Produkcja przemysłowa 

substancji chemicznych

Dr inż. Katarzyna Kozłowska

Podstawowe surowce przemysłu 
chemicznego

Z kopalin wydobywa się:

 surowce mineralne takie jak sól kamienna, hematyt, 

kwarc, piryt, blenda cynkowa, wapień, magnetyt, sole 
potasu, boksyt, galena, apatyt, anhydryt i wiele innych. 

 ropę naftową 
 gaz ziemny 
 różne węgle

Rośliny i zwierzęta są źródłem:

 tłuszcze 
 drewno 
 zboża, ziemniaki, buraki cukrowe

Gaz ziemny

 Zawiera głównie metan

 Częściej jednak - mieszanina zawierająca 95% metanu oraz 

wyższe alkany z domieszkami H

2

S, N

2

, CO

2

 i helowców

 Gaz ziemny  - wykorzystuje się jako tanie paliwo w instalacjach 

domowych i przemysłowych

 Metan  - cenny surowiec przemysłu

Półspalanie metanu:

2CH

4

 + O

2

 --> 2CO + 2H

2

daje gaz syntezowy - z którego można otrzymać metanol, 

alkany, kwasy karboksylowe i inne związki organiczne

Ropa naftowa

 Ropa naftowa - to mieszanina węglowodorów zawierających 

związki węgla od C4 do C50

 Skład ropy zależy od pochodzenia

 Głównym składnikiem  - alkany o łańcuchu prostym

Frakcje ropy naftowej

 Frakcja benzynowa  - służy jako paliwo do silników 

spalinowych

 Ilości benzyny otrzymywane z ropy nie wystarczają na 

pokrycie potrzeb - 

opracowano metody przekształcania 

węglowodorów niższych i wyższych w węglowodory wrzące 

w pożądanym zakresie temperatur

 Wyższe frakcje poddaje się 

krakowaniu 

(rozrywanie długich 

łańcuchów) a niższe 

polimeryzacji, izomeryzacji

 Dąży się przez odpowiedni dobór warunków aby 

węglowodory miały budowę rozgałęzioną

 Jako kryterium oceny benzyn  - liczba oktanowa (L.O). 

Założono, że liczba oktanowa łańcuchowego n-heptanu 

wynosi 0, a rozgałęzionego izooktanu - 100

izooktan (2,2,4-trimetylopentan) LO = 100 

Produkty ropy naftowej

Liczba oktanowa

Liczba oktanowa podaje procentową zawartość izooktanu w 

porównawczej mieszaninie izooktanu i n-heptanu

Celem podniesienia liczby oktanowej benzyny dodaje się

 nieraz tetraetylek ołowiu (C

2

H

5

)

4

Pb - stąd nazwa etylina

Węgiel kamienny

 To mieszaniną różnych połączeń - w skład których jako 

pierwiastki podstawowe wchodzą; węgiel, wodór, tlen, azot, 

siarka

 W 

czasie ogrzewania (sucha destylacja)

  - następuje 

zrywanie wiązań C-C, C-H, C-O

 Przeróbkę węgla prowadzi się w koksowniach i gazowniach 

w temperaturze 900 - 1000

o

C

Węgiel kamienny

Przy zgazowaniu 1000kg węgla otrzymuje się:
 gaz świetlny 330m

3

 (20%) o przeciętnym składzie: 50% H

2

, 

34% CH

4

, 80% CO, 4% olefin, 4% N

2

, 1% CO

2

 

 koks 650 kg (65%) 
 smołę węglową 42 kg (5%) 
 wodę pogazową (ok. 10%) (NH

3

 + H

2

SO

4

 --> (NH

4

)

2

SO

4

 )

Smołę poddaje się destylacji frakcjonowanej

Skład smoły zmienia się w zależności od temperatury suchej 

destylacji węgla i gatunku węgla

Surowce roślinne i zwierzęce

 Tłuszcze roślinne i zwierzęce

 

 Celuloza

 Kauczuk

Tłuszcze roślinne i zwierzęce

 Występują w tkankach zwierzęcych (łój, smalec, masło, tran 

oraz w nasionach roślin (oleje, masło kakaowe)

