna być trudno zapalna, a więc nie może zawierać lotnych składników, charakterystycznych dla benzyny. Temperatura zapłonu nafty, zgodnie z przepisami, wynosi 39 ºC. A zatem nafta nie powinna zapalać się w zetknięciu ze stosunkowo zimnym płomieniem zapałki.

6) Oleje naftowe. Pozostałość po destylacji ropy naftowej pod zwykłym ciśnieniem, wrzącą powyżej 325 ºC, poddaje się następnie destylacji próżniowej (pod zmniejszonym ciśnieniem), otrzymując rozmaite produkty przemysłowe, a przede wszystkim różne oleje naftowe. Należą do nich:

• oleje smarowe, stosowane jako smary

• oleje silnikowe (używane do silników Diesla),

• oleje gazowe (przerabiane za pomocą pirolizy na mieszaninę gazów, używaną do oświetlania), mogą być stosowne jako paliwo

• oleje parafinowe, z których przez wymrażanie wykrystalizowuje się parafinę służącą do wyrobu świec.

Z niskogatunkowych rop, nie nadających się do wytwarzania wyżej wymienionych olejów naftowych, otrzymuje się oleje opałowe stosowane na statkach lub w przemyśle.

7) Parafina stała topi się w temperaturze 15 - 60 ºC. Jest prawie bezbarwnym przezroczystym lub półprzezroczystym ciałem krystalicznym. Składnikami parafiny są węglowodory o zawartości węgla C19 - C39. Parafina służy do wyrobu świec oraz jako materiał izolacyjny w elektrotechnice.

8) Wazelina jest również produktem destylacji niektórych gatunków ropy naftowej i stanowi pozostałość po oddestylowaniu lżejszych składników. Wazelin surowa jest żółtoczerwoną lub ciemnozieloną półstała masą, używaną jako smar, nie ulegający zmianom na powietrzu ( w odróżnieniu od tłuszczów). Przez rafinację chemiczną za pomocą stężonego kwasu siarkowego, który następnie usuwa się za pomocą wody, otrzymuje się bezbarwną wazelinę farmaceutyczną, służącą do wyrobu maści.

9) Mazut czyli pozostałość jest surowcem do produkcji smaru, parafiny i asfaltu oraz surowcem w procesach krakowania stosowanych do otrzymywania benzyny.

10) Smoła ropna (inaczej asfalt naftowy) jest ostateczną pozostałością po przeróbce ropy naftowej, stosuje się ją np. po pokrywania nawierzchni dróg.

11) Benzyna jest substancją ciekłą, bardzo lotną i łatwopalną o charakterystycznym zapachu. Pary benzyny z powietrzem tworzą mieszanki wybuchowe. Nierozpuszczalna w wodzie, natomiast dobrze rozpuszczalna w bezwodnym alkoholu - eterze, chloroformie, itp. Stosuje się ją głównie jako paliwo do silników, jako środek piorący i odtłuszczający, jako rozpuszczalnik tłuszczów farb i lakierów. Ponieważ rozwój motoryzacji pociąga za sobą coraz większe zapotrzebowanie na benzynę, wyższe frakcje ropy naftowej takie jak oleje i mazut, przerabiane są na benzynę w procesie krakingu.

AD 5.

a) CH3-C(J)(CH3)-CH3

b) CH3-C(CH3)2-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3

c) CH3-C(Br)(CH3)-C(Br)(C2H5)-C(CH3)2-CH(Br)-CH2-CH3

AD 9.

a) octan magnezu - (CH3COO)2Mg

Mg + 2CH3COOH -> (CH3COO)2Mg + H2

MgO + 2CH3COOH -> (CH3COO)2Mg + H2O

Mg(OH)2 + 2CH3COOH -> (CH3COO)2Mg + 2H2O

b) HCOOH ------> H + + COOH ¯Kwas mrówkowy w wyniku dysocjacji daje jony HCOO- i H+.

c) C₃H₇COOH + 5O₂ = 4CO₂ + 4H₂O

spalanie całkowite

C₃H₇COOH + 3 O₂ = 4 CO + 4 H₂O

półspalanie

C₃H₇COOH + O₂ = 4 C + 4 H₂O

spalanie niecałkowite

d) C15H31COOH+NaOH=C15H31COONa+H2O - palmitynian sodu (mydło sodowe)

e)

H₂SO₄

C₂H₅COOH + C₂H₅OH = C₂H₅COOC₂H₅ + H₂O

f) octanu butylu ... CH₃COOC₄H₉ + H₂O ---> CH₃COOH + C₄H₉OH

AD 7.

m C = 12 g

m H = 1 g

etan - C2H6

mC2H6 = 2 x 12 + 6 x 1 = 30 g

mC w C2H6 = 24 g

30 g - 100%

24 g - x

x= 24 x 100 / 30 = 80%

eten - C2H4

mC2H4 = 2 x 12 + 4 x 1 = 28 g

mC w C2H4 = 2 x 12 = 24 g

28 g - 100%

24 g - x

x= 2400/28 =85,7 %

etyn - C2H2

mC2H2 = 2 x 12 + 2 x 1= 26 g

m C w C2H2 = 12 x 2 = 24 g

26g -100%

24g - x

x= 2400/26 =92 %

AD 4 .

wzór butanu = C4H10

Otrzymywanie butanu:

a) C4H8 + H2---->C4H10

b) 2C2H5Cl + 2Na---->C4H10 + 2NaCl

c) 4C + 5H2---->C4H10

SPALANIE CAŁKOWITE

2C4H10 + 13O2 --> 8CO2 + 10H2O

SPALANIE PÓŁCAŁKOWITE

2C4H10 + 9O2 --> 8CO + 10H2O

SPALANIE NIECAŁKOWITE

2C4H10 +5 O2 --> 8C + 10H2O

Wzory :

Butan C4H10

CH3-CH2-CH2-CH3

H H H H

H- C- C- C- C- H

H H H H