Liên môn ankan và thế giới hiện đại

VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

CHỦ ĐỀ: ANKAN VÀ THẾ GIỚI HIỆN ĐẠI
1. CẤU TRÚC PHÂN TỬ ANKAN
Sự hình thành liên kết trong phân tử ankan
Ở ankan, các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp 3. Mỗi nguyên tử
cacbon nằm ở tâm tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C, liên kết C – C, C – H
đều là liên kết σ với độ dài liên kết C – C bằng 154 pm, liên kết C – H bằng 109 pm,
các góc hóa trị CCC, HCH, CCH đều gần như nhau và bằng 109,50.
Mô hình phân tử của ankan

Hình 1. Mô hình phân tử propan, butan và isobutan
2. ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
Đồng đẳng
Ankan là những hiđrocacbon no mạch hở, có công thức chung CnH2n+2, (n≥1).
Metan (CH4), etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) hợp thành dãy đồng đẳng gọi
là dãy đồng đẳng metan.
Ankan rất phổ biến trong thiên nhiên. Metan có trong khí quyển (thoát ra từ sự
phân hủy yếm khí các chất hữu cơ), trong khí thiên nhiên, khí dầu mỏ. Các ankan từ
C1 – C40 là thành phần chính của dầu mỏ. Ankan là nhiên liệu và nguyên liệu quan
trọng của nhân loại.
Đồng phân
Nguyên tử cacbon khi liên kết với 1 nguyên tử cacbon khác thì được gọi là
cacbon bậc I, liên kết với 2 nguyên tử cacbon khác – là cacbon bậc II, với 3 nguyên tử
cacbon khác – là cacbon bậc III, với 4 nguyên tử cacbon khác – là cacbon bậc IV.
Ankan mà trong phân tử chỉ chứa C bậc I và C bậc II là ankan không phân
nhánh, chứa C bậc III và C bậc IV là ankan phân nhánh.


VƯƠNG MINH ĐẠT

Gmail:

Các ankan phân nhánh và không phân nhánh là những đồng phân về mạch
cacbon.
* Số lượng đồng phân cấu tạo ở ankan
Số lượng đồng phân cấu tạo tăng rất nhanh theo số nguyên tử C trong phân tử
CnH2n+2:
n
Số đồng phân

4

5

6

7

8

9

10

15

20

2

3

5

9

18

35

75

4347

366319

Ngoài đồng phân về mạch cacbon ra, khi n ≥ 7 còn có thể có đồng phân quang
học nếu trong phân tử có nguyên tử cacbon bất đối.
Danh pháp
Ankan không phân nhánh
Theo danh pháp IUPAC, bốn ankan đầu tiên được gọi là metan, etan, propan và
butan. Các ankan không phân nhánh tiếp theo được gọi tên bằng cách dùng phần nền
để chỉ số lượng nguyên tử cacbon trong phân tử kết hợp với đuôi –an để chỉ sự bão
hòa.
Nhóm nguyên tử còn lại sau khi lấy bớt 1 nguyên tử H từ phân tử ankan được
gọi là nhóm ankyl. Tên của nhóm ankyl lấy từ tên của ankan tương ứng, đổi đuôi an
thành đuôi yl.
Bảng 1. Tên của một số ankan và nhóm ankyl không phân nhánh
Ankan không phân nhánh

Ankyl không phân nhánh

Tên mạch chính + an

Tên mạch chính + yl

Công thức

Công thức

Tên

Tên

CH4

metan

CH3–

metyl

CH3CH3

etan

CH3CH2–

etyl

CH3CH2CH3

propan

CH3CH2CH2–

propyl

CH3[CH2]2CH3

butan

CH3[CH2]2CH2–

butyl

CH3[CH2]3CH3

pentan

CH3[CH2]3CH2–

pentyl

CH3[CH2]4CH3

hexan

CH3[CH2]4CH2–

hexyl

CH3[CH2]5CH3

heptan

CH3[CH2]5CH2–

heptyl

CH3[CH2]6CH3

octan

CH3[CH2]6CH2–

octyl

CH3[CH2]7CH3

nonan

CH3[CH2]7CH2–

nonyln


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

đecan

CH3[CH2]8CH3

CH3[CH2]8CH2–

đecyl

Ankan phân nhánh
Theo IUPAC, tên của ankan phân nhánh được gọi tên theo kiểu thay thế:
Số chỉ vị trí – Tên nhánh

Tên mạch chính

an

- Chọn mạch cacbon dài nhất và có nhiều nhánh nhất làm mạch chính.
- Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon mạch chính từ phía gần nhánh hơn sao
cho số chỉ vị trí nhánh là nhỏ nhất.
- Gọi tên mạch nhánh theo thứ tự vần chữ cái cùng với số chỉ vị trí của nó, tiếp
theo là tên ankan tương ứng với mạch chính. Nếu có nhiều nhánh cùng tên thì sau tất
cả các số chỉ vị trí của chúng, trước tên nhóm người ta thêm các tiền tố như đi- (hai),
tri- (ba), tetra- (bốn),… để chỉ số lượng nhóm cùng tên. Dùng dấu gạch ngang để nối
các chỉ số với tên nhánh, dùng dấu phẩy để phân cách hai chỉ số cạnh nhau.
IUPAC chấp nhận tên thường gọi của các ankan phân nhánh chứa 4 hoặc 5
nguyên tử cacbon:

isobutan

isopentan

neopentan

3. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA ANKAN
Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng
Bảng 2. Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng của một số ankan
Ankan

