ENDÜSTRİDE VEimg.eba.gov.tr/365/188/cf8/99d/1c4/984/fa3/b65/385/5c3...benzen, toluen, ksilen,...

ENDÜSTRİDE VE

CANLILARDA

ENERJİ

HAZIRLAYAN

FEHMİ GÜR

Bu Ünite Neden Önemli? Bu Ünite;

Yeryüzündeki başlıca enerji kaynaklarının

fosil yakıtlar olduğunu,

Fosil yakıtların bitebileceğini,

Yenilenebiliri temiz enerji kaynakları da

olduğunu,

Kimyasal maddelerin büyük çoğunluğunun

petrol ürünlerinden elde dildiğini anlamak

bakımından önemlidir.

Fosil yakıtlar

Kömür oluşumu

Kömürler ve çevre

Petrol oluşumu rafinasyonu, bileşenleri

Hidrokarbonlar

Alkanlar

Alkenler

Alkinler

Aromatik bileşenler

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ GİRİŞ

Hayatın en göze çarpan boyutu harekettir. Canlıyı cansızdan ayıran başlıca nitelik

hareket edebilme yetisidir. Aslında hareket sadece canlılara özgü bir özellik de sayılmaz.

Gök cisimleri, moleküller, atomlar, nükleonlar ve elektronlar için hareket, tıpkı kütle

gibi, var oluşsal bir özelliktir. Enerji diğer etkileri yanında hareketi sağlayan itici güçtür.

Çok çeşitli formlarda karşımıza çıkar.

Başlıca enerji formları;

Kinetik enerji (Hareket enerjisi)

Isı enerjisi

Elektrik enerjisi

Potansiyel enerji (Durum enerjisi)

Nükleer enerji (Çekirdek enerjisi)

Işıma enerjisi (Radyasyon enerjisi)

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ

Bu enerji formları, sürekli olarak birbirine dönüşür. Örneğin; güneşten gelen

ışıma enerjisi, yeşil bitkilerce, bir tür potansiyel enerji olan kimyasal enerjiye

dönüştürülür.

Besinlerimizde depolanmış enerji, bu enerjidir. Besinler, canlı bünyesinde

solunum süreciyle yakılır; bu sırada kimyasal enerji ısı ve hareket enerjilerine

dönüşür.

Hareket enerjisi kolayca elektriğe, elektrik de kolayca ışığa, ısıya ve harekete

dönüşebilir. Evrenin işleyişi, bir bakıma birbirini izleyen bu dönüşümlerin

tekrarı anlamına gelir.


Canlıların kullandığı kimyasal enerji kaynaklarına besin denir.

Endüstride kullanılan kimyasal enerji kaynaklarına da yakıt denir.

Yakıtlarımız çok çeşitlidir ve bunların büyük çoğunluğu, jeolojik zamanlar

boyunca, yüz milyonlarca yılda meydana gelmiştir.

Başlıca yakıtlarımız; fosil yakıtlar ve nükleer yakıtları dır.

Nükleer yakıtlar, parçalanarak enerji verme potansiyeli taşıyan uranyum,

plütonyum ve toryum gibi radyoaktif maddelerdir.

Fosil ve nükleer yakıtlar dünya enerji ihtiyacının büyük bir kısmını

karşılar (Şekil :1).


Şekil 1 : 2011 yılında dünyada, 2012 yılında Türkiye’de başlıca enerji kaynaklarının toplam

tüketimi içindeki payı


Fosil yakıtlar, yer altındaki ölü organizmaların anaerobik şartlarda doğal süreçlerle

bozunmalarından oluşan yakıtlardır. Bu yakıtlar jeolojik zamanlarda oluşmuştur ve

yaşları 650 milyon yıla ulaşabilir.

Fosil yakıtların başlıcaları;

Yüksek oranda karbon içeren antrasit ve taş kömürü,

Daha düşük karbonlu linyitler,

Kömürleşme sureci tamamlanmamış turbalar,

Bir hidrokarbonlar karışımı olan ham petrol ve asfaltitler,

Kaya gazı üretiminde kullanılabilen, “kaya içine dağılmış ham petrol” diye

tanımlayabileceğimiz bitümlü şistler,

Metan, etan, propan gibi uçucu hidrokarbonlar karışımı olan doğal gaz.

