^Доверху
foto1 foto2 foto3 foto4 foto5

hair saloonД. І. Менделєєв був членом понад 90 академій наук, наукових товариств, університетів різних країн. Назва Менделєєва носить хімічний елемент № 101 (Менделевій), підводний гірський хребет і кратер на зворотному боці Місяця, ряд навчальних закладів та наукових інститутів. У 1962 р. АН СРСР заснувала премію і Золоту медаль ім. Менделєєва за кращі роботи з хімії та хімічної технології.

.
a@chemworld.com.ua

Хімічний Світ

Нет токсичных веществ, а есть токсичные дозы. (Парацельс)

Питання походження нафти залишається до теперішнього часу відкритим. Існують ряд гіпотез походження нафти які базуються на різних теоріях.

Нафта – складна за хімічним складом і структурою рідина. Розрізняють елементарний і груповий хімічний склад нафти.

Елементним хімічним складом нафти називають вміст в ній окремих хімічних елементів, виражених в процентах за масою. Аналіз нафт різних родовищ показує, що зміни в елементному складі незначні. Нафта представляє собою складну суміш різних сполук вуглецю з воднем. По елементному складу вона містить 83...87% вуглецю, 11...14% водню, 0,1...1,3% кисню, 0,1...5,8% сірки, 0,02...1,7% азоту та сліди металів (заліза, нікелю, ванадію та ін).

Кисень і азот знаходяться найчастіше у зв’язаному стані. Сірка може бути як у зв’язаному, так у вільному стані. Груповим хімічним складом нафти називають вміст у ній окремих хімічних груп, які характеризуються співвідношенням та структурою сполук вуглецю і водню. Хімічні групи (гомологічні ряди) вуглеводнів характеризуються перш за все кількісним співвідношенням атомів вуглецю і водню. Це співвідношення виражається емпіричною формулою групи. Парафінові вуглеводні (алкани). Загальна емпірична формула цієї групи – CnH2n+2, де n – число атомів вуглецю. Найпростішим представником цієї групи є метан – СН4. Вони є сполученням вуглецевих і водневих атомів у вигляді незамкненого ланцюга.

Кожен атом вуглецю (крім кінцевих) у такому ланцюзі мають два приєднаних атоми водню, утворюючи разом з ним метиленову групу СН2. Кінцевий атом вуглецю має три приєднаних атоми водню, утворюючи з ним метильну групу СН3. За своєю структурою парафінові вуглеводні бувають нормальної та ізомерної будови. Структура нормальних парафінових вуглеводнів являє собою прямий нерозгалужений ланцюг атомів вуглецю, з’єднаних між собою одинарними зв’язками. Якщо ланцюг атомів вуглецю має одну або кілька розгалужених груп, структура називається ізомерною, а алкани з такою структурою називаються ізоалканами. Ізомерні вуглеводні, маючи туж хімічну формулу, що і вуглеводні нормальної будови, але іншу структуру розташування атомів, відрізняються за фізичними і хімічними властивостями. Зі збільшенням молекулярної маси температура кипіння, густина, в’язкість парафінових вуглеводнів підвищується. Нормальні парафінові вуглеводні при низьких і помірних температурах і при нормальному тиску слабо взаємодіють з киснем та іншими речовинами. Тому нафтопродукти, які містять парафінові вуглеводні, є стабільними в умовах транспортування і зберігання. З підвищенням температури до 250…300 0С швидкість взаємодії з окислювачем у нормальних алканів значно вище, ніж у ізопарафінових вуглеводнів з такою ж молекулярною масою.

Нормальні парафінові вуглеводні, внаслідок низької антиокислювальної стабільності при високих температурах, знижують детонаційну стійкість бензину. І навпаки, висока стійкість ізоалканів до окислювання при високих температурах робить їх бажаними у складі високоякісних бензинів. Разом з тим, наявність у дизельних паливах нормальних парафінових вуглеводнів сприяє поліпшенню їхньої самозаймистості і тим самим забезпечує м’яку роботу двигуна. Однак, парафінові вуглеводні, маючи високу температуру застигання, погіршують низькотемпературні властивості дизельних палив і мастильних матеріалів. Тому для забезпечення потрібних в’язкісно-температурних властивостей нафтопродуктів їхній вміст обмежують шляхом депарафінізації вихідного матеріалу.

У залежності від числа атомів вуглецю парафінові вуглеводні розрізняються агрегатним станом. Алкани з числом атомів від 1 до 4 у нормальних умовах є газами, від 5 до 15 – рідкими вуглеводнями та від 16 і вище являють собою тверді речовини, які знаходяться у розчиненому стані у нафті і продуктах її переробки.