 Ekstrakcja - proces polegający na wypłukiwaniu tłuszczu 

rozpuszczalnikiem organicznym ze zmiażdżonych uprzednio 

roślin

 Ekstrakt (roztwór)  - poddaje się destylacji w celu usunięcia 

rozpuszczalnika, który ponownie używa się do ekstrakcji

 Tłuszcze występujące w przyrodzie nie mają jednolitego 

składu chemicznego -wydzielono z nich ponad 50 różnych 

kwasów karboksylowych

Celuloza

 Jej źródłem jest drewno, słoma, bawełna i juta

 Z celulozy wyrabia się papier, kleje, lakiery, celofan, błony 

fotograficzne i sztuczny jedwab

 Papier produkowany jest z celulozy nie zmienionej chemicznie

 Inne wyroby celulozowe wymagają modyfikacji struktury 

łańcucha celulozowego

 Chemiczna modyfikacja celulozy polega na estryfikacji grup 

hydroksykowych

Kauczuk

 Kauczuk występuje w drzewach kauczukowych

 Z kauczuku naturalnego wyrabia się gumę

 Kauczuk naturalny jest polimerem z izoprenu:

nCH

2

=C(CH

3

)-CH=CH

2

 --> (-CH

2

-C(CH

3

)=CH-CH

2

-)n

Wartość n waha się w granicach 1500 – 3000

 Kauczuk jest wrażliwy na temperaturę i czynniki atmosferyczne

 Ogrzewanie kauczuku z siarką (wulkanizacja) daje gumę - 

produkt sprężysty, elastyczny odporny na chemikalia i 

wytrzymały mechanicznie

 Podczas wulkanizacji atomy siarki wiązane są przez reszty 

izoprenowe w miejscu podwójnych wiązań

 Wiązanie C=C pęka i atomy siarki tworzą mostek miedzy 

dwoma łańcuchami polimeru. W ten sposób łańcuchy 

poliizoprenu tracą swobodę poruszania się względem siebie, 

dzięki czemu guma zyskuje elastyczność i sprężystość

Surowce mineralne

 Sól

 

kamienna

  - surowiec wyjściowy do produkcji węglanu 

sodu, wodorotlenku sodu, chloru, wodoru, kwasu 

chlorowodorowego i innych chemikaliów 

 Hematyt

 - jest to tlenkowa ruda żelaza - 35 - 60% zawiera 

tlenek żelaza(III) - jest to surowiec wyjściowy do produkcji 

surówki żelaza

 Kwarc - SiO

2

 - surowiec do produkcji szkła, 

półprzewodników krzemowych oraz zaprawy murarskiej

 Piryt 

- Jest to siarczkowa ruda żelaza (Fe=33-45%, S=32-

45%, zawiera FeS

2 

- to surowiec do produkcji tlenku 

siarki(IV) i surówki żelaza

Surowce mineralne

 Blenda cynkowa

 to ruda cynku zawierająca siarczek cynku 

ZnS - to surowiec do produkcji cynku i tlenku siarki(IV)

 Wapień -CaCO

3

 

– to

 

surowiec do produkcji wapna palonego, 

cementu, szkła, karbidu, dodatków do produkcji surówki żelaza 

i stali, nawozów sztucznych, środków pomocniczych przy 

produkcji celulozy

 Magnetyt

 -to tlenkowa ruda żelaza (II i III) - Fe

3

O

4

 - 

Wykorzystywana jest do produkcji surówki żelaza

 Sole potasu

  - minerały potasu w mieszaninie z solami 

magnezu - Zawierają głównie chlorek potasu KCl, chlorek 

magnezu MgCl

2

, siarczan magnezu MgSO

4

, chlorek sodu NaCl 

- surowiec wyjściowym do produkcji nawozów sztucznych, 

wodorotlenku potasu, materiałów wybuchowych

Synteza organiczna w przemyśle

Syntetycznie otrzymuje się te związki - które nie występują w 

przyrodzie, bądź występują w zbyt małych ilościach w 

stosunku

 do potrzeb człowieka, lub gdy wyodrębnienie ich z surowców 

naturalnych jest droższe niż synteza

Środki powierzchniowo czynne

 Są to związki - których cząsteczki zawierają jedną polarną 

hydrofilową grupę końcową i długą hydrofobową resztę 

węglowodorową (10 - 20 atomów C)

 W wodzie tworzą roztwory koloidalne a na granicy faz 

jednocząsteczkowe warstwy, które obniżają napięcie 

powierzchniowe

 Środki powierzchniowo czynne  - wykorzystywane są jako 

środki myjące, środki czyszczące, jako emulgatory, jako 

środki dyspergujące w przemyśle farb, tworzyw sztucznych i 

papierowym, jako plastyfikatory do wapna i betonu oraz do 

wytwarzania piany w środkach gaśniczych

Środki powierzchniowo czynne

Rodzaje środków powierzchniowo czynnych:

 Anionowe 

- Własności warstwy powierzchniowej pochodzą 

od anionów, które posiadają grupę końcową -COO- lub -SO

3

-; 

mydło, siarczany alkilowe, sulfoniany alkilobenzenowe

 Kationowe 

-Własności warstwy powierzchniowej pochodzą 

od kationów, które najczęściej posiadają grupę 

alkiloamoniową -NR

3+ -

czwartorzędowe sole amonowe 

 Amfoteryczne -

 Własności warstwy powierzchniowej 

pochodzą od jonów obojnaczych, które w grupie końcowej 

zawierają glicynę - alkilobetanina 

 niejonowe środki powierzchniowo czynne -

 Własności 

warstwy powierzchniowej pochodzą od cząsteczek o 

strukturach polihydroksylowych lub polieterowych -Są to 

struktury węglowodanowe lub pochodne poliglikoli 

etylenowych - poliester etylenowy

Mydło

 Mydło powstaje w reakcji hydrolizy glicerydów (tłuszcze)

 Hydroliza ta prowadzi do otrzymania soli kwasów 

tłuszczowych i gliceryny

 Przykład soli - palmitynian sodowy C

15

H

31

COONa

 Zwykłe mydło  - to mieszaniną soli sodowych wyższych 

kwasów tłuszczowych

 Mydło może różnić się składem i metodą obróbki; można 

zrobić z oliwy - wówczas stanowi ono 

mydło kastylijskie

, 

można dodać do niego alkoholu, wówczas uzyskuje się 

mydło przezroczyste

, można sporządzić dyspersję 

powietrza w mydle i otrzymuje się 

mydło pływające w 

wodzie

, można również dodać środki zapachowe, 

bakteriobójcze i barwniki

 Jeżeli zamiast soli sodowej sporządzi się sól potasową - to 

uzyskuje się miękkie (maziste) 

mydło potasowe (tzw. 

mydło szare)

Mydło

 Mydło jest skutecznym środkiem piorącym dzięki zdolności 

emulgowania tłuszczów i oleju w wodzie

 Zdolność emulgowania mydło osiąga dzięki - obecności w 

cząsteczce części 

hydrofilowej (lubiacej wodę)

 i części 

hydrofobowej (nie rozpuszczalnej w wodzie ale 
rozpuszczalnej w rozpuszczalnikach niepolarnych)

 Każda cząsteczka mydła zawiera koniec polarny jak i 

niepolarny, a przy tym są one dostatecznie duże, aby ich 
końce mogły niezależnie od siebie przejawiać swe skłonności 
do rozpuszczania się

Mydło

Mydło

 Zgodnie z regułą 

podobne rozpuszcza podobne

 niepolarny 

koniec każdej cząsteczki poszukuje niepolarnego środowiska

 Jeżeli nie ma w roztworze innych podobnych substancji to 

wtedy niepolarne końce gromadzą się obok innych 
niepolarnych części cząsteczek mydła -powstaje wtedy 

micela

Mechanizm tworzenia miceli i 
gromadzenia sie cząsteczek mydła na 
powierzchni roztworu

 

Mydło

 Polarne końce ustawiają się na zewnątrz w kierunku 

polarnego rozpuszczalnika czyli wody

 Jony sodowe lub potasowe przechodzą do roztworu a na 

powierzchnia miceli uzyskuje ładunek ujemny

 Odpychanie się ładunków jednoimiennych powoduje, że 

micele są rozproszone

 Podobnie zachowują się cząsteczki mydła na powierzchni 

roztworu

 Części hydrofilowe skierowane są w stronę wody

Mechanizm tworzenia emulsji w 
procesie usuwania oleju 

Mydło

 Otoczka  - powstaje w wyniku silniejszego oddziaływania  - 

wnikania do kropelki oleju części węglowodorowej łańcucha 

anionu kwasu tłuszczowego

 Powstaje  -warstwa graniczna od strony oleju

 Jonowe (polarne) końce mydła rozpuszczają się w fazie wodnej, 

a końce węglowodorowe (niepolarne) - w fazie olejowej

 Końce nie są połączone - tworzy się 

graniczna powierzchnia 

międzyfazowa

 Na powierzchni zgromadzony ładunek jednoimienny zapobiega 

zlewaniu się kropelek oleju -tworzy się trwała emulsja oleju i 

wody, którą można usunąć z oczyszczanej powierzchni

Spoiwa budowlane

Spoiwo budowlane - to wypalony i sproszkowany minerał, 

który po wymieszaniu z wodą na skutek reakcji chemicznych 

ulega stwardnieniu, wykazując właściwości wiążące

Ze względu na zachowanie się spoiw w środowisku wodnym, 

w czasie ich twardnienia  rozróżnia się spoiwa:

o hydrauliczne

o powietrzne

Spoiwa budowlane

 Spoiwo hydrauliczne

  - zmieszane z wodą wiąże i 

twardnieje zarówno w wodzie jak i na powietrzu, uzyskując 
odpowiednie cechy wytrzymałościowe - wapno 
hydrauliczne, cementy portlandzkie, hutnicze, glinowe