Fosil yakıtlar, yenilenemeyen enerji kaynağı olarak kabul edilirler. Oluşmaları çok

yavaşken, tüketimleri ise çok hızlıdır.


KÖMÜR

Kömür, tortul yer katmanları arasında bulunan, siyah veya

kahverengi-siyah renkli, yanabilir özellikte bir kayaçtır.

Yer altında, kömür yatakları veya kömür damarları adı

verilen katmanlar halinde bulunur (Şekil : 2).

Antrasit gibi sert kömürler, jeolojik zamanlar boyunca

yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldıklarından

metamorfik kaya olarak kabul edilebilir (Şekil : 3).

Kömür esas olarak karbon ve kül bileşenlerinden oluşur.

Karbon bileşeni, saf karbon şeklinde olabileceği gibi H,

N, S, O elementlerinden bir veya birkaçını içeren

karmaşık C bileşikleri halinde de olabilir.

Şekil 2: Bir kömür damarı

Şekil 3: Antrasit kömürleşme

sureci en uzun süren kömürdür.


KÖMÜR

Kömür acık havada yakılınca karbon ve karbonlu bileşikler (organik kısım) uçucu ürünlere dönüşür

ve enerji açığa çıkar.

Yanmadan geride kalan anorganik maddeler karışımına kül denir.

Kömürün kül oranı ne kadar düşükse, karbon ve karbon bileşikleri ne kadar yüksekse kömür o

kadar kalitelidir.

Tarih boyunca kömür yararlı bir enerji kaynağı ve ham madde olmuştur. Enerji kaynağı olarak

kullanımı, hava ile yanma tepkimesine dayanır.

Kömürün yanan kısmının karbon olduğunu varsayarsak, yanma tepkimesi aşağıdaki gibi gösterilir:

C(k) + O2 (g) → CO2 (g) + enerji

Kömür, yakıt olarak en çok elektrik üretimi için kullanılır. Yanma sonucunda oluşan CO2 ve kül,

çevre kirliliği acısından ciddi bir endişe kaynağıdır.

Ayrıca kömürdeki azotlu ve kükürtlü bileşenler ile hava azotundan oluşan SO2 ve NOx gazları,

hava kirletici gazların başında gelir.


KÖMÜR

Ham madde olarak kömür genel olarak

havasız ortamda tepkimeye sokulur.

Örneğin; taş kömürü (Şekil : 4), havasız

ortamda dıştan ısıtılırsa, uçucu kömür

bileşenlerinin hepsi buharlaşıp ayrılır.

Geriye saf karbon ve külden oluşan

gözenekli bir katı kalır. Bu katıya kok

denir (Şekil : 5).

Kok, metal oksitlerden metal üretimi gibi

endüstriyel amaçlar için ham madde olarak

kullanılır.

Şekil 4:Taş kömürünün yüzeyi linyite

göre daha parlaktır.

Şekil 5: Kok kömürü taş kömüründen

elde edilir.


KÖMÜR

Kok üretilirken ele gecen uçucu kısım, kok gazı adı verilen yakıt yanında,

benzen, toluen, ksilen, anilin, naftalin, fenol, amonyak gibi birçok yararlı

endüstri ara maddeleri de içerir.

Bu yüzden kömür, İkinci Dünya Savaşı öncesi donemde organik kimya

endüstrisinin başlıca ham maddesi olmuştur.

Kok gazının kok hane gazı) başlıca bileşenleri CO, H2, CH4, CO2 ve N2

gazlarıdır.

Bu gazların ilk ucu yanıcı olduğu için kok gazı, yakıt olarak değerlendirilir.


KÖMÜR ÜRETİMİ

Kömür, yer altında galeriler açılarak

yer altı işletmeciliği ile veya yer

üstünde acık işletmecilik ile elde

edilir.

Ülkemizde, Zonguldak’taki taş

kömürü ve Amasya Çeltek'teki linyit

üretimi yer altı işletmeciliği ile

yapılmaktadır (Şekil : 6).

Afşin- Elbistan, Seyit Ömer ve Soma

yörelerimizde acık işletmecilik de

uygulanmaktadır (Şekil : 7) . Şekil 7: Açık kömür işletmeciliği

Şekil 6: Yeraltı kömür işletmeciliği


KÖMÜRLEŞME OLAYI

Bir fosil yakıt olan kömür, çok uzun sürelerde gerçekleşen biyolojik, kimyasal ve jeolojik

süreçler sonunda oluşur. Ölü bitkilerin kalıntıları, tortul katmanlar altında beklerken önce turba

kömürü, sonra sırasıyla linyit, alt bitümlü kömür, bitümlü kömür (taş kömürü) ve son olarak

da antrasit meydana gelir (Şekil :8). Jeolojik olarak kömürlerin yaşları yaklaşık 400 milyon yıl

ile 15 milyon yıl arasında değişir.