Công thức

Cn

tnc, 0C

ts, 0C

Khối lượng riêng
(g/cm3)

Metan

CH4

C1

-183

-162

0,415 (-1640C)

Etan

CH3CH3

C2

-183

-89

0,561 (-1000C)

Propan

CH3CH2CH3

C3

-188

-42

0,585 (-450C)

Butan

CH3[CH2]2CH3

C4

-138

-0,5

0,600 (00C)

Pentan

CH3[CH2]3CH3

C5

-130

36

0,626 (200C)

Hexan

CH3[CH2]4CH3

C6

-95

69

0,660 (200C)

Heptan

CH3[CH2]5CH3

C7

-91

98

0,684 (200C)

Octan

CH3[CH2]6CH3

C8

-57

126

0,703 (200C)

Nonan

CH3[CH2]7CH3

C9

-54

151

0,718 (200C)


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Đecan

CH3[CH2]8CH3

Icosan

CH3[CH2]18CH3 C20

C10

-30

174

0,730 (200C)

37

343

0,778 (200C)

- Ở nhiệt độ thường, các ankan từ C1 đến C4 ở trạng thái khí; từ C5 đến khoảng C18
ở trạng thái lỏng; từ khoảng C18 trở lên ở trạng thái rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều
tăng theo số nguyên tử C trong phân tử tức là tăng theo phân tử khối.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các ankan đồng phân khác nhau rõ rệt và
phụ thuộc vào sự phân nhánh tức là hình dạng phân tử của chúng. Những đồng phân
nào có hình dạng gọn gàng thì thường có nhiệt độ sôi thấp hơn nhưng nhiệt độ nóng
chảy cao hơn so với đồng phân có hình dạng kém gọn gàng.
- Ankan nhẹ hơn nước.
Tính tan, màu và mùi
- Ankan không tan trong nước, khi trộn vào nước thì bị tách lớp nổi lên trên nên
người ta nói chúng kị nước.
- Ankan là những dung môi không phân cực, hòa tan tốt các chất không phân cực
như dầu, mỡ,... chúng là những chất ưa dầu mỡ và ưa bám dính vào quần, áo, lông, da.
Những ankan lỏng có thể thấm được qua da và màng tế bào.
- Ankan đều là những chất không màu.
- Các ankan nhẹ là những chất khí không mùi. Ankan từ C5 – C10 có mùi xăng, từ
C10 – C16 có mùi dầu hỏa. Ankan rắn ít bay hơi nên hầu như không mùi.
4. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ANKAN
Ở phân tử ankan chỉ có các liên kết C – C, C – H. Đó là các liên kết σ bền
vững, hầu như không phân cực và cũng rất khó bị phân cực hóa. Vì thế các ankan
tương đối trơ về mặt hóa học: Ở nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit,
bazơ, chất oxi hóa mạnh (như KMnO4, K2Cr2O7,…) và các chất khử mạnh (K, Na,…).
Vì thế các ankan còn có tên parafin, nghĩa là ít ái lực hóa học.
Tuy nhiên, dưới tác dụng của ánh sáng, xúc tác và nhiệt, ankan tham gia phản
ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hóa.
Phản ứng thế halogen

- Dưới tác dụng của ánh sáng, ankan tham gia phản ứng thế, các nguyên tử
hiđro sẽ lần lượt bị thay thế dần bởi các halogen.
Halogen hóa metan


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo sẽ xảy ra phản ứng thế lần lượt
các nguyên tử hiđro bằng clo:
CH4 + Cl 2 
 CH3Cl + HCl
metyl clorua (clometan)
CH3Cl + Cl2 
 CH2Cl2 + HCl
metylen clorua (diclometan)
CH2Cl2 + Cl 2 
 CHCl3 + HCl
clorofom (triclometan)
CHCl3 + Cl 2 
 CCl4 + HCl
cacbon tetraclorua (tetraclometan)

% mol của các dẫn xuất clo thu được phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ mol clo và
metan trong hỗn hợp đầu. Tỉ lệ này càng lớn thì % mol của các dẫn xuất clo càng cao.
Brom hóa metan xảy ra chậm hơn và tỏa nhiệt ít hơn nên dễ khống chế ở giai
đoạn monobrom hóa:
CH4 + Br2 
 CH3Br + HBr
metyl bromua (brommetan)

Iot hóa metan xảy ra hầu như không đáng kể ngay cả ở nhiệt độ 3000C. Ở nhiệt
độ cao hơn thì phản ứng ngược lại chiếm ưu thế.
300 C
CH 3I + HI 
 CH4 + I2
0

