Los ácidos nafténicos (NA) son una mezcla de varios ácidos ciclopentilo y ciclohexilcarboxílico con un peso molecular de 120 a 700 o más unidades de masa atómica. La fracción principal son los ácidos carboxílicos con un esqueleto de carbono de 9 a 20 átomos de carbono. Los científicos afirman que los ácidos nafténicos (NA) son ácidos carboxílicos cicloalifáticos con 10-16 átomos de carbono, aunque se han encontrado ácidos que contienen hasta 50 átomos de carbono en aceites pesados.
Etimología
El término tiene sus raíces en el término algo arcaico "nafteno" (cicloalifático pero no aromático), que se utiliza para clasificar los hidrocarburos. Originalmente se usó para describir una mezcla compleja de ácidos a base de petróleo cuando los métodos analíticos disponibles a principios del siglo XX solo podían identificar unos pocos con precisión.componentes de tipo nafténico. Hoy en día, el ácido nafténico se usa de manera más general para referirse a todos los ácidos carboxílicos presentes en el petróleo (ya sean compuestos cíclicos, acíclicos o aromáticos) y ácidos carboxílicos que contienen heteroátomos como N y S. Numerosos estudios han demostrado que la mayoría de los ácidos cicloalifáticos también contienen ácidos lineales y ácidos alifáticos de cadena ramificada y ácidos aromáticos. Algunos ácidos contienen > 50 % de ácidos alifáticos y aromáticos combinados.
Fórmula
Los ácidos nafténicos están representados por la fórmula general CnH2n-z O2, donde n es el número de átomos de carbono y z es la serie homóloga. El valor z es 0 para ácidos acíclicos saturados y aumenta a 2 en ácidos monocíclicos, a 4 en ácidos bicíclicos, a 6 en ácidos tricíclicos y a 8 en ácidos tetracíclicos.
Las sales de ácidos llamadas naftenatos se utilizan ampliamente como fuentes de iones metálicos hidrofóbicos en una variedad de aplicaciones. Las sales de aluminio y sodio del ácido nafténico y el ácido palmítico se combinaron durante la Segunda Guerra Mundial para fabricar napalm. Y el napalm se sintetizó con éxito. La palabra "napalm" proviene de las palabras "ácido nafténico" y ácido palmítico".
Conexión de aceite
La naturaleza, el origen, la extracción y el uso comercial del ácido nafténico se han estudiado durante bastante tiempo. Se sabe que el petróleo crudo de campos en Rumania, Rusia, Venezuela, el Mar del Norte, China y África Occidentalcontiene una gran cantidad de compuestos ácidos en comparación con la mayoría del petróleo crudo estadounidense. El contenido de ácido carboxílico de algunos productos derivados del petróleo de California es particularmente alto (hasta un 4 %), donde las clases más comunes de ácidos carboxílicos son los ácidos cicloalifáticos y aromáticos.
Composición
La composición varía según la composición del crudo y las condiciones durante el procesamiento y la oxidación. Las fracciones que son ricas en ácidos nafténicos pueden causar daños por corrosión en los equipos de refinería, por lo que el fenómeno de la corrosión ácida (NAC, por sus siglas en inglés) ha sido bien estudiado. El petróleo crudo de alta acidez a menudo se denomina petróleo crudo de alto índice de acidez total (TAN) o petróleo crudo de alta acidez (HAC). Los ácidos nafténicos son un contaminante importante en el agua de la extracción de petróleo de las arenas bituminosas de Athabasca (AOS). Los ácidos tienen toxicidad tanto aguda como crónica para los peces y otros organismos.
Ambiental
En su artículo citado con frecuencia publicado en Toxicological Sciences, Rogers afirmó que las mezclas de ácido nafténico son los contaminantes ambientales más importantes de la producción de arenas bituminosas. Descubrieron que, en las peores condiciones, la toxicidad aguda es poco probable para los mamíferos salvajes expuestos a los ácidos del agua, pero la exposición repetida puede tener efectos adversos para la salud.