Şekil 8: Kömür oluşum süreci


KÖMÜRLEŞME OLAYI

Fosil yakıtların oluşumuna ilişkin ilk teoriler 16. yüzyılda

önerilmiştir.

Bu teorilerden bazılarına göre, antrasit ve taş kömürü gibi

karbonca zengin türlerin oluştuğu jeolojik çağlar çok

eskidir (360 milyon yıl öncesinden başlar).

Linyitlerin (Şekil : 9) ve turbaların kömürleşme süreçleri

daha yenidir (en eskisi 250 milyon yıl).

Bu jeolojik devirlerde, çoğunlukla bitkisel maddeler

uygun bataklık ortamlarında birikip çökelmiş ve jeolojik

hareketlerle yer altına gömülmüşlerdir.

Yerin altında, ortamın basınç ve sıcaklık şartlarından

etkilenmeleri sonucu organik maddenin bünyesinde

fiziksel ve kimyasal değişimler meydana gelmiştir.

Şekil 9: Linyit, taş kömürüne

göre daha mat renklidir


KÖMÜRLEŞME OLAYI

Turba olarak adlandırılan ve kömürleşmenin ilk evresi olan oluşumlar, sıcaklık ve

basınç şartlarının etkisiyle, sonunda taş kömürüne dönüşür. Bu süreçte önce su ve su

buharı ayrılır. Sonra sırasıyla karbon dioksit (CO2) ve oksijen (O2) çıkışı olur. Antrasit

oluşuyorsa hidrojen (H2) gazı da uzaklaşır.

Özet olarak, her kömürün oluşumu bir turba evresinden geçer. Volkanik faaliyetler,

fay hareketleri ve diğer etkilerle yerin sıcaklığı arttıkça turba, linyit, alt bitümlü

kömür, bitümlü kömür (taş kömürü), antrasit ve en sonunda şartlar uygun olursa

grafite dönüşür. Bu ilerleyen olgunlaşma surecine kömürleşme denir.

Kömür içinde kil, silis, kum ve değişik oranlarda başka mineraller de bulunur.

Kömürlerin içerisinde bulunan anorganik maddeler kömür yandığında kulu oluşturur.


KÖMÜRÜN KALİTESİ

Kömürün kalitesi, kömürleşme derecesi, yani yaşı ile değişir. Yaşları hesaba katıldığında, linyitten

antrasite doğru gidildikçe kalite yükselir. Bir kömürün kalitesi denince iki temel özellik akla gelir:

Kömürün ısıl değeri, yani birim kütlede (1 kg) kömür yakılınca açığa çıkan ısı miktarı: Isıl

değeri yükseldikçe kömürün kalitesi yükselir.

Kömürdeki karbon, kül, kükürt ve azot oranları: Karbon oranı arttıkça kalite artar; kül, kükürt

ve azot oranları arttıkça kalite düşer.

Meraklısına…

Isıl Değer

Isıl değer, bir yakıtın birim kütlesinin tam olarak yakılması sonucu açığa çıkan ısı miktarıdır.

Yanma ısısı da denir. Katı yakıtların ısıl değeri yaygın olarak kcal/kg cinsinden verilir.

Uluslararası birim sistemi (SI) kcal/kg yerine kj/kg birimini kabul etmiştir.

Dönüşüm için, 1 kcal/kg = 4,18 kj/kg ilişkisi kullanılır.


KÖMÜRLERİN ELEMENT DEĞERLERİ VE YÜZDELERİ*

Malzeme Karbon (Kütlece %)

Kül (Kütlece %)

Kükürt (Kütlece %)

Azot (Kütlece %)

Isıl Değeri (Kuru ve

külsüz kcal/kg)

Ağaç

(selüloz) 44 … … … 5183

Turba < 6 > 2 0,1 0,2 < 3500

Linyit** 25 – 35 > 20 1 – 5 1 – 5 3500 - 4610

Alt bitümlü

kömürler 35 – 49 6 - 19 1 – 2 1 – 2 4610 - 5700

Bitümlü

kömürler 45 – 85 6 – 12 < 1 < 1 5700 - 7700

Antrasit > 85 2 < 0,5 < 0,5 7700

*Element yüzdeleri kurutulmuş kömüre göre; ısıl değerler, 1 kg külsüz kömür esas alınarak hesaplanmıştır.