Flo phản ứng rất mãnh liệt nên phân hủy ankan thành C và HF. Nhiệt tỏa ra rất
lớn và tức thời dẫn tới sự nổ.
Halogen hóa đồng đẳng của metan
Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan. Clo hóa
đồng đẳng của metan luôn dẫn tới hỗn hợp các đồng phân gồm các sản phẩm thế
nguyên tử hiđro các bậc khác nhau. Brom hóa đồng đẳng của metan xảy ra với tốc độ
chậm hơn rất nhiều so với clo hóa. Vì thế độ chọn lọc cao hơn nhiều.
CH  CH  CH  Cl
3

2

3

2

CH  CH  CH  Br
3

2

3

2

0
s, 25 C
 CH3  CHCl  CH3 2-clopropan, 57%
a
 
 CH  CH2  Cl 1-clopropan, 43%
 CH 3

0
s, 25 C
 CH3  CHBr  CH3 2-brompropan, 97%
a
 
 CH  CH2  Br 1-brompropan, 3%
 CH 3

Iot hóa trực tiếp ankan nói chung không thực hiện được vì tốc độ phản ứng quá
nhỏ.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Flo hóa trực tiếp ankan xảy ra mãnh liệt dẫn tới phản ứng hủy làm đứt liên kết
C – H, liên kết C – C tạo thành hỗn hợp HF, CF4 và C.
- Quy tắc thế: Khi tham gia các phản ứng thế, nguyên tử halogen sẽ ưu tiên thế
vào cacbon có bậc cao hơn.
Cơ chế phản ứng halogen hóa ankan

Phản ứng clo hóa và brom hóa ankan xảy ra theo cơ chế gốc - dây chuyền.
Bước khơi mào:

(1)
Bước phát triển dây chuyền:

(2)
(3)
(2)
.......
Bước đứt dây chuyền:

(4)
(5)
(6)
(1): Phân tử clo hấp thụ ánh sáng bị phân cắt đồng li thành 2 nguyên tử clo.
(2): Nguyên tử clo là một gốc tự do hoạt động, nó ngắt lấy nguyên tử H từ CH4
tạo ra HClvà gốc tự do  CH3 .
(3): Gốc  CH3 không bền, nó tách lấy nguyên tử Cl từ Cl2 để trở thành CH3Cl bền
hơn. Nguyên tử Cl mới sinh ra ở phản ứng (3) lại tác dụng với CH4 làm cho phản
ứng (2) và (3) lặp đi lặp lại tới hàng chục ngàn lần như một dây chuyền.
(4) (5) (6): Các gốc tự do kết hợp với nhau thành các phân tử bền hơn.
Phản ứng tách
Khi đun nóng, tới khoảng 300 – 400oC, các phân tử ankan vẫn không bị phân
hủy. Ở nhiệt độ cao hơn hoặc có mặt chất xúc tác thì có thể xảy ra phản ứng tách
hiđro – gọi là đehiđro hóa, phản ứng bẽ gãy liên kết C – C gọi là cracking.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Phản ứng tách hiđro
- Phản ứng tách hiđro áp dụng chủ yếu đối với các ankan có phân tử khối thấp.
Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan từ C2 – C4 bị tách hiđro
tạo thành anken.
500 C,Pt
CH  CH 

 CH  CH + H
2
2
2
3
3
0

0

500 C,Pt
CH 3CH 2CH 2CH 3 

 CH 3CH=CHCH 3 + H 2

Chú ý:
- Chỉ những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên mới có khả năng
tham gia phản ứng tách H2.
- Trong phản ứng tách H2, 2 nguyên tử H gắn với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau
tách ra cùng nhau và ưu tiên tách H ở C bậc cao.
Phản ứng cracking
- Khi có xúc tác thích hợp dưới tác dụng của nhiệt độ, các ankan bị bẻ gãy

mạch C - C tạo thành hỗn hợp các ankan và anken với số nguyên tử nhỏ hơn ankan
ban đầu.

0
 CH3CH=CH2 + CH4
00 C,Pt

CH3CH2CH2CH3 5

 CH =CH + CH CH
 2
2
3
3

Trong công nghiệp hóa dầu ở nửa đầu thế kỉ XX, người ta dung phương pháp
cracking để tạo ra hỗn hợp các ankan, anken từ C5 – C10 dùng làm xăng cho động cơ
đốt trong. Ngày nay, người ta dung cracking chủ yếu để tạo ra etilen, propilen dùng
làm cho công nghiệp hóa chất.
Phản ứng oxi hóa
Phản ứng cháy
Khi đốt, các ankan bị cháy tạo ra CO2, H2O và tỏa nhiều nhiệt.
CH 4 + 2O 2 t
 CO 2 + 2H 2O ; H = -890kJ
o

o
 nCO 2 + (n+1)H 2O
Cn H2n+2 + 3n+1 O2 t
2

Khi đốt cháy ankan thì nH 2O > nCO2 và nankan = nH 2O - nCO2
Các ankan đầu dãy đồng đẳng rất dễ cháy, tỏa nhiều nhiệt. Khí CO2, hơi nước
và nhiệt tạo thành nhanh nên có thể gây nổ.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Nếu không đủ oxi, ankan bị cháy không hoàn toàn, khi đó ngoài CO2 và H2O
còn tạo ra các sản phẩm như CO, muội than, không những làm giảm năng suất tỏa
nhiệt mà còn gây độc hại cho môi trường.
Oxi hóa không hoàn toàn
Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành
dẫn xuất chứa oxi.
xt NO

