Как получить карбоновую воду

Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп COOH.

Имеют разнообразное промышленное применение и большое биологическое значение. Общая формула одноосновных карбоновых кислот C_nH_2nO₂ .

Классификация карбоновых кислот

По количеству карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяются на:

• Одноосновные — 1 карбоксильная группа
• Двухосновные — 2 карбоксильных группы
• Трехосновные — 3 карбоксильных группы

Высшие карбоновые кислоты называют жирными кислотами. Более подробно мы изучим их теме, посвященной жирам, в состав которых они входят.

Номенклатура и изомерия карбоновых кислот

Названия карбоновых кислот формируются путем добавления суффикса «овая» к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода и слова кислота: метановая кислота, этановая кислота, пропановая кислота, и т.д.

Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия. Наиболее известные:

• Метановая — HCOOH — муравьиная кислота
• Этановая — CH₃-COOH — уксусная кислота
• Пропановая — C₂H₅-COOH — пропионовая кислота
• Бутановая — C₃H₇-COOH — масляная кислота
• Пентановая — C₄H₉-COOH — валериановая кислота

Для предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия со сложными эфирами.

Получение карбоновых кислот

При повышенной температуре и в присутствии катализатора становится возможным неполное окисление алканов, в результате которого образуются кислоты.

При реакции спиртов с сильными окислителями, такими как подкисленный раствор перманганата калия, спирты окисляются до соответствующих кислот.

При окислении альдегиды образуют соответствующие карбоновые кислоты. Окисление можно проводить качественной реакцией на альдегиды — реакцией серебряного зеркала.

Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли.

Окисление альдегидов также может быть успешно осуществлено другим реагентом — свежеосажденным гидроксидом меди II. В результате такой реакции образуется осадок кирпично-красного цвета оксида меди I.

Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции твердого гидроксида щелочного металла с угарным газом под давлением и температуре 200°С — образуется формиат (соль муравьиной кислоты).

При дальнейшей обработке формиата серной кислотой образуется муравьиная кислота.

Специфичность синтеза уксусной кислоты заключается в реакции угарного газа с метанолом, в результате которой она образуется.

Также уксусную кислоту можно получить другим путем: сначала провести реакцию Кучерова, в ходе которой образуется уксусный альдегид. Окислить его до уксусной кислоты можно аммиачным раствором оксида серебра или гидроксидом меди II.

Химические свойства карбоновых кислот

Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.

Карбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, которые способны вытеснить водород (стоят левее водорода в ряду напряжений металлов) из кислоты. Реагируют также с основаниями, с солями более слабых кислот, например, угольной кислоты.

Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой. Напомню, что наиболее легко замещается водород у третичного, чуть сложнее — у вторичного, и значительно сложнее — у первичного атома углерода.

Сила карбоновых кислот тем выше, чем меньше электронной плотности сосредоточено на атоме углерода в карбоксильной группе. Поэтому самая слабая из трех кислот — уксусная, чуть сильнее — хлоруксусная, за ней — дихлоруксусная и самая сильная — трихлоруксусная.

Перераспределение электронной плотности в молекулах этих кислот для лучшего запоминания лучше увидеть наглядно. Это перераспределение обусловлено большей электроотрицательностью хлора, который притягивает электронную плотность.

Муравьиная кислота отличается от своих гомологов. За счет наличия у нее альдегидной группы, она, единственная из карбоновых кислот, способна вступать в реакцию серебряного зеркала.

В такой реакции идет ее окисление до нестойкой угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.

Сложные эфиры

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether — эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован. Примеры:

• Метановая кислота + метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
• Этановая кислота + этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
• Метановая кислота + этанол = этиловый эфир метановой кислоты (этилформиат)
• Пропановая кислота + бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)

Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз — их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной — необратимо. Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Ангидриды

Ангидриды — химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

Хлорангидриды карбоновых кислот образуются в реакции карбоновых кислот с хлоридом фосфора V.

Следующая реакция не имеет отношения к ангидридам, однако (из-за их схожести) вы увидите ее здесь для наилучшего запоминания. Это реакция галогенирования гидроксикислот, в результате которой гидроксогруппа в радикале меняется на атом галогена.

Непредельные карбоновые кислоты

Распределение электронной плотности в молекулах творит чудеса: иногда реакции идут против правила Марковникова. Так происходит в непредельной акриловой кислоте.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Выловить и «запереть» CO2: как устроены карбоновые полигоны и фермы

Россия активно развивает новое направление – карбоновые полигоны (от англ. carbon – углерод). В стране планируется создать около 80 таких площадок – их разместят на полях, болотах и лесах от Сахалина до Калининграда.

Первый такой объект появится на землях сельскохозяйственного назначения площадью 600 га в Калужской области, расположенных в границах национального парка «Угра».

Основное предназначение карбоновых полигонов – мониторинг в атмосфере вредных газов, которые нагревают планету и тем самым негативно влияют на климат. Ничего общего со сферой отходов карбоновые полигоны не имеют. Природные территории и экосистемы останутся нетронутыми, но здесь будут активно работать ученые.

