जैविक पदार्थ हमारे जीवन में एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं। वे पॉलिमर के मुख्य घटक हैं जो हमें हर जगह घेरते हैं: ये प्लास्टिक बैग, और रबर, साथ ही साथ कई अन्य सामग्रियां हैं। पॉलीप्रोपाइलीन इस श्रृंखला का अंतिम चरण नहीं है। यह विभिन्न सामग्रियों में भी पाया जाता है और कई उद्योगों में उपयोग किया जाता है जैसे निर्माण, प्लास्टिक कप के लिए घरेलू उपयोग, और अन्य छोटे (लेकिन औद्योगिक पैमाने पर नहीं) की जरूरत है। इससे पहले कि हम प्रोपलीन के जलयोजन जैसी प्रक्रिया के बारे में बात करें (जिसके कारण, हमें आइसोप्रोपिल अल्कोहल मिल सकता है), आइए उद्योग के लिए आवश्यक इस पदार्थ की खोज के इतिहास की ओर मुड़ें।
इतिहास
जैसे, प्रोपलीन के खुलने की कोई तारीख नहीं है। हालांकि, इसके बहुलक - पॉलीप्रोपाइलीन - को वास्तव में 1936 में प्रसिद्ध जर्मन रसायनज्ञ ओटो बायर द्वारा खोजा गया था। बेशक, यह सैद्धांतिक रूप से ज्ञात था कि इतनी महत्वपूर्ण सामग्री कैसे प्राप्त की जा सकती है, लेकिन व्यवहार में ऐसा करना संभव नहीं था। यह केवल बीसवीं शताब्दी के मध्य में ही संभव था, जब जर्मन और इतालवी रसायनज्ञ ज़िग्लर और नट ने असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (एक या एक से अधिक बांड वाले) के पोलीमराइजेशन के लिए एक उत्प्रेरक की खोज की, जोबाद में उन्होंने इसे ज़िग्लर-नाट्टा उत्प्रेरक कहा। उस क्षण तक, ऐसे पदार्थों की पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाना बिल्कुल असंभव था। पॉलीकंडेंसेशन प्रतिक्रियाओं को तब जाना जाता था, जब उत्प्रेरक की कार्रवाई के बिना, पदार्थों को एक बहुलक श्रृंखला में जोड़ा जाता था, जिससे उप-उत्पाद बनते थे। लेकिन असंतृप्त हाइड्रोकार्बन के साथ ऐसा करना संभव नहीं था।
इस पदार्थ से जुड़ी एक और महत्वपूर्ण प्रक्रिया थी इसका जलयोजन। इसके उपयोग की शुरुआत के वर्षों में प्रोपलीन काफी था। और यह सब विभिन्न तेल और गैस प्रसंस्करण कंपनियों द्वारा आविष्कार किए गए प्रोपेन को पुनर्प्राप्त करने के तरीकों के कारण है (इसे कभी-कभी वर्णित पदार्थ भी कहा जाता है)। जब तेल फटा था, तो यह एक उप-उत्पाद था, और जब यह पता चला कि इसका व्युत्पन्न, आइसोप्रोपिल अल्कोहल, मानव जाति के लिए उपयोगी कई पदार्थों के संश्लेषण का आधार है, तो कई कंपनियों, जैसे कि बीएएसएफ, ने इसके उत्पादन के अपने तरीके का पेटेंट कराया। और इस परिसर का बड़े पैमाने पर व्यापार शुरू किया। पोलीमराइजेशन से पहले प्रोपलीन हाइड्रेशन की कोशिश की गई और लागू किया गया, यही वजह है कि पॉलीप्रोपाइलीन से पहले एसीटोन, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, आइसोप्रोपाइलामाइन का उत्पादन शुरू हुआ।
प्रोपेन को तेल से अलग करने की प्रक्रिया बहुत दिलचस्प है। अब हम उसी की ओर मुड़ते हैं।
प्रोपलीन का पृथक्करण
वास्तव में, सैद्धांतिक अर्थों में, मुख्य विधि केवल एक ही प्रक्रिया है: तेल और संबंधित गैसों का पायरोलिसिस। लेकिन तकनीकी कार्यान्वयन सिर्फ एक समुद्र है। तथ्य यह है कि हर कंपनी एक अनूठा तरीका पाने और उसकी रक्षा करने का प्रयास करती है।पेटेंट, और ऐसी अन्य कंपनियां अभी भी कच्चे माल के रूप में प्रोपेन का उत्पादन और बिक्री करने या इसे विभिन्न उत्पादों में बदलने के अपने तरीके खोज रही हैं।