** Turbaların %90’a yakın kısmı sudur. Burada verilen rakamlar ıslak turba üzerinden yaklaşık değerlerdir.


KÖMÜRLER VE ÇEVRE

Kömür başlıca enerji üretimi için ve endüstriyel ham madde olarak kullanılır. Enerji

üretimi, her tur kömürden sağlanabilir. Endüstride ham madde olarak kullanılan

kömürler ise bitümlü kömür (taş kömürü) ve antrasit gibi yüksek karbonlu, düşük

kul oranlı türlerdir. Taşkömürü ve antrasit, endüstriyel önemleri nedeniyle ısı

üretiminde olabildiğince az kullanılmaktadır. Ülkemiz taş kömürü bakımından

zengin sayılamayacağı için böyle bir secim daha da zorunlu hale gelir.

Enerji üretiminde kül, azot ve kükürt oranları yüksek linyitlerin tercih edilmesi, bir

yandan akılcı kaynak kullanımı anlamına gelirken diğer yandan da çeşitli çevre

sorunlarını gündeme getirir.


KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK

ÜSTÜNLÜKLERİ

Kömür, petrol ve doğal gaza oranla miktarı

çok daha fazla olan enerji kaynaklarından

biridir.

Petrol bugünkü hızıyla tüketilirse, bilinen

kaynakların 60 yılda tükeneceği

öngörülmektedir.

Kömürün ise daha 500 yıl kadar yeteceği

hesaplanmıştır.

Kömür, diğer fosil yakıtlara göre daha

ucuzdur.

Kömür güvenli bir şekilde saklanabilir ve

gerektiğinde enerji üretmek için

kullanılabilir.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK SAKINCALARI

Kömürün havada ana yanma tepkimesi,

C + O2 → CO2 + Enerji şeklindedir.

Açığa çıkan enerji, 1 mol (12 g) karbon başına 393,5 kJ’dur (94,1 kcal). Bu enerji,

elektrik üretimi, ısınma gibi çeşitli maksatlarla kullanılır. Yanma sırasında oluşan CO2

atmosfere salınır. Kömür tüketimi, havadaki CO2 oranının artması demektir.

Atmosferdeki CO2 oranının artması küresel ısınmanın başlıca sebeplerinden biridir.

Kömür havada yanarken bünyesinde bulunan kükürt SO2, azot ise NOx haline

dönüşür.

S + O → SO2

N2 + xO2 → NOX

Oluşan bu oksitler havaya karışarak atmosferi; ayrıca yağmurlarla yeryüzüne inerek

toprağı ve suyu kirletir.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ KÖMÜRÜN YAKIT OLARAK SAKINCALARI

Kömür yanarken kül ve diğer kirletici maddeler (is, katran vb) oluşarak

çevreye ciddi zarar verir.

Doğal gaz yanarken oluşan CO2 , aynı miktar ısı üretmek için kömürden

oluşan CO2 miktarının yarısı kadardır. Üstelik doğal gaz yakılırken SO2

oluşmaz. Bu yüzden doğal gaz çevre dostu yakıt olarak kömürden üstündür.

Kömür, kükürt ve diğer zararlı bileşenlerinden temizlenebilir veya petrol

benzeri sıvı yakıtlara dönüştürülebilir. Ancak ilgili teknolojiler henüz yeteri

kadar geliştirilebilmiş ve maliyetler makul düzeylere çekilebilmiş değildir.

Kömür madenciliği ve kömür işletme teknolojileri yeryüzünün doğal

görünüşünü bozabilir ve çevre kirliliğine yol açabilir.


PETROL

Ham petrol, Mezopotamya’da, İran’da, Azerbaycan’da ve Romanya’da çok

eskiden beri kullanılan, sıvı yağ kıvamında, rengi sarı yeşilden siyaha kadar

değişebilen yanıcı bir sıvıdır.

Eski Babil şehrinin duvarlarında nem tutucu olarak petrol ziftinin

kullanıldığı bilinmektedir.

