汽油的来源及化学存在

在人类生活中有一种液体燃料十分重要，那就是汽油，它是小汽车、卡车和火车的主要燃料。汽油从哪里来？它是从蕴藏在地下的石油中提炼出来的。图1．1．1和图1．1．2分别是石油开采装置和海上钻井平台。

图1．1．1 石油开采装置

图1．1．2 海上钻井平台

石油是自然界赋予人类的宝贵财富，目前人类使用的能源中，来自石油的液体燃料所占比重最大，如汽油、煤油、柴油以及重油。

石油不是一种化合物，而是烃类化合物的混合物。烃类化合物由碳和氢构成，也称碳氢化合物。碳是一个四价的元素，可以理解为它有4只手，每只手可以拉一个别的元素。如大家熟悉的甲烷就是最简单的烃类化合物，四价的碳拉住了4个一价的氢：碳原子也可以自己相互拉手形成碳链，如丁烷：

由于碳的价键都已和别的元素连接而得到满足，这种结构也称为饱和烃。如果碳链成一条直线型，可以称为直链烃或正构烷烃；如果碳链不是一条直线，就称为支链烃或异构烷烃，如异丁烷：

如果碳和碳之间有两只手，甚至3只手相连，那么和碳相连的氢就会减少，这种化合物称为不饱和烃，其中含有碳碳双键的烃称为烯烃，含有碳碳三键的烃称为炔烃，如乙烯：

“烯”和“稀”谐音，表示氢少了些。

又如乙炔：

H— C≡ C— H

（乙炔）

“炔”和“缺”谐音，少了很多就是缺。

不同烃类化合物的命名是根据日内瓦命名法来确定的。例如， 10个碳之内的烷烃，我国用天干（即甲乙丙丁戊己庚辛壬癸）来命名：一个碳为甲烷，10个碳为癸烷；10个碳以上就直接用数字来表达，如十一烷、二十烷等。

石油是从一个碳到四十几个碳链长的烃类化合物的庞大混合物。它本身直接可以当作燃料使用，但是科学家们认为这种使用方法不合理，也不科学。应该先将它们进行适当的分离，然后再分别使用，这样就可达到物尽其用的目的。(www.xing528.com)

石油各种成分的沸点随着碳原子数的增加，也随之升高（见表1．1．1）。因此，我们可以用分馏的办法将它们分离或加以分割。所谓分馏就是利用加热的方法将混合物中的各种成分蒸发为气体，再利用各种物质的沸点不同而加以分开的方法。如图1．1．3所示为常压分馏塔装置的示意图。

表1．1．1 碳原子数和烃类物质形态的关系

图1．1．3 常压分馏塔装置示意图

在一个分馏塔中，石油被加热后送入塔的底部。那些本来在常温常压下是气态而溶解在混合物中的组分立刻挥发跑向塔顶。塔底不断加热，随着温度的升高，那些沸点低的组分也开始蒸发成蒸气向上跑。由于塔的上部温度较低，蒸汽遇冷又凝聚成液态向下滴。此时塔底上来的热蒸气又会将热量传递给这些液滴使其再蒸发变为气态。只要塔底不断地加热，塔中就不断地进行着热交换。于是，沸点低的物质跑向了塔的上部，沸点高的则留在下部，分馏塔从上到下形成了一个沸点从低到高的梯度分布。这样，就可以在塔的不同高度引出不同沸点范围的不同组分。由于此塔是在常压下操作，故称为常压分馏塔。

从图1．1．3的数据中，我们可以得到这样一些信息：

首先，从常压分馏塔中出来的产品大部分是人类生活中不可或缺的液体燃料。

其次，分馏得到的各种产品仍然是混合物。因此，它们的沸点有一个范围，称作“沸程”。

再有，产品之间的碳原子数或沸点范围是有交叉的。要让所有的组分都交割干净，分馏的条件就十分苛刻。在化学实验室里，精密分馏仪可以把混合物中的每一个组分提纯出来。而作为生活中使用的液体燃料没有必要去分割得如此干净。汽油就是从石油分馏中得到的一种混合物产品。

最后，我们还可以注意到，常压分馏塔中的温度已升高到365℃，然而得到的产品的最高碳原子数只有18。塔底还有好多东西呢！为什么不把它们分馏出来呢？原来碳原子数增多，其沸点更高，再提高加热温度的话，就会使其发生分解而达不到预期的效果。怎么办呢？

为了让那些沸点高的组分既不发生分解，又要让它们变成蒸气，就必须在沸点上寻找解决办法。众所周知，物质的沸点，不是由物质本身唯一决定的参数，它还和外界的大气压有关。所谓沸点，即当温度被加热到使某一液体的蒸气压达到与外界气压一样时，该温度即为此液体在该条件下的沸点。由此可见，外界气压高，沸点就高；外界气压低，沸点就低。这样就可以为在常压下不易蒸出的组分设计一个特殊的密闭分馏塔，在这个塔内保持低气压，把在常压分馏塔中尚未分离开出的“重油”送到这种减压分馏塔装置（见图1．1．4），同样加热到365℃，可以使高沸点的组分变为蒸气。于是从减压分馏塔，我们又可得到许多有用的产品（见表1．1．2）。

图1．1．4 减压分馏塔装置示意图

表1．1．2 减压分馏产品