पायरोलिसिस ("पाइरो" - आग, "लिसिस" - विनाश) उच्च तापमान और उत्प्रेरक के प्रभाव में एक जटिल और बड़े अणु को छोटे अणुओं में तोड़ने की एक रासायनिक प्रक्रिया है। तेल, जैसा कि आप जानते हैं, हाइड्रोकार्बन का मिश्रण है और इसमें हल्के, मध्यम और भारी अंश होते हैं। सबसे पहले, सबसे कम आणविक भार, प्रोपेन और ईथेन पायरोलिसिस के दौरान प्राप्त होते हैं। यह प्रक्रिया विशेष ओवन में की जाती है। सबसे उन्नत निर्माण कंपनियों के लिए, यह प्रक्रिया तकनीकी रूप से भिन्न है: कुछ रेत का उपयोग गर्मी वाहक के रूप में करते हैं, अन्य क्वार्ट्ज का उपयोग करते हैं, अन्य कोक का उपयोग करते हैं; आप भट्टियों को उनकी संरचना के अनुसार विभाजित भी कर सकते हैं: ट्यूबलर और पारंपरिक हैं, जैसा कि उन्हें रिएक्टर कहा जाता है।
लेकिन पायरोलिसिस प्रक्रिया अपर्याप्त रूप से शुद्ध प्रोपेन प्राप्त करना संभव बनाती है, क्योंकि इसके अलावा, वहां बड़ी संख्या में हाइड्रोकार्बन बनते हैं, जिन्हें तब ऊर्जा-खपत तरीकों से अलग करना पड़ता है। इसलिए, बाद के जलयोजन के लिए एक शुद्ध पदार्थ प्राप्त करने के लिए, अल्केन्स के डिहाइड्रोजनीकरण का भी उपयोग किया जाता है: हमारे मामले में, प्रोपेन। पोलीमराइजेशन की तरह ही, उपरोक्त प्रक्रिया यूं ही नहीं होती है। एक संतृप्त हाइड्रोकार्बन के एक अणु से हाइड्रोजन का विभाजन उत्प्रेरक की क्रिया के तहत होता है: त्रिसंयोजक क्रोमियम ऑक्साइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड।
खैर, जलयोजन प्रक्रिया कैसे होती है, इसकी कहानी पर आगे बढ़ने से पहले, आइए अपने असंतृप्त हाइड्रोकार्बन की संरचना की ओर मुड़ें।
प्रोपलीन की संरचना की विशेषताएं
प्रोपेन स्वयं एल्केन श्रृंखला का केवल दूसरा सदस्य है (एक दोहरे बंधन वाले हाइड्रोकार्बन)। हल्केपन के मामले में, यह एथिलीन के बाद दूसरे स्थान पर है (जिससे, जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, पॉलीइथाइलीन बनाया जाता है - दुनिया में सबसे विशाल बहुलक)। अपनी सामान्य अवस्था में, प्रोपेन एल्केन परिवार, प्रोपेन से अपने "रिश्तेदार" की तरह एक गैस है।
लेकिन प्रोपेन और प्रोपेन के बीच आवश्यक अंतर यह है कि प्रोपेन की संरचना में एक दोहरा बंधन होता है, जो इसके रासायनिक गुणों को मौलिक रूप से बदल देता है। यह आपको अन्य पदार्थों को एक असंतृप्त हाइड्रोकार्बन अणु से जोड़ने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप पूरी तरह से अलग गुणों वाले यौगिक होते हैं, जो अक्सर उद्योग और रोजमर्रा की जिंदगी के लिए बहुत महत्वपूर्ण होते हैं।
अब प्रतिक्रिया सिद्धांत के बारे में बात करने का समय है, जो वास्तव में इस लेख का विषय है। अगले भाग में, आप सीखेंगे कि प्रोपलीन का जलयोजन सबसे औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्पादों में से एक का उत्पादन करता है, साथ ही यह प्रतिक्रिया कैसे होती है और इसमें क्या बारीकियां हैं।
हाइड्रेशन थ्योरी