Bizanslılar da ham petrolü, Bizans Ateşi (grejuva ateşi) adı verilen ve

mancınık ile atılan yanar gülleleri yapmak için kullanmıştır.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROLÜN OLUŞUMU

Bir fosil yakıt olarak ham petrol, yer altındaki jeolojik katmanlarda oluşur. Jeolojik devirlerde

denizlerde yaşayan zooplankton ve alg grubundan ölü organizmalar deniz dibinde çökeltiler

altında kalmış; zamanla uğradıkları yüksek basınç ve yüksek sıcaklık şartlarında bozunup ham

petrole dönüşmüşlerdir (Şekil :10)

Şekil 10: Petrolün oluşum süreci

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROLÜN OLUŞUMU

Milyonlarca yıl boyunca devam eden bozunma süreçleriyle organik maddeler değişime uğrar.

Önce mum benzeri maddeler sonra daha yüksek sıcaklık ile sıvı ve gaz hidrokarbonlar oluşur.

Petrol oluşumu, yüksek sıcaklık ve / veya basınçta büyük moleküllü hidrokarbonların küçük

moleküllere dönüşmesiyle gerçekleşir.

Şekil 11: Petrolün yer altından çıkarılması

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROLÜN RAFİNASYONU

Yer altından çıkarılan petrolün kimyasal bileşimi

karmaşıktır. Yapısında tek karbonlu basit metan (CH4)

gazından 40 karbonlu moleküllere kadar binlerce ayrı

madde bulunur.

Bu maddelerin kaynama noktaları, moleküldeki C sayısı

arttıkça artma eğilimi gösterir. Bu yüzden, ham

petroldeki bileşenler, kaynama noktası aralıklarına denk

gelecek şekilde, ayrımsal damıtma ile ayrılır.

Ham petroldeki yüksek karbonlu (ağır) bileşenler çok işe

yaramadığı için, ayırma işlemi sırasında, büyük

molekülleri küçük moleküllere dönüştürme (kraking)

işlemi de uygulanır. Bu kimyasal dönüşüm ve damıtma

işlemlerine topluca ham petrolün rafinasyonu adı verilir.

Şekil 11: Ham petrolün ayrımsal

damıtma işlemi için kullanılan kule

Petrol rafinasyonu için ayrımsal

damıtma kuleleri kullanılır. Bir ön

ısıtma işleminden sonra kuleye alttan

beslenen ham petrol, kule içinde

yükselirken, kaynama noktalarına

göre bileşenler birbirinden ayrılır

(Şekil : 11)

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROL ÜRÜNLERİ

Ham petrolden rafinasyonla elde edilen çeşitli ürünlerin farklı amaçlarla kullanılır.

Orneğin;

LPG, otomobillerde ve mutfaklarda

Benzin, içten yanmalı motorlarda;

Mazot, dizel motorlarda yakıt olarak kullanılır.

Fuel-oil , elektrik ve ısı enerjisi üretmede ve bazı gemilerin yakıtı fuel-oildir.

Her petrol ürününün enerji kaynağı olarak yakıldığı düşünülmemelidir.

Örneğin;

Petrol eteri ve nafta, çözücü ve petrokimya ham maddesi olarak kullanılır.

Mineral yağ, yağlama amacıyla kullanılır. Motor yağları ve dişli yağları (gres) mineral yağ

örnekleridir.

Parafin, kandillerde kullanılan mumlar ve eczacılıkta kullanılan vazelinler parafinlere

örnek olarak verilebilir.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROL ÜRÜNLERİ

KAYNAMA NOKTALARININ ARTIŞINA GÖRE RAFİNERİLERDE ÜRETİLEN

YAKITLAR

Bileşen Kaynama Sıcaklık Aralığı, 0C

Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) (-42) - 1

Benzin (-1) - 110

Jet yakıtı 150 - 205

Gaz yağı 205 - 260

Dizel (Mazot) 260 - 315

Fuel- Oil (Fuel-oil adı altında kaynama sıcaklık aralıkları farklı

olan 6 ayrı ürün mevcuttur.)

