Ácidos naftênicos (NA) são uma mistura de vários ácidos ciclopentil e ciclohexilcarboxílicos com um peso molecular de 120 a 700 ou mais unidades de massa atômica. A fração principal são ácidos carboxílicos com um esqueleto de carbono de 9 a 20 átomos de carbono. Os cientistas afirmam que os ácidos naftênicos (NA) são ácidos carboxílicos cicloalifáticos com 10-16 átomos de carbono, embora ácidos contendo até 50 átomos de carbono tenham sido encontrados em óleos pesados.
Etimologia
O termo tem suas raízes no termo um tanto arcaico "nafteno" (cicloalifático, mas não aromático), que é usado para classificar os hidrocarbonetos. Foi originalmente usado para descrever uma mistura complexa de ácidos à base de petróleo quando os métodos analíticos disponíveis no início de 1900 só podiam identificar alguns com precisão.componentes do tipo naftênico. Hoje, o ácido naftênico é usado de forma mais geral para se referir a todos os ácidos carboxílicos presentes no petróleo (sejam compostos cíclicos, acíclicos ou aromáticos) e ácidos carboxílicos contendo heteroátomos como N e S. Numerosos estudos mostraram que a maioria dos ácidos cicloalifáticos também contém ácidos lineares e ácidos alifáticos de cadeia ramificada e ácidos aromáticos. Alguns ácidos contêm > 50% de ácidos alifáticos e aromáticos combinados.
Fórmula
Os ácidos naftênicos são representados pela fórmula geral CnH2n-z O2, onde n é o número de átomos de carbono e z é a série homóloga. O valor z é 0 para ácidos acíclicos saturados e aumenta para 2 em ácidos monocíclicos, para 4 em ácidos bicíclicos, para 6 em ácidos tricíclicos e para 8 em ácidos tetracíclicos.
Sais de ácidos chamados naftenatos são amplamente utilizados como fontes hidrofóbicas de íons metálicos em uma variedade de aplicações. Os sais de alumínio e sódio do ácido naftênico e do ácido palmítico foram combinados durante a Segunda Guerra Mundial para fazer o napalm. E o napalm foi sintetizado com sucesso. A palavra "napalm" vem das palavras "ácido naftênico" e ácido palmítico.
Conexão de óleo
A natureza, origem, extração e uso comercial do ácido naftênico são estudados há algum tempo. Sabe-se que o petróleo bruto de campos na Romênia, Rússia, Venezuela, Mar do Norte, China e África Ocidentalcontém uma grande quantidade de compostos ácidos em comparação com a maioria do petróleo bruto dos EUA. O teor de ácido carboxílico de alguns produtos petrolíferos californianos é particularmente alto (até 4%), onde as classes mais comuns de ácidos carboxílicos são os ácidos cicloalifáticos e aromáticos.
Composição
A composição varia dependendo da composição do petróleo bruto e das condições durante o processamento e oxidação. Frações ricas em ácidos naftênicos podem causar danos por corrosão aos equipamentos da refinaria, por isso o fenômeno da corrosão ácida (NAC) tem sido bem estudado. O petróleo bruto de alta acidez é muitas vezes referido como petróleo bruto de alto número de acidez total (TAN) ou petróleo bruto de alta acidez (HAC). Os ácidos naftênicos são um importante contaminante na água da extração de petróleo das areias betuminosas de Athabasca (AOS). Os ácidos têm toxicidade aguda e crônica para peixes e outros organismos.
Ambiente
Em seu artigo muito citado publicado na Toxicological Sciences, Rogers afirmou que as misturas de ácido naftênico são os poluentes ambientais mais significativos da produção de areias betuminosas. Eles descobriram que, nas piores condições, a toxicidade aguda é improvável para mamíferos selvagens expostos a ácidos na água, mas a exposição repetida pode ter efeitos adversos à saúde.
Em seu artigo de 2002citado mais de 100 vezes, Rogers et al relataram um procedimento de laboratório baseado em solvente projetado para extrair eficientemente ácidos de grandes volumes de água Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Os ácidos naftênicos estão presentes na Água de Rejeitos AOS (TPW) em uma concentração estimada de 81 mg/L, um nível muito baixo para que a TPW seja considerada uma fonte viável para recuperação comercial.
Excluir
O ácido naftênico é removido das substâncias do petróleo não apenas para minimizar a corrosão, mas também para recuperar produtos comercialmente úteis. A maior utilização atual e histórica deste ácido é na produção de naftenatos metálicos. Os ácidos são extraídos de destilados de petróleo por extração alcalina, regenerados em um processo de neutralização ácida e depois destilados para remover impurezas. Os ácidos vendidos comercialmente são classificados por número de acidez, nível de impureza e cor. Usado para produzir naftenatos metálicos e outros derivados, como ésteres e amidas.
Naftenatos
Naftenatos são sais ácidos análogos aos acetatos correspondentes, mais bem definidos mas menos úteis. Os naftenatos, como os ácidos naftênicos do petróleo, são altamente solúveis em meios orgânicos, como tintas. Eles são usados na indústria, incluindo a produção de coisas úteis: detergentes sintéticos, lubrificantes, inibidores de corrosão, aditivos de combustível e óleo lubrificante, conservantespara madeira, inseticidas, fungicidas, acaricidas, umectantes, espessantes de napalm e dessecantes de óleo utilizados em pintura e tratamento de superfícies de madeira.
Areias betuminosas
Um estudo afirma que os ácidos naftênicos são o poluente ambiental mais ativo de todas as substâncias derivadas da extração de petróleo de areias betuminosas. No entanto, sob condições de vazamento e contaminação, é improvável que ocorra toxicidade aguda em mamíferos selvagens expostos a ácidos na água de rejeitos, mas a exposição repetida pode ter efeitos adversos à saúde animal. Os ácidos estão presentes em areias betuminosas e água de rejeitos em uma concentração estimada de 81 mg/L.
