J. Priestley (1733-1804) –nhà hóa học triết học người Anh, một trong những người sáng lập lên các
4.2.3 Tổng hợp các hợp chất cao phân tử
Các hợp chất cao phân tử được tìm thấy trong tự nhiên?
Trong thế kỷ 20 vật liệu polyme hữu cơ được sản xuất nhiều nhất trong các loại vật liệu hóa học nhân tạo. Polyme tổng hợp được phát hiện một cách ngẫu nhiên vào đầu những năm thế kỷ 19 khi đang tiến hành tổng hợp một số chất hữu cơ nhất định. Nhưng họ coi đó là những sản phẩm không mong muốn của quá trình phản ứng hóa học. Việc tổng hợp các hợp chất cao phân tử (polyvinyl clorua và polystyrene) đầu tiên được đề cập đến đầu tiên vào năm 1838-1839.
Trong nửa sau của thế kỷ 19 các nhà hóa học quan tâm đến thành phần của cao su, nó đã xuất hiện ở châu Âu sau khi họ khám phá ra châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15. Sản phẩm từ cao su trở nên phổ biến hơn sau khi phát hiện ra cách lưu hoá cao su. Nhu cầu ngày càng tăng đối với lốp xe cho xe đạp và xe hơi đẩy nhanh sự gia tăng rất lớn của ngành công nghiệp cao su và nghiên cứu hóa học trong lĩnh vực này.
Isoprene được hình thành khi chưng cất khô cao su, qúa trình được thực hiện trong không khí hoặc dưới tác đọng của hóa chất nhất định một lần nữa chuyển hóa nó thành cao su.Sau đó isoprene được thu được từ nhựa thông. Năm 1896 Vladimir Nikolayevich Ipatieff thực hiện tổng hợp isoprene từ axetylen và acetone.
Cũng nhận cao su từ các hợp chất dien, đặc biệt là từ butadien và dimethylbutadien. Trước chiến tranh thế giới thứ nhất, đã thu được một lượng nhỏ
cao su dimetilbutadien. Nhưng ở phương tây lốp xe được sản xuất từ cao su tự nhiên.
Vào cuối những năm 1920, Hội đồng kinh tế tối cao của Nga đã công bố một cuộc thi quốc tế phát triển quá trình công nghiệp để tổng hợp cao su. Phương pháp của C. V. Lebedev là tốt nhất, dựa trên việc nhận butadien từ ethanol, sau đó là trùng hợp với tác động của natri. Năm 1931 tại một nhà máy thí điểm tại Leningrad đã nhận được khối 260 kg cao su tổng hợp đầu tiên. Sau đó đã nhận được hơn 100 loại cao su tổng hợp khác. Rất nhiều loại trong số chúng thể hiện tính chất vượt trội hơn so với cao su tự nhiên.
Nhựa xuất hiện lần đầu tiên trong những năm 70 của thế kỷ 19 và được sử dụng rộng rãi, có nhựa xenluloit (một hỗn hợp của nitrocellulose với long não, rượu, và dầu thực vật). Nhược điểm của nó là tính dễ cháy, và nitrocellulose đã được thay thế bằng celluloacetate vào năm 1907. Trong nửa sau của thế kỷ 19 cũng đã phát minh ra một cách để có được sợi tơ nhân tạo từ nitrocellulose. Sau đó sản xuất xơ sợi tổng hợp không cháy từ các chất dẫn xuất cellulose.
Năm 1872, A.G Bayer tìm thấy rằng sự tương tác của aldehyt với phenol cũng tạo thành chất nhựa. Vào đầu thế kỷ 20 bắt đầu sản xuất các chất dẻo dựa trên các loại nhựa này (Bakelite, carbonite). Họ đã chứng minh là vật liệu có giá trị phát triển trong ngành công nghiệp điện. Trong những năm 1920, đã phát triển một số loại nhựa tổng hợp dựa trên chúng.
Trước khi chiến tranh thế giới thứ II việc tổng hợp chất dẻo bắt đầu áp dụng trùng hợp của các hợp chất không bão hòa, bao gồm vinyl chloride và styrene. Điều kiện được lựa chọn giống như trùng hợp của ethylene. Sản xuất Teflon - một sản phẩm của
sư trùng hợp của tetrafluoroethylene. Đồng thời tìm kiếm các loại vật liệu tổng hợp mới phù hợp cho việc sản xuất sợi tổng hợp. Những loại sợi rất bền có thể thu được từ các polyamit. Các sợi nổi bật nhất của loại này là nylon và capron.