En su artículo de 2002citado más de 100 veces, Rogers et al informaron sobre un procedimiento de laboratorio a base de solventes diseñado para extraer ácidos de manera eficiente de grandes volúmenes de agua del estanque de relaves de arenas bituminosas (TPW) de Athabasca. Los ácidos nafténicos están presentes en el agua de relaves de AOS (TPW) en una concentración estimada de 81 mg/L, un nivel demasiado bajo para que el TPW se considere una fuente viable para la recuperación comercial.
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El ácido nafténico se elimina de las sustancias derivadas del petróleo no solo para minimizar la corrosión, sino también para recuperar productos comercialmente útiles. El mayor uso actual e histórico de este ácido es en la producción de naftenatos metálicos. Los ácidos se extraen de los destilados de petróleo mediante extracción alcalina, se regeneran en un proceso de neutralización de ácidos y luego se destilan para eliminar las impurezas. Los ácidos vendidos comercialmente se clasifican por número de ácido, nivel de impurezas y color. Se utiliza para producir naftenatos metálicos y otros derivados como ésteres y amidas.
Naftenatos
Los naftenatos son sales ácidas análogas a los correspondientes acetatos, mejor definidas pero menos útiles. Los naftenatos, como los ácidos nafténicos del petróleo, son muy solubles en medios orgánicos como las pinturas. Se utilizan en la industria, incluida la producción de tales cosas útiles: detergentes sintéticos, lubricantes, inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes.para madera, insecticidas, fungicidas, acaricidas, agentes humectantes, espesantes de napalm y desecantes de aceite utilizados en pintura y tratamiento de superficies de madera.
Arenas petrolíferas
Un estudio afirma que los ácidos nafténicos son el contaminante ambiental más activo de todas las sustancias derivadas de la extracción de petróleo de las arenas bituminosas. Sin embargo, en condiciones de fuga y contaminación, es poco probable que ocurra toxicidad aguda en mamíferos salvajes expuestos a ácidos en el agua de estanques de relaves, pero la exposición repetida puede tener efectos adversos para la salud animal. Los ácidos están presentes en las arenas bituminosas y el agua de relaves en una concentración estimada de 81 mg/L.
Usando los protocolos de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) para las pruebas de toxicidad, los investigadores estadounidenses argumentaron que, según sus estudios, los AN purificados, cuando se tomaban por vía oral, no eran genotóxicos agudos para los mamíferos. Sin embargo, el daño causado por NDT por la exposición a corto plazo durante la exposición aguda o intermitente puede acumularse con la exposición repetida.
Ciclopetano
El ciclopentano es un hidrocarburo alicíclico inflamable con la fórmula química C5H10 y número CAS 287-92-3, que consta de un anillo de cinco átomos de carbono, cada uno unido a dos átomos de hidrógeno por encima y por debajo del plano. A menudo se presenta en formaLíquido incoloro con olor similar a la gasolina. Su punto de fusión es de -94°C y su punto de ebullición es de 49°C. El ciclopentano pertenece a la clase de los cicloalcanos y son alcanos con uno o más anillos de átomos de carbono. Se forma craqueando ciclohexano en presencia de alúmina a alta temperatura y presión.
La producción de ácidos nafténicos, incluido el ciclopentano, ha perdido su anterior carácter masivo en los últimos años.
Fue preparado por primera vez en 1893 por el químico alemán Johannes Wieslikus. Recientemente, a menudo se los conoce como ácidos nafténicos.
Papel en la producción
El ciclopentano se usa en la producción de resinas sintéticas y adhesivos de caucho, y como agente espumante en la producción de espuma aislante de poliuretano, que se encuentra en muchos electrodomésticos como refrigeradores y congeladores, reemplazando alternativas dañinas para el medio ambiente como CFC -11 y HCFC- 141b.
