液態(tài)有機(jī)物化學(xué)不穩(wěn)定性的探討

摘 要：液態(tài)有機(jī)物的應(yīng)用范圍十分廣泛，但有機(jī)物的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致事故的頻頻發(fā)生，這對(duì)環(huán)境造成了很大程度的影響。消防部門作為危險(xiǎn)化學(xué)品的監(jiān)督管理部門和火災(zāi)爆炸事故發(fā)生后高效處理的主力，研究液態(tài)有機(jī)物不穩(wěn)定的性質(zhì)對(duì)消防部門有著十分重要的意義。本文主要探究有機(jī)物不穩(wěn)定的性質(zhì)，通過研究酯類和醇類有機(jī)物得出相關(guān)結(jié)論。這為危險(xiǎn)化學(xué)品防火防爆管理提供了有利的參考。

關(guān)鍵詞：液態(tài)有機(jī)物；不穩(wěn)定性；性質(zhì)的相關(guān)探討

一、液態(tài)有機(jī)物的不穩(wěn)定性體現(xiàn)在許多方面

在多種行業(yè)快速發(fā)展的過程中，化工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)中的地位越來越重要。我國擁有著廣闊的土地以及豐富的化工材料，這就為化工業(yè)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。隨著各種有機(jī)物質(zhì)的廣泛使用，一些化學(xué)事故也不斷出現(xiàn)。其中最為嚴(yán)重的就是火災(zāi)泄露事件以及爆炸事故，這是由于沒有準(zhǔn)確了解液態(tài)有機(jī)物的性質(zhì)直接投入使用造成的。這種事故主要是由于化學(xué)物質(zhì)自身的不穩(wěn)定性造成的。

液態(tài)有機(jī)物的不確定性主要體現(xiàn)在易自燃、引發(fā)周圍物質(zhì)進(jìn)行燃燒、可以與水進(jìn)行快速反應(yīng)、發(fā)生氧化還原反應(yīng)所需的條件簡(jiǎn)單、與其他物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)反應(yīng)迅速等方面。有機(jī)物的不穩(wěn)定性使得工業(yè)產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、經(jīng)營(yíng)以及廢棄過程中發(fā)生安全事故的可能性大大增強(qiáng)，因此了解有機(jī)物的特殊性質(zhì)可以有效防控化學(xué)品危害事故的發(fā)生，也提高了危險(xiǎn)化學(xué)品的安全管理技能。

在化學(xué)品與其他物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程中，反應(yīng)失控常會(huì)導(dǎo)致放熱、吸熱以及壓力的波動(dòng)，所以在對(duì)于化學(xué)體系的測(cè)量時(shí)要使用反應(yīng)熱測(cè)量的數(shù)據(jù)，這樣得到的情況是最真實(shí)的，也更有利于進(jìn)行技術(shù)安全管理。

二、探究不穩(wěn)定性時(shí)用到的材料

研究液態(tài)有機(jī)物的不穩(wěn)定性可以通過具體的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行探究，根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可以找到影響不穩(wěn)定性的因素。在實(shí)驗(yàn)過程中可以使用控制變量法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。使用的主要物質(zhì)包括無水乙醇、甲醇、正丁醇、聚乙二醇等醇類。對(duì)于酯類物質(zhì)來說，可以使用磷酸三丁醇、磷酸三甲酚酯以及鈦酸四正丁酯丁等酯類物質(zhì)。另外可以使用加熱系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行加熱，使用的加熱系統(tǒng)要求變化穩(wěn)定可調(diào)。實(shí)驗(yàn)主要研究有機(jī)物的溫度從22攝氏度到24攝氏度的變化過程，溫度升高的速率是每分鐘2攝氏度。這樣就可以觀察在溫度不同的情況下有機(jī)物在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的壓力大小，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來探究有機(jī)物穩(wěn)定性受到溫度的影響大小。

三、對(duì)于結(jié)果的分析

1.酯類物質(zhì)的不穩(wěn)定性。在探究酯類物質(zhì)的不穩(wěn)定性時(shí)也需要分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@樣是最具有科學(xué)依據(jù)的。直接觀察溫度變化導(dǎo)致的壓力數(shù)值的變化可能不易得到結(jié)果，因此可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，可以通過圖示的方式來進(jìn)行表現(xiàn)。其中橫坐標(biāo)表示溫度的變化，縱坐標(biāo)表示多種有機(jī)物壓力的數(shù)值。不同的液態(tài)有機(jī)物反應(yīng)時(shí)，壓力的大小受到溫度變化的影響程度是不同的。