 HCHO + H2O
CH4 + O2 
o
600 - 800 C

RCH2 -CH2R' +

5
2

2+

Mn

 RCOOH + R'COOH + H O
O2  
2

5. ĐIỀU CHẾ
Trong công nghiệp
Công nghiệp khai thác ankan từ các nguồn thiên nhiên như mỏ khí thiên nhiên,
mỏ dầu. Từ khí thiên nhiên và khí mỏ dầu người ta thu được chủ yếu là metan và một
lượng nhỏ etan, propan, butan,… Dầu mỏ thường chứa các ankan từ C 1 đến C80. Nhờ
chưng cất phân đoạn, người ta thu được các phân đoạn có chứa ankan cùng với các
hiđrocacbon khác.
Trong phòng thí nghiệm
Phương pháp chung
0

- Cộng hiđro : CnH2n + H2 t
 CnH2n+2
0

CnH2n−2 + 2H2 t
 CnH2n+2

hoặc

- Nhiệt phân bằng hỗn hợp “vôi tôi xút” (CaO + NaOH rắn):
, CaO
 C nH 2n+2 + Na2CO3
CnH2n+1COONa + NaOH t
0

Phương pháp điều chế metan


 CH4
C + 2H2 


Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
6. ỨNG DỤNG CỦA ANKAN
Làm nhiên liệu
Ứng dụng quan trọng nhất của ankan là dùng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt
năng, điện năng và cơ năng cho các phương tiện giao thông vận tải và các nhu cầu
khác. Xăng, dầu được ví như máu trong huyết quản của nền kinh tế. Khí thiên nhiên
mà thành phần chính là metan dùng để đun nấu, cung cấp hơi nước để sưởi ấm, dùng
trong nhà máy phát điện, dùng để cung cấp nhiệt cho các nhà máy luyện kim, phân


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

đạm, gốm sứ… Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và khí mỏ dầu hóa lỏng (LPG) mà
thành phần chủ yếu là propan và butan ngày nay đã trở thành nguồn nhiên liệu phổ
biến, tiện dụng trong đời sống và sản xuất. Hiện nay, khí thiên nhiên và dầu mỏ cung
cấp tới khoảng 70% trong khi các nguồn khác như than đá, nước, năng lượng hạt
nhân… chỉ cung cấp khoảng 30% tổng năng lượng mà loài người sử dụng.
Khí metan thoát ra từ sự phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong các bể ủ phân
rác, thành phần chính của biogas, ngày nay cũng đã trở thành nguồn cung cấp năng
lượng quan trọng cho nhiều trang trại của các hộ nông dân trên thế giới.
Làm nguyên liệu
Ankan là nguồn nguyên liệu cực kì quan trọng cho công nghiệp sản xuất các

chất hữu cơ và công nghiệp sản xuất phân đạm. Sở dĩ như vậy là vì chính từ các ankan
người ta điều chế được những hợp chất có khả năng phản ứng cao hơn để tổng hợp ra
các sản phẩm phục vụ con người.
Từ metan điều chế được axetilen, fomanđehit, CO và H2 …
400 - 1500 C
2CH 4 1
 
 CH  CH + 3H2
0

O, 600 C


CH4 + O 2 N

 HCH O + H2O
0

CH 
4

1
2

O 
 CO + 2H
2

2

Nhờ cracking ankan dầu mỏ, người ta thu được etilen, propilen,… dùng để tổng
hợp ra những hóa chất thiết yếu như etanol, etylen glicol,… và các chất dẻo quan
trọng như polietilen, polipropilen, …
Một số ứng dụng khác
(1) Propan và butan có thể hóa lỏng ở áp
suất tương đối thấp, và chúng được biết dưới
tên gọi khí hóa lỏng. Ví dụ, propan được sử
dụng trong các lò nung khí propan còn butan
thì trong các bật lửa sử dụng một lần. Cả hai
ankan này được sử dụng làm tác nhân đẩy
trong các bình xịt.
(2) Từ pentan tới octan thì ankan là các chất lỏng dễ bay hơi. Chúng được sử dụng
làm nhiên liệu trong các động cơ đốt trong, do chúng dễ hóa hơi khi đi vào trong
khoang đốt. Các ankan mạch nhánh được ưa chuộng hơn, do chúng có sự bắt cháy