सबसे पहले, आइए एक अधिक सामान्य प्रक्रिया की ओर मुड़ें - सॉल्वेशन - जिसमें ऊपर वर्णित प्रतिक्रिया भी शामिल है। यह एक रासायनिक परिवर्तन है, जिसमें विलेय अणुओं में विलायक के अणु शामिल होते हैं। साथ ही, वे नए अणु, या तथाकथित सॉल्वेट्स, एक विलेय के अणुओं से युक्त कण और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन से जुड़े एक विलायक का निर्माण कर सकते हैं। हम केवल रुचि रखते हैंपहले प्रकार के पदार्थ, क्योंकि प्रोपलीन के जलयोजन के दौरान, ऐसा उत्पाद मुख्य रूप से बनता है।
ऊपर वर्णित तरीके से घोलने पर विलायक के अणु विलेय से जुड़ जाते हैं, एक नया यौगिक प्राप्त होता है। कार्बनिक रसायन विज्ञान में, जलयोजन मुख्य रूप से अल्कोहल, कीटोन और एल्डिहाइड बनाता है, लेकिन कुछ अन्य मामले भी हैं, जैसे कि ग्लाइकोल का निर्माण, लेकिन हम उन पर ध्यान नहीं देंगे। वास्तव में, यह प्रक्रिया बहुत सरल है, लेकिन साथ ही काफी जटिल है।
हाइड्रेशन मैकेनिज्म
डबल बॉन्ड, जैसा कि आप जानते हैं, परमाणुओं के दो प्रकार के कनेक्शन होते हैं: पाई- और सिग्मा-बॉन्ड। हाइड्रेशन रिएक्शन के दौरान पाई-बॉन्ड हमेशा सबसे पहले टूटता है, क्योंकि यह कम मजबूत होता है (इसमें कम बाध्यकारी ऊर्जा होती है)। जब यह टूटता है, तो दो पड़ोसी कार्बन परमाणुओं पर दो रिक्त कक्ष बनते हैं, जो नए बंधन बना सकते हैं। एक पानी का अणु जो दो कणों के रूप में घोल में मौजूद होता है: एक हाइड्रॉक्साइड आयन और एक प्रोटॉन, टूटे हुए दोहरे बंधन के साथ जुड़ने में सक्षम होता है। इस मामले में, हाइड्रॉक्साइड आयन केंद्रीय कार्बन परमाणु से जुड़ा होता है, और प्रोटॉन - दूसरे, चरम पर। इस प्रकार, प्रोपलीन के जलयोजन के दौरान, प्रोपेनॉल 1, या आइसोप्रोपिल अल्कोहल मुख्य रूप से बनता है। यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण पदार्थ है, क्योंकि जब इसे ऑक्सीकृत किया जाता है, तो एसीटोन प्राप्त किया जा सकता है, जिसका व्यापक रूप से हमारी दुनिया में उपयोग किया जाता है। हमने कहा कि यह मुख्य रूप से बनता है, लेकिन यह पूरी तरह सच नहीं है। मुझे यह कहना होगा: प्रोपलीन के जलयोजन के दौरान बनने वाला एकमात्र उत्पाद, और यह आइसोप्रोपिल अल्कोहल है।
यह, ज़ाहिर है, सभी सूक्ष्मताएं हैं। वास्तव में, सब कुछ बहुत आसान वर्णित किया जा सकता है। और अब हम यह पता लगाएंगे कि स्कूल के पाठ्यक्रम में प्रोपलीन हाइड्रेशन जैसी प्रक्रिया कैसे दर्ज की जाती है।
प्रतिक्रिया: यह कैसे होता है
रसायन शास्त्र में, सब कुछ आमतौर पर सरल रूप से दर्शाया जाता है: प्रतिक्रिया समीकरणों की मदद से। तो चर्चा के तहत पदार्थ के रासायनिक परिवर्तन को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है। प्रोपलीन का जलयोजन, जिसका प्रतिक्रिया समीकरण बहुत सरल है, दो चरणों में होता है। सबसे पहले, पाई बॉन्ड, जो डबल का हिस्सा है, टूट गया है। फिर दो कणों के रूप में एक पानी का अणु, एक हाइड्रॉक्साइड आयन और एक हाइड्रोजन धनायन, प्रोपलीन अणु के पास पहुंचता है, जिसमें वर्तमान में बांड बनाने के लिए दो खाली स्थान हैं। हाइड्रॉक्साइड आयन कम हाइड्रोजनीकृत कार्बन परमाणु के साथ एक बंधन बनाता है (अर्थात, जिससे कम हाइड्रोजन परमाणु जुड़े होते हैं), और प्रोटॉन, क्रमशः शेष चरम के साथ। इस प्रकार, एक एकल उत्पाद प्राप्त होता है: संतृप्त मोनोहाइड्रिक अल्कोहल आइसोप्रोपेनॉल।
प्रतिक्रिया कैसे रिकॉर्ड करें?