通過分析圖表中的數(shù)據(jù)我們可以看出磷酸三丁酯的壓力在溫度達(dá)到207攝氏度時(shí)達(dá)到最大值，在這個(gè)溫度的基礎(chǔ)上如果再進(jìn)行溫度的升高就會(huì)導(dǎo)致壓力數(shù)值的降低。研究物質(zhì)的熱能數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)熱能變化在207攝氏度之前是穩(wěn)定增加的，但是在這個(gè)溫度上再進(jìn)行升高就會(huì)導(dǎo)致熱能數(shù)值發(fā)生劇烈變化，然后就會(huì)迅速升高到最大值。壓力發(fā)生變化的主要原因是磷酸三丁酯在207攝氏度之前達(dá)到了沸點(diǎn)，然后就會(huì)釋放出蒸汽或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出氣體導(dǎo)致壓力升高。在207攝氏度之后反應(yīng)消耗了反應(yīng)器皿中的氧氣值，導(dǎo)致壓力下降。當(dāng)酯類物質(zhì)在反應(yīng)器皿中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)生成新的物質(zhì)，這個(gè)過程就會(huì)放熱，從而導(dǎo)致熱量增加。

但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，磷酸三甲酯的壓力和熱量整體都趨于增加，沒有發(fā)生突變，這就說明磷酸三甲酯基本上沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同樣的，鈦酸四正丁酯的壓力也基本上維持在初始?jí)毫Φ乃健＿@種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與鈦酸四正丁酯在空氣中進(jìn)行固化有關(guān)。一般物質(zhì)在進(jìn)行受熱之后可能會(huì)進(jìn)行汽化，但是這種酯類可能沒有進(jìn)行汽化，只進(jìn)行了固化，這就導(dǎo)致了壓力數(shù)值沒有發(fā)生大幅度的改變。因此可以看出鈦酸四正丁酯的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，磷酸三丁酯的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。其它幾種實(shí)驗(yàn)酯類的分析過程也與之相似，根據(jù)壓力變化的圖示進(jìn)行分析即可。

2.醇類物質(zhì)的不穩(wěn)定性。研究實(shí)驗(yàn)材料中所有醇類物質(zhì)壓力隨溫度變化的數(shù)據(jù)圖示，可以看出所有醇類的壓力都隨著溫度的增加保持穩(wěn)定增加。但是每一種醇類物質(zhì)的壓力出現(xiàn)峰值的溫度都不同。出現(xiàn)壓力劇增的情況可能是醇類物質(zhì)在這個(gè)溫度下達(dá)到了沸點(diǎn)，物質(zhì)由液態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化成了氣態(tài)的有機(jī)物，在這個(gè)過程中放出了蒸汽或者是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)放出氣態(tài)所致。

在所有的醇類物質(zhì)中，只有無水乙醇的熱量在200攝氏度之后發(fā)生劇烈改變，變化不穩(wěn)定，這主要是因?yàn)闊o水乙醇受到的壓力在這個(gè)溫度下突增，實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)樣品顏色由實(shí)驗(yàn)前的無色變成淡黃色液體，這說明無水乙醇發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。聚二乙醇和乙二醇化學(xué)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，在進(jìn)行增壓的情況下沒有出現(xiàn)熱量激增的情況。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)于水溶性較強(qiáng)的物質(zhì)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析可知，一些有機(jī)物分子中羥基和H-CN發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)會(huì)生成羧基。四個(gè)以下原子組成的物質(zhì)穩(wěn)定性極低，因此不可能存在，由六個(gè)碳環(huán)組成的分子比較穩(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化。另外根據(jù)對(duì)醇類和酯類的性質(zhì)研究，我們可以得出液態(tài)有機(jī)物的一些性質(zhì)。酯類液態(tài)有機(jī)物的穩(wěn)定性不高，較為穩(wěn)定的是鈦酸四正丁酯。一些在反應(yīng)過程中不進(jìn)行汽化的酯類有機(jī)物受到的壓力基本上不會(huì)隨著溫度改變有大幅度的變化。對(duì)于醇類物質(zhì)來說，甲醇具有不穩(wěn)定的化學(xué)屬性，火災(zāi)爆發(fā)的可能性最高，一般醇類的物質(zhì)發(fā)生穩(wěn)定性變化都在200攝氏度左右，在這個(gè)溫度之前化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，危險(xiǎn)程度不高。在醇類物質(zhì)中，乙二醇和聚乙二醇在實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)的溫度下都沒有發(fā)生壓力和熱量的變化，說明這種醇類物質(zhì)是所有醇類中最穩(wěn)定的一種。