300 - 400

Zift, mum, yağlama yağları ve diğer ağır (az uçucu) yağlar ayrımsal damıtma kulesinin tabanından

alınır. Bunların dışında rafinerilerde, kimyasal süreçlerle plastikler ve diğer malzemelerin elde

edildiği ara ürünler de üretilir. Ham petrolde %6’ya varan oranlarda kükürt içeren bileşikler

bulunduğundan, petrolden elementel kükürt ve kükürtten sülfürik asit elde edilir. Ayrıca petrolden

sentez için hidrojen gazı ve katı yakıt olarak petrol koku da üretilmektedir.


PETROLÜN YANMASI

Petrol veya petrol ürünleri hava oksijeni ile ekzotermik olarak yanar ve enerji elde edilir.

Yanma tepkimelerinde enerji, ısı olarak açığa çıkar. Denklemlerde ısı, Q ile gösterilir.

Oksijen yeterli ise (tam yanma olur) yanma ürünleri karbon dioksit ve su buharıdır.

Örneğin; benzinde yaygın olarak bulunan oktanın (C8H18) oksijenle ekzotermik

tepkimesi şöyledir:

2C8H18 (s) + 25O2(g) → 16CO2 (g) + 18H2O (g) + Q

(Q = 5116 kJ /mol (1223 kcal /mol)

Petroldeki bütün hidrokarbonlar, oktan gibi, acık havada yanma reaksiyonları verir.

Petrolün yakıt olarak önemi, bu yanma reaksiyonlarında açığa çıkan ısı ile ilgilidir.


PETROLÜN YANMASI

Petrol yanarken oksijen yetersiz ise (kısmi yanma) CO2 ve H2O buharı yanında CO gibi

zehirli yan ürünler de açığa çıkar. Ayrıca yanma ortamında basınç ve sıcaklık yüksekse

hava azotu oksitlenerek zehirli NOx gazları meydana gelir.

2C8H18 (s) + 25O2 (g) + 2N2 (g) →12CO2 (g) + 4CO(g) + 4NO(g) + 18H2O(g) + Q

Motorlu araçlarda yanma ortamı bu zehirli gazların oluşumuna uygundur. Bu yüzden

egzoz gazları karbon monoksit ve azot oksitleri (NOx) içerir. Petrolde bulunan kükürtlü

bileşikler yandığında kükürt dioksit (SO2) oluşur.

S(s, g) + O2 (g) → SO2 (g) + Q

Motorlu araçların yanma odalarında oluşan ve egzoz gazına karışan SO2, atmosferde su

buharı ile etkileşerek sülfüroz aside (H2SO3), önce oksijen sonra su buharıyla etkileşerek

de sülfürik aside (H2SO4) dönüşür. Asit yağmurlarının başlıca sebebi budur.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ PETROLÜN BİLEŞENLERİ

Ham petrolde bulunan bileşenlerin pek çoğu sadece karbon ve hidrojenden oluşmuştur.

Boyle bileşiklere genel olarak hidrokarbon denir. Petrolde bulunan hidrokarbonlar;

Düz zincirli ve dallanmış alkanlar,

Sikloalkanlar, (naftenler),

Çeşitli aromatik halkalı bileşikler,

Asfaltenler olabilir.

PETROLDEKİ HİDROKARBONLARIN YÜZDE BİLEŞİMLERİ

Hidrokarbon Ortalama (%) Değişim Aralığı (%)

Alkanlar 30 15 – 60

Siklo alkanlar (Naftenler) 49 30 – 60

Aromatikler 15 3 – 30

Asfaltenler 6 Kalan

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ HİDROKARBONLAR

Hidrokarbonlar, karbon ve hidrojenden oluşmuş bileşiklerdir. Yapılarındaki karbon atomları arasında

sadece tek bağlar varsa alkan; çift bağlar varsa alken; üçlü bağlar varsa alkin adını alırlar. Halkalı

yapıda olup dönüşümlü (konjüge) çift bağlar içeren hidrokarbonlara da aromatik bileşikler denir.

Atom numarası 6 olan ve periyodik cetvelin 2. Periyodu ve IVA Grubunda bulunan karbon atomunun 2.

tabakasında 4 tane elektron bulunur (Şekil : 12a). Dış katmandaki elektron sayısını 8’e tamamlamak, yani oktetini

tamamlamak için C atomunun 4 elektrona daha ihtiyacı vardır. C atomu ihtiyacı olan bu 4 elektronu, H (Şekil :

12b) veya diğer C atomlarıyla elektron ortaklaşarak sağlar. Her ortaklaşılmış elektron çifti bir kovalent bağ

demektir. O halde her C atomu dört kovalent bağ yapar (Şekil : 12c).