Usando os protocolos da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) para testes de toxicidade, pesquisadores dos EUA argumentaram que, com base em seus estudos, os NAs purificados, quando tomados por via oral, não eram genotóxicos agudamente para os mamíferos. No entanto, os danos causados por END por exposição de curto prazo durante a exposição aguda ou intermitente podem se acumular com a exposição repetida.
Ciclopentano
Ciclopentano é um hidrocarboneto alicíclico inflamável com a fórmula química C5H10 e número CAS 287-92-3, consistindo em um anel de cinco átomos de carbono, cada um ligado a dois átomos de hidrogênio acima e abaixo do plano. Muitas vezes é apresentado na formalíquido incolor com odor semelhante ao da gasolina. Seu ponto de fusão é -94°C e seu ponto de ebulição é 49°C. O ciclopentano pertence à classe dos cicloalcanos e são alcanos com um ou mais anéis de átomos de carbono. É formado pelo craqueamento do ciclohexano na presença de alumina em alta temperatura e pressão.
A produção de ácidos naftênicos, incluindo ciclopentano, perdeu seu antigo caráter de massa nos últimos anos.
Foi preparado pela primeira vez em 1893 pelo químico alemão Johannes Wieslikus. Recentemente, é muitas vezes referido como ácidos naftênicos.
Papel na produção
O ciclopentano é utilizado na produção de resinas sintéticas e adesivos de borracha, e como agente de expansão na produção de espuma isolante de poliuretano, presente em muitos eletrodomésticos, como geladeiras e freezers, substituindo alternativas prejudiciais ao meio ambiente, como CFCs -11 e HCFC-141b.
Os lubrificantes de alquilação de ciclopentano múltiplo (MAC) têm baixa volatilidade e são usados em algumas aplicações especializadas.
Os Estados Unidos produzem mais de meio milhão de quilos deste produto químico por ano. Na Rússia, os ácidos naftênicos (incluindo o ciclopentano) são produzidos como um produto natural do processamento de petróleo.
Cicloalcanos podem ser feitos usando um processo conhecido como reforma catalítica. Por exemplo, 2-metilbutano pode ser convertido em ciclopentano usando um catalisador de platina. Isto é especialmente usado emcarros, pois alcanos ramificados queimarão muito mais rápido.
Características físicas e químicas
Surpreendentemente, seus ciclohexanos começam a ferver 10°C mais do que o hexahidrobenzeno ou o hexanafteno, mas esse enigma foi resolvido em 1895 por Markovnikov, N. M. Kishner e Nikolai Zelinsky quando reaproveitaram o hexahidrobenzeno e o hexanafteno como metilciclopentano - o resultado de uma reação inesperada.
Embora bastante não reativo, o ciclohexano sofre oxidação catalítica para formar ciclohexanona e ciclohexanol. Uma mistura de ciclohexanona-ciclohexanol, chamada "óleo KA", é a matéria-prima do ácido adípico e caprolactama, precursores do nylon.
Aplicativo
É usado como solvente em algumas marcas de fluidos corretivos. O ciclohexano às vezes é usado como um solvente orgânico não polar, embora o n-hexano seja mais comumente usado para esse fim. Também é frequentemente usado como solvente de recristalização, pois muitos compostos orgânicos apresentam boa solubilidade em ciclohexano quente e baixa solubilidade em baixas temperaturas.
O ciclohexano também é usado para calibrar instrumentos de calorimetria de varredura diferencial (DSC) devido à conveniente transição de cristal para cristal a -87,1 °C.
Os vapores de ciclohexano são utilizados em fornos de cementação a vácuo na fabricação de equipamentos de tratamento térmico.
Deformação
Um anel com 6 vértices não corresponde à forma de um hexágono perfeito. A conformação hexagonal planar tem deformação angular significativa porque suas ligações não são 109,5 graus. A deformação de torção também será significativa, pois todas as ligações serão eclipsadas.
Portanto, para reduzir a deformação torcional, o ciclohexano adota uma estrutura tridimensional conhecida como "cadeira conformacional". Existem também dois outros confôrmeros intermediários - "meia cadeira", que é o confórmero mais instável, e "barco torcido", que é mais estável. Esses nomes excêntricos foram propostos pela primeira vez em 1890 por Hermann Sachs, mas se tornaram amplamente aceitos muito mais tarde.
Metade dos átomos de hidrogênio estão no plano do anel (equatorialmente), e a outra metade são perpendiculares ao plano (axialmente). Esta conformação fornece a estrutura de ciclohexano mais estável. Existe outra conformação do ciclohexano conhecida como "conformação de barco", mas ela se converterá em uma formação de "fezes" um pouco mais estável.
Cyclohexane tem o menor ângulo e tensão de torção de todos os cicloalcanos, resultando no ciclohexano sendo considerado 0 na tensão total do anel. O mesmo vale para os sais de sódio dos ácidos naftênicos.
Fases
Ciclohexano tem duas fases cristalinas. Fase I de alta temperatura, estável entre +186 °C e temperaturaponto de fusão +280 °C, é um cristal plástico, o que significa que as moléculas mantêm algum grau de liberdade de movimento. A fase II de baixa temperatura (abaixo de 186°C) é mais ordenada. As outras duas fases de baixa temperatura (metaestáveis) III e IV foram obtidas aplicando pressões moderadas acima de 30 MPa, e a fase IV aparece exclusivamente em ciclohexano deuterado (observe que a aplicação de pressão aumenta todas as temperaturas de transição).
