Определение геометрических размеров молекул изомеров октана

Введение
2

Введение
Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива для двигателей внутреннего сгорания.
3

Пути повышения октанового числа
ввести в топливо некоторое количество специальных добавок
переработать само низкооктановое топливо
4

Изомеризация
Скелетная изомеризация – процесс изменения строения молекулы без изменения ее состава, происходит с помощью катализаторов.
н-октан
2-метилгептан
2,3-диметилгексан
и др.
5

Катализаторы
Катализатор – химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции.
Система пор цеолита типа ZSM-5
6

Цель работы - расчет размера молекул изомеров октана и сопоставление этой величины с диаметром пор наиболее распространенных типов цеолитных катализаторов
8

Изомеры октана
Октаны - углеводороды состава С8H18 (18 изомеров)
н-октан
2,3-диметилгексан
7

Приближения и допущения:
Углы между любыми связями С-С и С-Н одинаковы (угол a) и равны 109,45۫۫’.
Длина связи углерод-водород равна 1,09 Å (связи синего цвета).
Длина связи углерод-углерод равна 1,54 Å (связи розового цвета).
Радиус атома водорода равен rН = 0,37 Å.
При расчетах все числа сокращались до сотых.
Используемые формулы и соотношения:
Для расчета геометрических размеров молекул в нашей работе мы использовали следующие формулы:
Теорема Пифагора: с2=a2+b2, где с-гипотенуза прямоугольного треугольника, а и b-катеты (1).
Теорема косинусов: a2 = b2 + c2 − 2·b·c·cosےα, где ά-угол, противолежащий стороне а (2).
Радиус вписанной окружности правильного треугольника, выраженный через его сторону t равен r=√3/6*t.
Диагональ прямоугольника, вписанного в окружность, равна диаметру этой окружности.
9

Ход работы
Для каждой из молекул строилась ее проекция на плоскость, для расчетов выбиралась проекция, имеющая наименьшие геометрические размеры. В выбранной проекции рассчитывалось расстояние между наиболее удаленными точками.
Вычисления проводились исходя из данных о длинах связей, определенных как расстояния между центрами атомов, затем учитывался размер концевых атомов водорода.
На последнем этапе работы сравнивались размеры молекул с размерами пор цеолитных катализаторов.
10

Проекции всех молекул октана
н-октан
2-метилгептан
2,3-диметилгексан
2,2-диметилгексан
2-этилгексан
2-метил-3-этилпентан
11

Пример 1. 2,2,4-триметилпентан
Модель молекулы 2,2,4-триметилпентана
12

2,2,4-триметилпентан
a
b
h1
h2
h3
E
F
B
C
D
13
b=a=5,03Å
M

Минимальный размер поперечного сечения молекул изомеров октана
14

Катализаторы
Поры цеолита Beta.
Поры цеолита морденит.
Поры цеолита ZSM-5.
15

Сопоставление результатов
16