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

muộn hơn so với các ankan mạch thẳng tương ứng (sự bắt cháy sớm là nguyên nhân
sinh ra các tiếng nổ lọc xọc trong động cơ và dễ làm hư hại động cơ). Xu hướng bắt
cháy sớm được đo bằng chỉ số octan của nhiên liệu, trong đó 2,2,4 - trimetylpentan
(iso octan) có giá trị quy định ngẫu hứng là 100 còn heptan có giá trị bằng 0. Bên cạnh
việc sử dụng như là nguồn nhiên liệu thì các ankan này còn là dung môi tốt cho các
chất không phân cực.
Chỉ số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại sự
kích nổ của nhiên liệu, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của isooctan
(2, 2, 4 – trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có
khả năng chống kích nổ tương đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu đang
khảo sát. Trong hỗn hợp này thì isooctan có khả năng chống kích nổ tốt, được quy

ước bằng 100, ngược lại, n-heptan có khả năng chống kích nổ kém và được quy ước
bằng 0.
Các yếu tố liên quan đến động cơ ảnh hưởng đến chỉ số octan bao gồm: tỷ số nén,
hệ số đầy, góc đánh lửa sớm, nhiệt độ và áp suất vào độ giàu.
* Ý nghĩa của chỉ số octan: Chỉ số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của nhiên
liệu, khi dùng nhiên liệu có trị số octan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo sẽ
gây ra hiện tượng kích nổ làm giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn
các chi tiết máy, tạo khói đen gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại nếu dùng nhiên liệu
có trị số octan cao quá sẽ gây lãng phí. Điều quan trọng là phải dùng nhiên liệu đúng
theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là theo đúng tỷ số nén của động cơ, khi tỷ số nén
lớn thì yêu cầu trị số octan lớn và ngược lại.
+ Các phương pháp đo chỉ số octan:
* Phương pháp nghiên cứu (RON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2700
* Phương pháp mô tơ (MON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2699
(3) Các ankan từ nonan tới là các chất lỏng có độ nhớt cao, ít phù hợp cho mục
đích sử dụng lại, chúng tạo ra thành phần chủ yếu của dầu điezen và nhiên liệu hàng
không. Các nhiên liệu điezen được đánh giá theo chỉ số cetan (cetan là tên gọi cũ của
hexađecan). Tuy nhiên, điểm nóng chảy cao của các ankan này có thể sinh ra các vấn
đề ở nhiệt độ thấp và tại các vùng gần cực Trái Đất, khi đó nhiên liệu trở nên đặc
quánh hơn và sự truyền dẫn của chúng không được đảm bảo chuẩn xác.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

(4) Các ankan từ hexađecan trở lên tạo ra thành phần quan trọng nhất của các loại
chất đốt trong các lò đốt và dầu bôi trơn. Ở chức năng sau thì chúng làm việc như là
các chất chống gỉ do bản chất không ưa nước của chúng làm cho nước không thể tiếp
xúc với bề mặt kim loại. Nhiều ankan rắn được sử dụng như là sáp parafin,ví dụ trong
các loại nến. Không nên nhầm lớp sáp thực sự (ví dụ sáp ong) chủ yếu là hỗn hợp của

các este.

(5) Các ankan với độ dài mạch cacbon khoảng từ 35 trở lên được tìm thấy trong
bitum, được sử dụng chủ yếu trong nhựa đường để rải đường. Tuy nhiên, các ankan
có mạch cacbon lớn có ít giá trị thương mại và thông thường hay được tách ra thành
các ankan mạch ngắn hơn thông qua phương pháp crackinh.

7. BIOGAS – NHIÊN LIỆU XANH
Biogas là gì?
Biogas là một dạng khí sinh học được tái tạo trong quá trình phân hủy những chất
thải của con người và động vật trong điều kiện hầm kín. Nhờ hoạt động của các vi
sinh vật, các chất thải sẽ lên men và tạo khí được sử dụng làm khí đốt và chạy động
cơ đốt trong.
Thành phần và nguồn gốc
- Biogas là viết tắt từ Biological Gas, là khí sinh ra từ quá trình phân hủy xác động
thực vật, thành phần gồm có:
+ Metan (CH4): 50% - 75%.
+ Cacbon đioxit (CO2): 25% - 50%.
+ Nitơ (N2): 0% - 10%.
+ Hiđro sunfua (H2S): 0% - 3%.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

+ Oxi (O2): 0% - 2%.
- Nguồn gốc: Là các phế liệu trong sản xuất nông, lâm nghiệp và các hoạt động
sống sản xuất và chế biến nông lâm sản. Hoặc phân gia súc làm nguồn nhiên liệu chủ
yếu hiện nay trong các hầm biogas
Bản chất kị khí của Biogas