अब हम सीखेंगे कि रासायनिक भाषा में एक ऐसी प्रतिक्रिया कैसे लिखी जाती है जो प्रोपलीन के जलयोजन जैसी प्रक्रिया को दर्शाती है। हमें जो सूत्र चाहिए वह है: CH2 =CH - CH3। यह मूल पदार्थ का सूत्र है - प्रोपेन। जैसा कि आप देख सकते हैं, इसका एक दोहरा बंधन है, जिसे "=" के साथ चिह्नित किया गया है, और यह वह जगह है जहां प्रोपलीन के हाइड्रेटेड होने पर पानी जोड़ा जाएगा। प्रतिक्रिया समीकरण इस तरह लिखा जा सकता है: CH2 =CH - CH3 + H2O=सीएच 3 - सीएच(ओएच) - सीएच3। कोष्ठक में हाइड्रॉक्सिल समूह का अर्थ हैकि यह भाग सूत्र के तल में नहीं, बल्कि नीचे या ऊपर है। यहां हम मध्य कार्बन परमाणु से फैले हुए तीन समूहों के बीच के कोणों को नहीं दिखा सकते हैं, लेकिन मान लें कि वे लगभग एक दूसरे के बराबर हैं और 120 डिग्री बनाते हैं।
यह कहाँ लागू होता है?
हम पहले ही कह चुके हैं कि प्रतिक्रिया के दौरान प्राप्त पदार्थ अन्य महत्वपूर्ण पदार्थों के संश्लेषण के लिए सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। यह एसीटोन की संरचना में बहुत समान है, जिससे यह केवल इसमें भिन्न होता है कि एक हाइड्रोक्सो समूह के बजाय एक कीटो समूह होता है (अर्थात, एक ऑक्सीजन परमाणु एक नाइट्रोजन परमाणु से दोहरे बंधन से जुड़ा होता है)। जैसा कि आप जानते हैं, एसीटोन का उपयोग स्वयं सॉल्वैंट्स और वार्निश में किया जाता है, लेकिन, इसके अलावा, यह अधिक जटिल पदार्थों के आगे संश्लेषण के लिए एक अभिकर्मक के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे कि पॉलीयुरेथेन, एपॉक्सी रेजिन, एसिटिक एनहाइड्राइड, और इसी तरह।
एसीटोन उत्पादन प्रतिक्रिया
हमें लगता है कि आइसोप्रोपिल अल्कोहल के एसीटोन में परिवर्तन का वर्णन करना उपयोगी होगा, खासकर जब से यह प्रतिक्रिया इतनी जटिल नहीं है। शुरू करने के लिए, प्रोपेनॉल को एक विशेष उत्प्रेरक पर 400-600 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीजन के साथ वाष्पित और ऑक्सीकृत किया जाता है। चांदी की जाली पर अभिक्रिया करने से बहुत शुद्ध उत्पाद प्राप्त होता है।
प्रतिक्रिया समीकरण
हम एसीटोन में प्रोपेनॉल के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया के तंत्र के विवरण में नहीं जाएंगे, क्योंकि यह बहुत जटिल है। हम खुद को सामान्य रासायनिक परिवर्तन समीकरण तक सीमित रखते हैं: CH3 - CH(OH) - CH3 + O2=सीएच3 - सी(ओ) - सीएच3 +एच2ओ. जैसा कि आप देख सकते हैं, आरेख पर सब कुछ काफी सरल है, लेकिन यह प्रक्रिया में तल्लीन करने लायक है, और हम कई कठिनाइयों का सामना करेंगे।
निष्कर्ष
इसलिए हमने प्रोपलीन जलयोजन की प्रक्रिया का विश्लेषण किया और प्रतिक्रिया समीकरण और इसकी घटना के तंत्र का अध्ययन किया। माना गया तकनीकी सिद्धांत उत्पादन में होने वाली वास्तविक प्रक्रियाओं को रेखांकित करता है। जैसा कि यह निकला, वे बहुत कठिन नहीं हैं, लेकिन हमारे दैनिक जीवन के लिए उनके वास्तविक लाभ हैं।