 Spoiwo powietrzne

  - po zmieszaniu z wodą ulegają 

wiązaniu i stwardnieniu jedynie na powietrzu - wapno, 
spoiwo gipsowe, magnezjowe oraz spoiwa krzemianowe

Spoiwa wapienne

 Spoiwo wapienne należy do grupy spoiw powietrznych i 

oparte jest na tlenku wapnia CaO

 Wapno palone (CaO)  - otrzymuje się przez wypalanie 

kamienia wapiennego (CaCO

3

) w piecach szybowych, 

obrotowych w temperaturze 950 - 1050

o

C

Proces wypalania

CaCO

3

 <=> CaO + CO

2

 + 165,5 kJ/mol

Spoiwa wapienne

 W czasie wypalania wapienia temperatura nie może być zbyt 

wysoka - może wystąpić proces 

powlekania (oblepiania)

 

ziarenek wapna palonego nieprzepuszczalnymi dla wody 

stopionymi tlenkami zanieczyszczeń

 Zanieczyszczenia te to: krzemionka, tlenki żelaza, tlenki 

glinu lub węglan magnezu

 Zbyt wysoka temperatura wypalania daje tzw. wapno 

martwe - nie podatne na proces gaszenia

Proces gaszenia wapna palonego:

CaO + H

2

O --> Ca(OH)

2

 - 63,5 kJ/mol

Wapno gaszone

W zależności od sposobu prowadzenia procesu gaszenia
 wapno dzieli się na:

o ciasto wapienne

o wapno hydratyzowane

o mleko wapienne

Ciasto wapienne

 Ciasto wapienne

  - otrzymywane jest w dołach do gaszenia

 Stanowi układ koloidalny wodorotlenku wapnia w 

nasyconym wodnym roztworze tegoż wodorotlenku - 

zawartość wody wynosi ok. 50% masy ciasta wapiennego

 Wapno hydratyzowane (sucho gaszone) to sproszkowany 

wodorotlenek wapnia - otrzymuje się metodą

 przemysłową 

przez gaszenie wapna palonego małą ilością wody (ok. 25%)

Mleko wapienne

 Mleko wapienne  - charakteryzuje się znacznym 

nadmiarem wody w układzie koloidalnym wodorotlenku 

wapnia

 Zaprawę murarską (wapienną) otrzymuje się poprzez 

zmieszanie 1 części objętościowej wapna gaszonego z 3-5 

częściami piasku oraz wodą

 Proces wiązania i twardnienia spoiwa wapiennego (zaprawy) 

zachodzi w dwóch etapach - Pierwszy etap (kilka godzin) to 

czas w którym następuje proces wiązania i krzepnięcia 

spoiwa - Drugi etap trwający bardzo długo (do kilku lat) to 

okres twardnienia spoiwa

Twardość wody

Twardość wody  - powodują rozpuszczone w niej sole 
wapnia, magnezu i metali wielowartościowych

Rozróżnia się następujące rodzaje twardości wody:

 twardość węglanowa (Tw) 

 twardość niewęglanowa zwana stałą (Ts) 

 twardość ogólna lub całkowita (To)

Twardość węglanowa

Twardość węglanowa (Tw)  - przemijająca -  spowodowana 

jest obecnością kwaśnych węglanów wapnia i magnezu – 

można ją usunąć przez zagotowanie wody

Ca(HCO

3

)

2

 --> CaCO

3

 + H

2

O + CO

2

Mg(HCO

3

)

2

 --> MgCO

3

 + H

2

O + CO

2

Twardość niewęglanowa

Twardość niewęglanowa (Ts)  -

 

spowodowana jest zawartością w wodzie chlorków,

 azotanów, siarczanów, krzemianów i innych

 rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu

Twardość ogólna (To)

 

jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej

(To) = (Tw) + (Ts)

Zmiękczanie wody

Zmiękczanie wody nazywamy procesy prowadzące do 
całkowitego lub częściowego usunięcia rozpuszczalnych soli 
wapnia, magnezu oraz niektórych wielowartościowych 
metali

Rozróżnia się następujące metody zmiękczania wody:
o destylacja 
o metody termiczne 
o metody chemiczne 
o metody fizykochemiczne

Destylacja  -daje pełne odmineralizowanie wody – rzadko 
stosowana - ze względu na wysokie koszty energii cieplnej