Là chất thải được phân hủy nhờ vào các vi sinh vật trong điều kiện hoàn toàn
không có oxi. Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các chất
có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường glyxerin... (được gọi chung là hiđrat
cacbon).
+ Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại vi khuẩn metan để chuyển hầu
như toàn bộ các chất hiđrat cacbon thành CH4, CO2.
1. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
2. CO + 3H2 → CH4 + H2O
3. 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2
4. 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O
5. 4CHOH → 3CH4 + 2H2O + CO2
6. CH3COOH → CH4 + H2O
Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra
một hỗn hợp khí có thể cháy được: H2, H2S, NH3, CH4, C2H2,… trong đó CH4 là sản
phẩm khí chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan ).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
- Điều kiện kị khí: không có O2 trong dịch lên men.
- Nhiệt độ: qui mô nhỏ thực hiện ở 30 – 35oC, qui mô lớn có cơ khí hóa và tự động
hóa thực hiện ở 50 – 55oC.
- Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vi sinh vật giảm sinh trưởng và phát triển).
- Tỷ lệ C/N: 30/1 là tỷ lệ tốt nhất.
- Tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 - 7/1.
- Sự có mặt của không khí và độc tố: tuyệt đối không có oxy. Các ion NH 4+, Ca2+,
K+ , Zn2+, SO42-, ở nồng độ cao có ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi
khuẩn sinh metan.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

- Tốc độ bổ sung nguyên liệu: bổ sung càng đều thì sản lượng khí thu được cao Khuấy đảo môi trường lên men: tăng cường sự tiếp xúc cơ chất.
- Thời gian lên men: 30 – 60 ngày.
Sơ đồ lắp đặt thiết bị khí sinh học biogas

Hình 2. Sơ đồ lắp đặt hầm biogas

Hình 3. Hệ thống và thiết bị vận hành khí sinh học biogas

Lợi ích của biogas
* Về năng lượng: Biogas là nguồn năng lượng giá trị cao có thể phục vụ nhiều
mục đích:
+ Đun nấu: như khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
+ Thắp sáng: đèn mạng biogas
+ Chạy động cơ đốt trong: thay thế xăng, dầu điezen; cung cấp động lực chạy máy
xay xát, máy bơm nước hoặc kéo máy phát điện...


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Hình 4. Động cơ biogas

Hình 5. Xe buýt cao tốc chạy bằng phân bò đầu tiên ở nước Anh

Hình 6. Xe máy chạy bằng biogas

+ Nồi cơm điện, máy nước nóng, chạy tủ lạnh, máy ấp trứng,…
+ Úm gà con, nuôi tầm, sưởi nhà kính,…

Hình 7. Úm gà con

Hình 8. Nấu nước bằng khí biogas


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Ngoài mục đích năng lượng, biogas còn có thể dùng để bảo quản rau, quả, ngũ
cốc.
Mỗi năm chỉ tính riêng cho việc sử dụng khí đốt biogas và thắp sáng, mỗi hộ
gia đình nông thôn chỉ cần nuôi thường xuyên với qui mô 4 - 10 con heo thịt là có đủ
lượng nguyên liệu để cung cấp khí gas sử dụng đun nấu và thắp sáng và có thể tiết
kiệm được từ 3 ÷ 5 triệu đồng mỗi năm. Theo nghiên cứu ở Việt Nam thì lượng khí
metan sinh ra từ 1 kg nguyên liệu phân và nước tiểu heo là 40 - 60 lít, trung bình mỗi
ngày hầm biogas với số heo từ 4 - 5 con sản sinh được lượng gas 800 - 1000 lít đủ
dùng cho 4 - 5 người.
*Về nông nghiệp:
Nguyên liệu khi được nạp vào thiết bị biogas sẽ bị biến đổi và một phần chuyển
hóa thành biogas. Phần còn lại là bã đặc và nước thải lỏng. Bã thải là sản phẩm thứ
hai rất có giá trị của thiết bị biogas. Nó có thể được dùng vào nhiều mục đích.
- Làm phân bón: Phân biogas có tác dụng như sau:
+ Tăng năng suất cây trồng
+ Hạn chế sâu bệnh
+ Nâng cao độ phì cho đất

Hình 9. Sử dụng phân bón từ phụ phẩm biogas tăng năng suất cây trông
- Các mục đích khác:
+ Xử lý hạt giống trước khi gieo trồng
+ Nước thải sau khi qua biogas dùng để nuôi tảo, bèo làm thức ăn bổ sung cho

gia súc, gia cầm.
+ Nuôi thủy sản
+ Trồng nấm, nuôi giun…


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Hình 10. Nước thải khi qua biogas dung để nuôi thủy sản, nuôi tảo, bèo

* Về môi trường:
+ Cải thiện vệ sinh: Không khói bụi, nóng bức giảm bệnh phổi, giảm bệnh đau
mắt. Xử lý phân giảm bệnh giun sán, giảm bệnh truyền nhiễm. Hạn chế thuốc trừ sâu.
+ Xử lí chất thải hữu cơ: chất thải rắn và nước thải.
+ Bảo vệ đất khỏi bạc màu: Lượng bùn và nước thải sau khi đã qua phân hủy ở
hầm biogas đã tiêu diệt được một phần các mầm bệnh, đem ủ hoặc khử trùng rồi dùng
bón cho các loại cây trồng rất tốt.
+ Hạn chế phá rừng.
+ Giảm phát thải khí nhà kính (vì khí mêtan sinh ra đốt cháy được).