Главная задача исследователей – брать пробы почвы и растений, чтобы оценить объем поглощенного ими оксида углерода. Следующая задача более трудоемкая и важная – создать технологии по улавливанию и хранению CО2. Вредные для климата газы не должны попасть в атмосферу, их необходимо «запереть» в недрах на долгие годы, то есть оставить в болотах, лесах и почвах.

Если правильно извлечь углерод из атмосферы, то можно использовать его на благо человечества. Например, выращивать на его основе быстрорастущие растения или использовать при производстве инновационного углеродного волокна.

«Сейчас задача – рассчитать углеродный баланс России. Согласно Парижскому соглашению, Россия должна сократить выбросы парниковых газов. Те страны, которые не слишком преуспеют в этом, начнут платить: их продукция, идущая на экспорт в Евросоюз, будет облагаться специальным налогом. В России большой потенциал секвестрации, то есть поглощения углерода», – объяснил «Экологии России» вице-президент академии наук Чечни Ибрагим Керимов.

Работы ученых помогут понять, какие индустрии и территории имеют опасный экологический след. В дальнейшем их переведут на более низкоуглеродные технологии, которые будут соответствовать мировым стандартам.

«Нам нужны методики измерения выбросов и поглощения парниковых газов. И желательно не только наземные, пусть и оснащенные современными сенсорами и приборами, а еще и дистанционные, чтобы можно было из космоса или с летательных аппаратов проводить мониторинг углеродного баланса больших территорий. Вот для разработки и испытания таких методик и создается национальная сеть карбоновых полигонов», – приводятся на сайте министерства науки и высшего образования РФ слова заместителя председателя Экспертного совета по вопросам контроля углеродного баланса Николая Дурманова.

У российских исследователей уже есть первые наработки. Они выяснили, что лучше всего СО2 из атмосферы улавливают заброшенные земли сельхозназначения.

Вторая часть управления газами – создание карбоновых ферм. Они нужны для того, чтобы максимально поглощать углекислый газ при помощи растительного мира. Чем больше территория фермы, тем лучше там идет процесс улавливания.

«На карбоновых полигонах исследуются методы измерения, а карбоновые фермы – место, где на практике применяются эти методы для того, чтобы у нас были высокоэффективные технологии поглощения углекислоты земными экосистемами», – добавил Николай Дурманов.

Эксперты убеждены, что карбоновая индустрия станет главной «фишкой» России на ближайшие 30-50 лет. В нашей стране есть огромное количество лесов и свободных земель, которые можно использовать для «углеродных» плантаций.

Источник

«Это вторая нефть»: уральские бизнесмены решили заработать на фотосинтезе, но пока не знают как

Тема карбоновых полигонов в России обсуждается не первый год. Все дело в том, что к 2022 году Евросоюз планирует ввести углеродный налог для импортных товаров, производство которых сопровождается выбросом парниковых газов.

Вся продукция, которую ввозят в страны Европы, должна будет иметь маркировку с указанием так называемого углеродного следа. Для его расчета и нужны специальные полигоны, ведь, по разным оценкам, российским производителям по этому налогу придется платить в сумме от 2 до 6,5 млрд евро в год, и наибольшие потери, по данным аудиторской компании KPMG, грозят предприятиям, которые экспортируют цветные металлы, природный газ и медь.

Что такое карбоновые полигоны

• Карбоновые полигоны — участки, где ученые будут отрабатывать технологии контроля за производством и поглощением парниковых газов.
• Первые семь пилотных полигонов появятся в Свердловской, Калужской, Тюменской, Калининградской, Новосибирской областях, Краснодарском крае и Чеченской Республике. Перечень был утвержден приказом Минобрнауки РФ в начале февраля 2021 года.
• Всего в России планируют создать 80 карбоновых полигонов.

Что такое карбоновые фермы

• Карбоновые фермы — проект для бизнеса. Это густо засаженные или просто заросшие территории, где в больших объемах поглощается углекислый газ.
• После аттестации фермы владелец участка может продавать компенсационные квоты. Покупая их, импортер освобождается от уплаты углеродного налога. Подходят для таких ферм почти любые участки, в том числе промышленные отвалы.
• По оценкам экономистов, это очень капиталоемкий рынок, «вторая нефть». В конце 2020 года на фондовом рынке квоты торговались по цене 32,03 евро за тонну. По данным агентства Reuters, в 2018 году объем мирового рынка углеродных квот составил 164 млрд долларов.

Вероятной площадкой первого карбонового полигона на Среднем Урале называют Коуровскую обсерваторию, которая принадлежит Уральскому федеральному университету. Однако решение не принято — участок будет определен в ходе конкурса, сообщает РБК Екатеринбург.