Hóa học các hợp chất cao phân tử là một thành phần trong xu hướng hóa học những năm 20 của thế kỷ 20. Vào đầu thế kỷ đã được thống trị bởi khái niệm các loại nhựa, cao su và các hợp chất có cấu trúc tương tự, được tạo thành từ các các phân tử nhỏ hình thành trong dung dịch. Nhà hóa học người Đức Hermann Staudinger (1881-1965) vào năm 1922 kết luận rằng các polyme được hình thành bởi phân tử polyatomic, được gọi là đại phân tử, và đưa ra lý thuyết về cấu trúc chuỗi các đại phân tử. Sau đó, ông bổ sung thêm lý thuyết phân nhánh của các đại phân tử và mạng không gian của polymer. Thể hiện các mối quan hệ giữa trọng lượng phân tử polymer và độ nhớt của dung dịch polimer, Shtaudinger phát triển phương pháp đo độ nhớt cho việc xác định trọng lượng phân tử polimer. Ông đã được trao giải Nobel vào năm 1953 vể những nghiên cứu hóa học các hợp chất cao phân tử là rất cao chất phân tử. Do tính chất độc đáo của nó, polyme hữu cơ tổng hợp được dần dần thay thế các vật liệu khác. Thế giới sản chất chất dẻo được phát triển với một tốc độ chưa từng có (giữa những năm 80 của thế kỷ 20. Khối lượng sản xuất của nó vượt qua sản lượng của sản xuất kim loại).
4.2.4. Lọc dầu
Vai trò của dầu mỏ trên thế giới hiện nay là gì?
Dầu mỏ đã được biết đến trong thời cổ đại và được sử dụng trước hết là để chiếu sáng, cũng như làm nhiên liệu.
Kỹ thuật chiếu sáng đã được cải thiện đáng kể sau năm 1854 bởi cách chưng cất đơn giản và quá trình lọc dầu bắt đầu nhận được nhiên liệu dùng cho đèn dầu. Các phân đoạn dầu sôi thấp nhất được coi là vô dụng và bỏ đi, còn dầu hỏa được thu từ các phân đoạn sôi cao.
Với sự ra đời của động cơ đốt trong (đầu tiên là trong các động cơ xe ô tô), các phân đoạn sôi thấp (xăng) trở nên cực kỳ quan trọng. Đầu tiên, xăng cho xe ô tô được tách chỉ bằng cách chưng cất trực tiếp dầu thô. Năm 1885 người ta đã thấy rằng khi bị nung nóng đến 300 °C phân đoạn dầu nặng chuyển đổi một phần thành
các sản phẩm nhẹ hơn, còn trong nhựa còn lại sau khi nhiệt phân dầu mỏ có chứa benzen, toluen và các hydrocarbon thơm khác (cracking dầu mỏ). Năm 1913, ở Mỹ bắt đầu sử dụng quá trình cracking. Chẳng bao lâu sau quá trình đó đã được hoàn thiện đến nỗi mà gần một nửa số dầu thô được chuyển thành xăng.
Ở Nga, trong phòng thí nghiệm của N. D. Zelinsky quá trình nhiệt phân dầu mỏ đã được nghiên cứu với quan điểm sản xuất hydrocacbon thơm. Sau Cách mạng tháng Mười, ở đó đã phát triển phương pháp đehydro hóa các cycloancan có trong thành phần dầu mỏ trong điều kiện có chất xúc tác.
Dưới những điều kiện nhất định, cracking dầu mỏ ngoài xăng còn tạo ra các khí hydrocarbon thấp hơn, đặc biệt là anken. Những hydrocarbon này, cùng với các hợp chất thơm, đã trở thành nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất polyme, thuốc nhuộm, thuốc chữa bệnh.
Ở giữa thế kỷ XX diễn ra sự thay đổi lớn của tổng hợp hữu cơ công nghiệp từ than sang khí đốt. Sự phát triển của tổng hợp hóa dầu được bắt đầu từ những năm 20 của thế kỷ XX đã làm nên một bước nhảy vọt lớn. Mặc dù trong những năm gần đây, sự khai thác dầu mỏ trên thế giới gần như không tăng nhưng sản lượng sản phẩm hóa dầu vẫn liên tục tăng. Lên đến một phần tư sản lượng dầu mỏ tìm kiếm được hiện nay đi vào quá trình xử lý hóa học. Người ta tin rằng trong tương lai gần, dầu và các nguyên liệu dầu khí vẫn giữ vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ.
Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1861-1953) - nhà hóa học hữu cơ. Ông đã nghiên cứu các hiện tượng đồng phân, làm việc trong lĩnh vực lập thể, tổng hợp naphthenes, các vấn đề chuyển hóa trong điều kiện có xúc tác của các hợp chất hữu cơ, trong đó có các thành của dầu mỏ.
Câu hỏi
1. Những thành công của quá trình lọc dầu có ảnh hưởng gì đến sự phát triển của các lĩnh vực khoa học và công nghệ khác?
2. Những loại sản phẩm thay thế nào của dầu mỏ đang hứa hẹn để sử dụng như là nhiên liệu và nguyên liệu cho tổng hợp hóa học công nghiệp?