Загальна кількість парафінових вуглеводнів у нафтах складає 30…35%. У нафтах деяких родовищ вміст алканів може досягти до 40…50%. У різних фракціях однієї і тієї ж нафти вміст алканів зменшується в міру збільшення молекулярної маси фракції і температури кінця її кипіння.

Нафтенові вуглеводні також є насиченими хімічними сполуками. Вони мають замкнуту хімічну структуру з загальною формулою СnН2n, що складається з молекул у вигляді кілець (циклів). Поряд зі складеними з одного кільця моноциклічними нафтеновими вуглеводнями, значна частина цикланів є поліциклічними, тобто складається з двох чи трьох, рідше чотирьох, зазвичай, злитих (сконденсованих) кілець. У структурі молекул нафтенових вуглеводнів можливі комбінації з кілець з однаковим числом атомів вуглецю і змішані комбінації з кілець з 5 і 6 атомами. Деякі моноциклани і поліциклани мають гібридну структуру, у якій до кілець приєднані ланцюжки алканових структур.

За хімічними властивостями і особливо за окислювальною стабільністю нафтенові вуглеводні при нормальних температурах практично мають такі ж характеристики, як і нормальні алкани. При високих температурах (400°С і вище) нафтенові вуглеводні мають значно більшу хімічну стабільність, наближаючись за стійкістю до ізопарафінових вуглеводнів. На відміну від алканів вони мають низьку температуру плавлення, тому є бажаними компонентами у зимових видах нафтових палив і олив. Нафтенові вуглеводні є основною складовою частиною базових олив, забезпечуючи їхню приняту в'язкісно-температурну характеристику. При однаковій кількості атомів вуглецю у молекулі нафтенові вуглеводні, на відміну від алканів, мають більшу густину і меншу температуру застигання.

У середньому у нафтах різних типів міститься від 25 до 75% нафтенових вуглеводнів. В оливних фракціях їхня кількість може досягати 70%. Ароматичні вуглеводні характеризуються циклічною будовою, як і нафтенові.

Вони мають у кожному кільці 6 атомів вуглецю, але складаються не з метиленових груп СН2 , а з груп СН. Тому кожен атом вуглецю має одну подвійну і одну одинарну зв'язки, а молекула виявляється ненасиченою. Цим пояснюються деякі особливості ароматичних вуглеводнів. Арени мають високу стійкість до окислювання, тому їхня присутність у автомобільних бензинах забезпечує підвищення детонаційної стійкості палива.

Разом з тим ароматичні вуглеводні небажані у дизельному паливі, тому що вони викликають збільшення періоду затримки запалювання, а це призводить до жорсткої роботи дизеля. Вони значно бідніші на водень, співвідношення вуглець/водень у аренах значно вище, ніж у нафті в цілому. Тому з усіх видів вуглеводнів ароматичні вуглеводні мають найбільш низьку теплоту згоряння. Складні поліциклічні сполуки в ароматичних кільцях з ненасиченими зв'язками вуглець-вуглець складають основу смол, асфальтенів та інших попередників коксу, і будучи вкрай нестабільними, мають підвищену схильність до нагароутворення. Арени мають високу розчинювальну здатність та найбільшу густину. При коротких бокових ланцюгах вони відрізняються незадовільною в'язкісно-температурною характеристикою. Загальний вміст аренів у нафтах становить 10-20%, і тільки в особливо ароматизованих нафтах може досягати 35%.

Поряд з розглянутими вище індивідуальними вуглеводнями до складу нафти і продуктів її переробки входить значна, навіть переважаюча, кількість вуглеводнів змішаної будови, які є різними комбінаціями парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводнів. 

У продуктах переробки нафти, особливо у бензинах термічного крекінгу, утворюються ненасичені вуглеводні. Ненасичені вуглеводні характеризуються наявністю подвій-них і потрійних зв’язків між атомами вуглецю. Вони являють собою парафінові ланцюги різної довжини. Найчастіше у нафтопродуктах присутні олефірові вуглеводні (алкени) із загальною хімічною формулою СnH2n, наприклад, бутен С4H8, який має один подвійний зв’язок, або бутадієн С4H6 – із двома подвійними зв’язками.