Şekil 12: Karbon ve hidrojen atomlarından metan molekülünün oluşumu

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ ALKANLAR

Metan (CH4) ve etan (C2H6), alkan sınıfından bileşiklerdir. Alkanlarda, her bir C

atomu, H ve / veya C atomları ile dört tane tekli kovalent bağ yapar. Parafinler olarak

da adlandırılan alkanlar, sadece tek bağ içerdikleri için doymuş hidrokarbonlardır.

Aşağıda bazı alkan örnekleri verilmiştir (Şekil : 13).

Şekil 13: Basit Alkanlar


Alkanların genel kapalı formülleri CnH2n+2 şeklinde gösterilebilir. İlk dört alkanın adları

özeldir. Beş ve daha çok karbonlu alkanlar adlandırılırken, karbon sayısının Latince

adlarından yararlanılır.

Aşağıdaki Tablo tabloyu inceleyiniz

ALKANLARDA ADLANDIRMA

Alkan

Formülü

Latince

Sayısı

Alkan

Adı

C5H12 penta pentan

C6H14 hekza hekzan

C7H16 hepta heptan

C8H18 okta oktan

C9H20 nona nonan

C10H22 deka dekan

Dört ve daha az sayıda karbon atomu içeren

küçük moleküllü alkanlar oda sıcaklığında gaz

halindedirler. Bu dört gaza petrol gazları da

denir.

Propan ve bütan atmosferik basınçtan biraz

daha yüksek basınç altında kolaylıkla sıvılaşabilir.

Sıvılaştırılmış petrol gazının (LPG) ana bileşenleri

bu iki bileşiktir.

Genel olarak 5 - 16 karbonlu alkanlar sıvı, daha

yüksek karbonlular katıdır.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ SİKLOALKANLAR

Sikloalkanlar veya naftenler, bir veya daha fazla karbon halkalı, doymuş

hidrokarbonlardır. Siklohekzan (C6H12) molekülünde 6 C atomu birbirlerine tek

kovalent bağlarla bağlanarak altılı halka oluşturmuştur.

Siklohekzanın açık formülü Siklohekzanın iskelet formülü

Naftenlerde halka sayısı birden çok olabilir. Tek halkalı naftenlerin kapalı formülleri

CnH2n’dir. Halka sayısı kaç tane olursa olsun Sikloalkanlar alkanlarla benzer

özelliklere sahiptir.

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ ALKENLER

Hidrokarbon moleküllerinde iki C atomu arasında cifte bağ bulunursa, olefinler olarak

da bilinen alkenler oluşur.

Alkenler, yapılarındaki C atomları, bağlayabilecekleri hidrojen sayısından daha az hidrojen

atomları içerdiklerinden doymamış hidrokarbonlardandır.

Alkenlerin genel formülleri CnH2n’dir. Eten (C2H4) en basit alkendir; etilen olarak da adlandırılır.

Diğer alkenler alkanlara benzer şekilde adlandırılır. Aradaki tek fark, alkan adının sonundaki

“-an” son eki yerine “-en” ekinin geçmesidir.


ALKENLERDE ADLANDIRMA

Alkan Formülü Latince Sayısı Alkan Adı

C3H6 ….. propen

C4H8 ….. büten

C5H10 penta penten

C6H12 hekza hekzen

C7H14 hepta hepten

C8H16 okta okten

C9H18

nona nonen

C10H20

deka deken

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ ALKİNLER

Bir diğer doymamış hidrokarbon türünde iki C atomu arasında bir üçlü bağ vardır. Bu

tip hidrokarbonlara alkinler adı verilir.

Genel formülleri CnH2n-2’dir. En kucuk alkin olan asetilen (C2H2)’den dolayı bu grup

hidrokarbonlara asetilenler de denir. Ham petrolde alken ve alkin grubu bileşikler

bulunmaz.

Etin (C2H2) en basit alkindir; asetilen olarak da adlandırılır. Diğer alkinler alkenlere

benzer şekilde adlandırılır. Aradaki tek fark, alken adının sonundaki “–en” son eki

yerine “-in” ekinin geçmesidir.