Hình 11. Cuộc sống của hộ dân trước và sau khi sử dụng biogas


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Tác hại của biogas
- Việc vận hành và bảo quản tương đối phức tạp (có khả năng cháy nổ, đòi hỏi vận
hành và bảo quản tốt)
- Việc vô hiệu hóa các mầm bệnh trong điều kiện yếm khí thường đạt hiệu quả

không cao.
- Tạo thể tích chất thải lớn hơn ban đầu, nước thải của hầm ủ vẫn còn khả năng
gây ô nhiễm nguồn nước.
- Vài hóa chất trong chất thải có thể làm cản trở quá trình phân hủy
- Lọc CO2 và H2S để dùng chạy động cơ đốt trong.
8. NGUỒN NHIÊN LIỆU HIỆN ĐẠI
Dầu mỏ
* Khái niệm:
Dầu mỏ là chất lỏng sánh màu
nâu đen, không tan trong nước và
nhẹ hơn nước. Trong tự nhiên, dầu
mỏ tập trung thành các vùng lớn, ở
sâu trong lòng đất, tạo thành các mỏ
dầu. Mỏ dầu thường có ba lớp:
- Lớp khí ở trên, được gọi là khí mỏ
dầu hay khí đồng hành. Thành phần chính của khí mỏ dầu là metan.
- Lớp dầu lỏng có hòa tan khí ở giữa, đó là hỗn hợp phức tạp của nhiều loại
hiđrocacbon và những lượng nhỏ các hợp chất khác.
- Dưới đáy mỏ dầu là một lớp nước mặn.
*Cách khai thác:
Người ta khoan những lỗ khoan xuống lớp dầu lỏng (còn gọi là giếng dầu). Khi
khoan trúng lớp dầu lỏng, dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của khí dầu mỏ. Khi
lượng dầu giảm thì áp suất khí cũng giảm, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc
bơm nước xuống để đẩy dầu lên.
* Các sản phẩm chế biến từ dầu mỏ:
Khi chưng cất dầu mỏ, các sản phẩm được tách ra ở những khoảng nhiệt độ
khác nhau. Quá trình này diễn ra trong tháp chưng cất phân đoạn. Sản phẩm dầu mỏ
chủ yếu là dầu hỏa, điezen, xăng nhiên liệu, dầu bôi trơn, nhựa đường,...

VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Hình 12. Một số sản phẩm của dầu mỏ

*Tình hình khai thác và chế biến dầu mỏ
- Ở các nước trên thế giới:
Ước tính chung trên thế giới nguồn dầu mỏ thương mại còn dùng được khoảng
60 năm, trong đó Ả rập Xê – út là quốc gia đứng đầu thế giới về trữ lượng dầu mỏ với
264,5 tỉ thùng.
- Ở Việt Nam:
+ Dầu mỏ nước ta tập trung chủ yếu ở thềm lục địa phía Nam.
+ Ngày 3/7/1980 đã diễn ra lễ kí hiệp định hợp tác Việt – Xô về thăm dò và
khai thác dầu khí ở thềm lục địa phía Nam – Việt Nam.
+ Bạch Hổ là mỏ dầu lớn nhất trên thềm lục địa nước ta. Mỏ có trữ lượng
khoảng 300 triệu tấn và được khai thác thương mại từ giữa năm 1986.

Hình 13. Khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ

- Nhà máy lọc dầu Dung Quất được đưa vào sử dụng từ năm 2009 – 2010 cũng
mới chỉ cung cấp được khoảng trên 5 triệu tấn xăng, dầu cho giao thông vận tải trong
tổng số nhu cầu từ 15 – 17 triệu tấn. Hằng năm nước ta vẫn phải nhập khoảng 10 triệu
tấn xăng.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Hình 14. Nhà máy lọc dầu Dung Quất (Quảng Ngãi)

* Cách sử dụng nhiên liệu tiết kiệm, hiệu quả
- Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ gây ra lãng phí và ô nhiễm môi
trường. Việc sử dụng nhiên liệu tiết kiêm, hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp
quản lí và kĩ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương
tiện, thiết bị mà vẫn bảo đảm nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và
đời sống.
- Để sử dụng nhiên liệu lỏng một cách có hiệu quả, cần trộn đều nhiên liệu lỏng
với không khí. Ví dụ: Khi dùng bếp dầu, đèn cồn trong phòng thí nghiệm chú ý không
vặn bấc bếp dầu, bấc đèn cồn lên quá cao. Ngọn lửa bếp gas khi nấu nướng cũng
không nên để trùm lửa ra khỏi đáy nồi, chảo, ...
* Ảnh hưởng của dầu mỏ đến môi trường và cách khắc phục
(1) Tràn dầu
Tràn dầu là sự giải phóng hiđrocacbon dầu mỏ lỏng vào môi trường do các hoạt
động của con người. Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dò,
khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối và tàng trữ dầu khí và các sản phẩm của
chúng. Ví dụ, các hiện tượng rò rỉ, phụt dầu, vỡ đường ống, vỡ bể chứa, tai nạn đâm
va gây thủng tàu, đắm tàu, sự cố tại các dàn khoan dầu khí, cơ sở lọc hoá dầu,... làm
cho dầu và sản phẩm dầu thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu đến
sinh thái và thiệt hại đến các hoạt động kinh tế, đặc biệt là các hoạt động có liên quan
đến khai thác và sử dụng các dạng tài nguyên thuỷ sản.
*Cách khắc phục
Ngăn ngừa và khác phục sự cố tràn dầu.Trường hợp tràn dầu ngoài khơi, xa bờ, có
thể xem xét dùng chất phân tán dầu nhằm ngăn không cho dầu có khả năng loang vào