Источник, знакомый с ходом реализации пилотного проекта карбонового полигона в Свердловской области, рассказал РБК Екатеринбург, что на участие в нем, а также в проектах карбоновых ферм претендуют десятки компаний.

Источник РБК Екатеринбург:

По словам собеседника издания, о своих намерениях зайти в проект уже заявила особая экономическая зона «Титановая долина». Также могут претендовать на него биостанция УрФУ на Сибирском тракте площадью 10 га, Ботанический сад Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ), Ботанический сад УрО РАН в Ботаническом микрорайоне Екатеринбурга, а также все заповедники, природные парки. Но все зависит от цели мониторинга.

Оборудование Коуровской обсерватории

«Коуровка, биостанция находятся за городом, причем с подветренной стороны. То есть роза ветров так расположена, что все выбросы из города в другую сторону несет. А если цель — понять, как то или иное предприятие загрязняет атмосферу, то надо рядом с ним строить полигон», — пояснил инсайдер.

В «Титановой долине» подтвердили свой интерес к проекту. Но отметили, что карбоновый полигон сможет разместиться на землях площадки при наличии инвестора — для получения статуса резидента ОЭЗ необходим бизнес-план, предусматривающий капитальные вложения в размере не менее 120 млн рублей, из них 40 млн рублей должны быть выделены в первые три года.

Пресс-служба ОЭЗ «Титановая долина»:

— Управляющей компанией ОЭЗ рассматриваются проекты не только в традиционных для нашего региона отраслях, но и в новых, включая направленные на реализацию карбоновой программы. В настоящий момент максимально подходящей площадкой для подобных проектов является «Верхняя Салда», которая обладает достаточными площадями и готовой инженерной инфраструктурой.

Как уточнил представитель инвестплощадки, на территории ОЭЗ нет лесов и подлеска — участки подготовлены для строительства производственных предприятий.

Однако пока на уровне региона ни у кого нет понимания, как именно будет реализована карбоновая программа, поскольку ее параметры пока не определило федеральное правительство.

Согласно дорожной карте, утвержденной приказом Минобрнауки, подготовить саму программу, определить ключевые показатели эффективности и критерии включения в проект новых участников планировалось еще к 10 марта. К этому же сроку экспертный совет должен был сформулировать предложения по привлечению частных инвестиций на создание и работу карбоновых полигонов.

Оборуддование Коуровской обсерватории

Но этого до сих пор не сделано, поэтому и сроки следующих пунктов дорожной карты сдвинулись. Так, до 31 марта организации, участвующие в создании полигонов (в Свердловской области это УрФУ) должны были направить в министерство свои предложения по вариантам площадок. А создать полигоны планировалось уже к 15 апреля. 1 декабря — крайняя дата открытия расчетного центра, который будет обрабатывать все собранные на полигонах данные.

«Нам сказали, будет месяц на то, чтобы вместе с федеральными коллегами разобраться в дорожной карте. Там трудность в чем: эти семь пилотных территорий на самом деле сильно разные по природным условиям, подходам. И одно из условий — полигоны должны обладать индивидуальными особенностями. Поэтому они и не могут сформулировать типовые требования», — рассказал источник.

Как рассказал на круглом столе Свердловского областного союза промышленников и предпринимателей проректор Уральского федерального университета Александр Германенко, для реализации проекта планируется создать консорциум, в который помимо УрФУ войдут несколько профильных институтов УрО РАН, Ботанический сад УрО РАН, УГЛТУ, природные парки и заповедники.

Финансовая модель создания полигонов также не определена. В СМИ сообщалось, что на карбоновый полигон в Чечне будут выделены средства федерального бюджета, но сумма не называлась. Между тем в компании Ctrl2GO, которая создает карбоновый полигон в калужском национальном парке «Угра», заявили, что не получали бюджетное финансирование.

Генеральный директор Группы компаний Ctrl2GO Алексей Белинский:

Мы не зарабатываем на этом. Это наш вклад в создание национальной системы подсчета углеродного баланса. Собственные инвестиции Ctrl2GO в полигон в Калужской области составили около 300 млн рублей. Средства пошли на оборудование, создание инфраструктуры, проведение исследований, создание цифровой копии полигона. Экономику будущих проектов только предстоит просчитать, и затраты на последующие полигоны могут быть меньше — прототип технологии позволяет тиражировать ее на любых территориях. Если Екатеринбург заинтересован в этой технологии, мы готовы к такому сотрудничеству.

Как компания планирует окупить вложения, он ответить отказался.
Отметим, 9 марта глава Минобрнауки Валерий Фальков на встрече с президентом Владимиром Путиным назвал группу «Синара» в числе компаний, которые «готовы вложиться» в карбоновые полигоны.
В самой компании отказались озвучивать планы «Синары» и «ТМК» (также принадлежит Дмитрию Пумпянскому) по карбоновой программе.

Пресс-служба компании «Синара»:

Компании намерены способствовать дальнейшей реализации проекта, но в настоящее время говорить о его финансовой составляющей и конкретных участках преждевременно.

Источник