ALKİNLERDE ADLANDIRMA

Alkan Formülü Latince Sayısı Alkan Adı

C3H4 ….. propin

C4H6 ….. bütin

C5H8 penta pentin

C6H10 hekza hekzin

C7H12 hepta heptin

C8H14 oklta oktin

C9H16 nona nonin

C10H18

deka dekin

ENDÜSTRİDE VE CANLILARDA ENERJİ AROMATİK HİDROKARBONLAR

Aromatik hidrokarbonlar veya arenler, halkalı yapılıdır. Genellikle

halkaları altı atomludur (Şekil : 14). En basit aren olan benzenin

acık formülünü yazmak zaman alıcı olduğundan coğu zaman

iskelet formulu kullanılır.

Benzen molekülündeki ikili bağların yerleri sabit değildir. Yani

halkadaki elektronlar molekül içinde gezicidir. Sonuçta, mezomer

formlar dediğimiz farklı gösterimler kullanılır. Bu yüzden benzen

molekülünde üç tane ikili bağa ait altı elektronu bir çemberle

gösterme geleneği yaygınlaşmıştır.

Şekil 14: En basit aromatik

bileşik olan benzen altı

atomlu düzlemsel halkadan

oluşur


Benzen mukemmel altıgen simetrisi ile apolar bir molekuldur. Su ile karışmayan tipik bir

organik sıvı örneğidir.

Benzen halkasındaki bir H atomu yerine bir metil grubu (CH3) geçerse bir başka aromatik

bileşik olan toluen (C6H5CH3) oluşur. Toluen benzen gibi çözücülük özelliği iyi olan bir sıvıdır.

Benzen kanserojen olduğu halde toluenin kanserojen özelliği çok daha azdır.

Aromatik bileşikler çift bağ bulundurdukları halde alkenler ve alkinler gibi kolayca hidrojen

bağlamazlar. Başka bir deyişle, aromatik bileşikler alkenlere ve alkinlere göre daha kararlı

bileşiklerdir.


Aromatik hidrokarbonlar benzendeki gibi tek halkalı, naftalindeki gibi iki halkalı ve

antrasendeki gibi üç halkalı olabilir. Halka sayısı daha çok olan aromatik bileşikler de vardır.

Kömürdeki ve ham petroldeki asfaltenler bu türdendir.

Bütün aromatik bileşikler, karbon bakımından çok zengin oldukları için isli bir alevle yanar.

Aromatik bileşiklerin bir diğer genel özelliği keskin kokulu olmalarıdır. Aromatik kelimesi

buradan gelir (aromatik=kokulu). Çok halkalı aromatik bileşikler de benzen gibi kanserojen

özellik taşır.


AZOT VE OKSİJEN BİLEŞİKLERİ

Atom numaraları 7 ve 8 olan azot ve oksijen

atomlarının son katmanlarında sırasıyla 5 ve 6 tane

elektron bulunduğundan (Şekil : 15), oktet kuralı

gereği azot atomu 3, oksijen atomu da 2 kovalent bağ

oluşturur. Aşağıdaki örnekleri inceleyiniz.

Şekil 15: Azot (a) ve

oksijen (b) atomlarının

elektron dizilimi


AZOT VE OKSİJEN BİLEŞİKLERİ

Benzendeki H atomlarından biri yerine –OH grubu geçerse fenol (C6H5OH), -NH2 grubu

geçerse anilin (C6H5NH2) türer.

Halkadaki bir H yerine –OH veya –NH2 grubunun geçmesi, benzene göre çok farklı özellikler

ortaya çıkarır. Orneğin; benzen asit/baz özelliği göstermezken, fenol zayıf asit, anilin ise zayıf

baz karakterlidir. Bu bileşiklerde oksijenin ve azotun sırasıyla iki ve üç kovalent bağ yaptığına

dikkat ediniz.

Benzen halkasındaki bir C atomunun azot atomu ile yer değiştirmesi sonucu piridin (C5H5N)

molekülü ele geçer. Piridin, benzen gibi aromatik bir bileşiktir ve zayıf baz karakterlidir.

Kaynak: Komisyon (2015), Ortaöğretim Kimya 10. Sınıf , Ankara: MEB yayınları

ENDÜSTRİDE VEimg.eba.gov.tr/365/188/cf8/99d/1c4/984/fa3/b65/385/5c3...benzen, toluen, ksilen,...

Documents

Transcript of ENDÜSTRİDE VEimg.eba.gov.tr/365/188/cf8/99d/1c4/984/fa3/b65/385/5c3...benzen, toluen, ksilen,...