Специфіка хімічних властивостей ненасичених вуглеводнів визначається наявністю подвійних зв'язків у їхніх молекулах. Подвійний зв'язок, з його здатністю до легкого розриву, обумовлює низьку хімічну стабільність алкенів. Вони легко вступають в реакцію приєднання, що є причиною їхнього швидкого окислювання і окислювальної полімеризації. У результаті таких реакцій у нафтопродуктах, особливо у паливі, накопичуються високомолекулярні смолисто-асфальтові речовини, які різко погіршують їхні властивості. Присутність ненасичених вуглеводнів у нафтопродуктах небажана.

Поряд з розглянутими вуглеводнями у нафтопродуктах міститься деяка кількість похідних вуглеводнів. У паливо і мастильні матеріали вони переходять із сирої нафти у вигляді сірчистих і кисневих сполук.

Сірчисті сполуки містяться практично у всіх нафтах, які добуваються у даний час. Вміст сірки у фракціях нафти залежить від температури її кипіння. Найбільша кількість сірчистих сполук (70-90%) концентрується у залишкових фракціях – мазуті та гудроні.

Сірка негативно впливає на експлуатаційні властивості нафтопродуктів, тому її вміст є важливим критерієм для оцінки якості нафти. Характер сірчистих сполук, що зустрічаються у різних нафтах і навіть у одній нафті, дуже різноманітний.

Звичайно ці сполуки тісно пов'язані з ароматичними вуглеводнями.

У складі палив і мастильних матеріалів сірчисті сполуки можуть знаходитися у вигляді активних і неактивних сполук. До активних відносяться вільна сірка і сірчисті сполуки (сірководень Н2S, меркаптани RSH, де R - вуглеводневий радикал), які викликають корозію металів при нормальних умовах.

Неактивні сірчисті сполуки (сульфіди, дисульфіди, полісульфіди, тіофани та ін.), які також можуть знаходитися у нафтових паливах, самі не впливають на корозійну агресивність матеріалів, однак продукти їхнього згоряння, в основному діоксид сірки, викликають корозійне зношування деталей двигуна.

Негативна дія неактивних сірчистих сполук проявляється у паливах при їхньому згорянні, коли сірчані і сірчисті ангідриди утворюють з водяною парою корозійно-агресивні продукти - сірчану і сірчисті кислоти. Сірчисті сполуки знижують детонаційну стійкість бензинових фракцій і ефективність дії антидетонаторів. Зі збільшенням вмісту сірчистих сполук збільшується схильність палив до нагароутворення.

Кисневі сполуки у нафті і продуктах її переробки можуть бути двох основних категорій: органічні кислоти та асфальто-смолисті речовини. Основну частину кисневих сполук складають органічні кислоти (головним чином нафтенові кислоти).

Ці речовини є складними органічними сполуками з великою молярною масою, до складу яких можуть входити сірка й азот.

Нафтенові кислоти (СnН2n-1 і СООН - карбонові кислоти нафтенового ряду) є похідними нафтенових вуглеводнів. Вони вилучаються при переробці нафти, але у незначній кількості можуть переходити у кінцеві продукти. Основна кількість нафтенових кислот міститься у висококиплячих (понад 200°С) фракціях нафти.

Органічні кислоти мають меншу корозійну агресивність, ніж мінеральні. Найбільш ефективно вони взаємодіють з кольоровими металами. З підвищенням температури, особливо при наявності води, їхня агресивність зростає.

Асфальто-смолисті речовини містяться в різних кількостях у всіх нафтах. У паливно-мастильні матеріали може перейти із сирої нафти незначна кількість смол, асфальтени ж, як правило, вилучаються повністю у процесі виробництва олив.

Однак, внаслідок окислювання нафтопродуктів під час їхнього транспортування, зберігання та використання, вміст асфальто-смолистих речовин може значно зрости. Смоли, і особливо асфальтени, мають високу барвну здатність. Вони утворюють в оливах справжній розчин і додають йому темного забарвлення.

Смоли являють собою тягучі, напіврідкі речовини темно-жовтого або коричневого кольору. Вони добре розчиняються в оливі, петролейному ефірі, легкому бензині, бензолі та хлороформі. Ці речовини відрізняються низькою хімічною стабільністю; окислюючись у процесі роботи двигуна, загущуються і перетворюються у асфальтени.

Асфальтени є продуктами полімеризації смол. Це тверді, крихкі речовини, які не плавляться при підвищених температурах. Асфальтени розчиняються у нафтових смолах, бензолі та хлороформі, але не розчиняються у петролейному ефірі й легкому бензині.

Сайт створений у 2011 році. Контакти: a@chemworld.com.ua