四、影響穩(wěn)定性的因素以及提高穩(wěn)定性的方法

1.影響液態(tài)有機(jī)物的因素。在使用ARSST反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)醇類和酯類物質(zhì)等液體有機(jī)物穩(wěn)定性的測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，溫度是最有可能影響穩(wěn)定性的因素。當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，物質(zhì)很有可能發(fā)生壓力和熱量的突變，穩(wěn)定性差的液態(tài)有機(jī)物發(fā)生火災(zāi)爆炸的可能性最大，一些化學(xué)屬性比較穩(wěn)定的液態(tài)有機(jī)物受到溫度的影響不會(huì)太大。

此外一些外部因素也會(huì)影響液態(tài)有機(jī)物的性質(zhì)，在溫度極高的環(huán)境下液態(tài)有機(jī)物易發(fā)生自燃現(xiàn)象。一些有機(jī)物的反應(yīng)條件十分簡(jiǎn)單，這體現(xiàn)了液態(tài)有機(jī)物的不穩(wěn)定性。例如鈉物質(zhì)在常溫下與水就可以發(fā)生反應(yīng)，很多液態(tài)的有機(jī)物性質(zhì)與鈉有相似的地方，有些液態(tài)有機(jī)物在常溫下也會(huì)與水等常見的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

在物質(zhì)的組成方面上來說，物質(zhì)的不穩(wěn)定性與內(nèi)部電子的組成體系有關(guān)。電子的轉(zhuǎn)移和運(yùn)動(dòng)方向的改變會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性大幅度下降。其中共用電子對(duì)的偏移會(huì)導(dǎo)致電負(fù)性的出現(xiàn)。因此當(dāng)電子穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)就會(huì)減少對(duì)液態(tài)有機(jī)物穩(wěn)定性的影響。為了防止液態(tài)有機(jī)物的不穩(wěn)定性在有機(jī)物的使用過程中造成不良影響，我們可以在使用前根據(jù)使用溫度進(jìn)行液態(tài)有機(jī)物的選擇，結(jié)合環(huán)境因素以及周圍常見物質(zhì)的種類進(jìn)行選擇。

2.提升液態(tài)有機(jī)物穩(wěn)定性的方法。由于液態(tài)有機(jī)物穩(wěn)定性受到多方面因素的影響，因此可以使用某些化學(xué)物質(zhì)將有機(jī)物的穩(wěn)定性進(jìn)行小幅度的提升，最常見的化學(xué)物質(zhì)就是干燥劑。在選擇干燥劑時(shí)劑量的大小以及干燥劑的種類和適用的范圍都需要考慮，使用干燥劑對(duì)物質(zhì)進(jìn)行干燥之后會(huì)使部分液態(tài)有機(jī)物得到固化，這樣就會(huì)提高有機(jī)物的穩(wěn)定性。在常溫下與常見物質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)的可能性變小，穩(wěn)定性得到提升之后適用的范圍也在變大。因此可以使用一些化學(xué)物質(zhì)使有機(jī)物的穩(wěn)定性得到提升。

五、總結(jié)

根據(jù)以上對(duì)于液態(tài)有機(jī)物的性質(zhì)分析可以發(fā)現(xiàn)，在所有的性質(zhì)中最為突出的性質(zhì)就是不穩(wěn)定性。不穩(wěn)定性的存在對(duì)于有機(jī)物的使用有一定影響。了解防爆安全管理的相關(guān)內(nèi)容對(duì)于有機(jī)物使用范圍的了解比較有利，探究有機(jī)物的不穩(wěn)定性在很大程度上促進(jìn)了化工業(yè)的發(fā)展。及時(shí)進(jìn)行液態(tài)有機(jī)物性質(zhì)的了解有利于我國化工業(yè)整體水平的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]張勤學(xué).液態(tài)有機(jī)物化學(xué)不穩(wěn)定性研究[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，33（05）：93-96.

[2]白思航.有機(jī)物不穩(wěn)定性的影響因素[D].武漢大學(xué)，2016.

[3]鄧佳，胡夢(mèng)坤，趙秀蘭，倪九派，謝德體.不同液態(tài)有機(jī)物料中的性能研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（03）：1098-1104.

[4]江春玉，李忠佩，崔萌，車玉萍.液態(tài)有機(jī)物的本質(zhì)，2014，51（02）：325-334.

[5]操沈彬，王淑瑩，吳程程，杜睿，馬斌，彭永臻.有機(jī)物的種類劃分，2013，33（12）：2164-2169.

作者簡(jiǎn)介

盧博文（1990.02—），女，漢族，籍貫：河南焦作，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，職稱：助教；學(xué)歷：本科；方向：化學(xué)。