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

gây ô nhiễm đến bờ. Khi dầu đã lan và dạt vào bờ, cần nhanh chóng và bằng mọi biện
pháp, mọi phương tiện thu gom váng dầu , cặn dầu

Sử dụng vệ tinh để theo dõi các vệt dầu loang theo hướng gió hoặc thủy triều để có
biện pháp xử lý kịp thời.
(2) Ảnh hưởng của khí đốt dầu mỏ
Dầu mỏ đem đốt gây ra ô nhiễm vì sinh ra nhiều khí như SO 2, CO2…. Khí thải từ
xe cộ, máy móc... chạy bằng xăng góp phần làm Trái Đất nóng lên gây hiệu ứng nhà
kính.
*Cách khắc phục:
Tăng diện tích cây xanh, trồng cây mới và trồng rừng. Thay thế các phương tiện
giao thông công cộng bằng các phương tiện khác có khả năng sử dụng các nhiên liệu
khác không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường
Sử dụng khí mỏ - loại khí thoát ra trong quá trình khai thác các mỏ than, làm nhiên
liệu để sản xuất các năng lượng sạch.
Khí thiên nhiên
*Sự hình thành khí thiên nhiên:
Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nước
bao gồm tảo và động vật nguyên sinh. Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên
đáy đại dương, chúng dần bị vùi lấp và xác của chúng được nén dưới các lớp trầm
tích. Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhau tạo
nên trên xác các loại sinh vật đã chuyển hóa hóa học các chất hữu cơ này thành khí
thiên nhiên.
*Cách khai thác khí thiên nhiên:
Người ta tiến hành khoan xuống mỏ khí. Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có
chứa trữ lượng đáng kể khí thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí
thiên nhiên tự phun lên bề mặt.
Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và
người ta phải dùng bơm hút khí lên.
-Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là khí metan (khoảng 95%), hàm
lượng metan trong khí mỏ dầu khoảng 75%.
*Tình hình khai thác khí thiên nhiên
- Ở các nước trên thế giới:

VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

+ Trữ lượng khí thiên nhiên thế giới tổng cộng vào khoảng 150 tỉ tỉ m3.
+ Nga là quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất thế giới với 48 tỉ tỉ m3.
+ Ước tính chung trên thế giới khí thiên nhiên còn sử dụng được khoảng 80
năm.
- Ở Việt Nam:
Hiện nay, nước ta đã khai thác dầu và khí đốt ở các mỏ: Bạch Hổ, Đại Hùng,
Rạng Đông,... tính đến 31/12/2004 có 27 mỏ khí được phát hiện, chủ yếu ở thềm lục
địa phía nam biển Đông. Từ nguồn khí thiên nhiên, Việt Nam đã xây dựng hai cụm
Khí – Điện – Đạm ở Phú Mĩ – Bà Rịa và Cà Mau.

Hình 15. Biểu đồ sản lượng khai thác dầu ở Việt Nam

Hình 16. Cụm Khí – Điện – Đám ở Phú Mĩ
*Ứng dụng của nhiên liệu khí
Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu khí khoảng 60 000kI/kg, lớn hơn so với
nhiên liệu rắn và dầu mỏ, khi cháy nhiên liệu khí ít gây độc hại đến môi trường. Nhiên
liệu khí được dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp.


VƯƠNG MINH ĐẠT
Gmail:

Hình 17. Biểu đồ năng suất tỏa nhiệt của một số nhiên liệu thông thường

*Cách sử dụng nhiên liệu khí tiết kiệm, hiệu quả

- Cung cấp đủ oxi hoặc không khí cho quá trình cháy như thổi ống khí vào lò,
xây ống khói cao để hút gió.
- Tăng diện tích tiếp xúc của nhiên liệu với không khí hoặc oxi bằng cách trộn
đều nhiên liệu khí với không khí.
- Điều chỉnh lượng nhiên liệu để duy trì sự cháy ở mức độ cần thiết, phù hợp
với nhu cầu sử dụng nhằm tận dụng nhiệt lượng cho sự cháy tạo ra. Ví dụ: Khi sử
dụng gas ở gia đình nên để ngọn lửa ở mức vừa phải, khi dùng xong phải khóa bình
gas để đảm bảo an toàn.
Theo các nhà khoa học, Việt Nam cần có chiến lược về khoáng sản, năng
lượng biển một cách hợp lí, để phù hợp với Chiến lược phát triển bền vững biển
và hải đảo đến năm 2020, tầm nhìn 2030.