Los lubricantes de alquilación de ciclopentano múltiple (MAC) tienen baja volatilidad y se utilizan en algunas aplicaciones especializadas.
Estados Unidos produce más de medio millón de kilogramos de este químico al año. En Rusia, los ácidos nafténicos (incluido el ciclopentano) se producen como un producto natural del procesamiento del petróleo.
Los cicloalcanos pueden fabricarse mediante un proceso conocido como reformado catalítico. Por ejemplo, el 2-metilbutano se puede convertir en ciclopentano utilizando un catalizador de platino. Esto se usa especialmente enautomóviles, ya que los alcanos ramificados se quemarán mucho más rápido.
Características físicas y químicas
Sorprendentemente, sus ciclohexanos comienzan a hervir 10 °C más que el hexahidrobenceno o el hexanafteno, pero este acertijo fue resuelto en 1895 por Markovnikov, N. M. Kishner y Nikolai Zelinsky cuando reutilizaron el hexahidrobenceno y el hexanafteno como metilciclopentano, el resultado de una reacción inesperada.
Aunque no es reactivo, el ciclohexano se oxida catalíticamente para formar ciclohexanona y ciclohexanol. Una mezcla de ciclohexanona-ciclohexanol, denominada "aceite KA", es la materia prima del ácido adípico y la caprolactama, precursores del nailon.
Solicitud
Se utiliza como disolvente en algunas marcas de líquido corrector. El ciclohexano se usa a veces como un solvente orgánico no polar, aunque el n-hexano se usa más comúnmente para este propósito. También se usa a menudo como solvente de recristalización, ya que muchos compuestos orgánicos exhiben buena solubilidad en ciclohexano caliente y poca solubilidad a bajas temperaturas.
El ciclohexano también se usa para calibrar instrumentos de calorimetría diferencial de barrido (DSC) debido a la cómoda transición de cristal a cristal a -87,1 °C.
Los vapores de ciclohexano se utilizan en hornos de cementación al vacío en la fabricación de equipos de tratamiento térmico.
Deformación
Un anillo con 6 vértices no coincide con la forma de un hexágono perfecto. La conformación hexagonal plana tiene una tensión angular significativa porque sus enlaces no son de 109,5 grados. La deformación torsional también será significativa ya que todos los enlaces se eclipsarán.
Por lo tanto, para reducir la deformación por torsión, el ciclohexano adopta una estructura tridimensional conocida como "silla conformacional". También hay otros dos conformadores intermedios: "media silla", que es el conformador más inestable, y "barco retorcido", que es más estable. Estos nombres excéntricos fueron propuestos por primera vez en 1890 por Hermann Sachs, pero se aceptaron mucho más tarde.
La mitad de los átomos de hidrógeno están en el plano del anillo (ecuatorialmente) y la otra mitad son perpendiculares al plano (axialmente). Esta conformación proporciona la estructura de ciclohexano más estable. Hay otra conformación del ciclohexano conocida como "conformación de bote", pero se convertirá en una formación de "heces" ligeramente más estable.
El ciclohexano tiene el ángulo y la tensión torsional más bajos de todos los cicloalcanos, lo que hace que el ciclohexano se considere 0 en la tensión total del anillo. Lo mismo ocurre con las sales de sodio de los ácidos nafténicos.
Fases
El ciclohexano tiene dos fases cristalinas. Alta temperatura fase I, estable entre +186 °C y temperaturapunto de fusión +280 °C, es un cristal plástico, lo que significa que las moléculas conservan cierto grado de libertad de movimiento. La fase II de baja temperatura (por debajo de 186°C) es más ordenada. Las otras dos fases III y IV de baja temperatura (metaestables) se obtuvieron aplicando presiones moderadas por encima de 30 MPa, y la fase IV aparece exclusivamente en ciclohexano deuterado (nótese que la aplicación de presión aumenta todas las temperaturas de transición).
