Jedan od najčešćih hemijski elementi uključeni u ogromnu većinu hemijske supstance je kiseonik. Oksidi, kiseline, baze, alkoholi, fenoli i druga jedinjenja koja sadrže kiseonik proučavaju se u okviru neorganskih i organska hemija. U našem članku ćemo proučiti svojstva, kao i navesti primjere njihove primjene u industriji, poljoprivreda i medicina.
oksidi
Najjednostavniji u strukturi su binarni spojevi metala i nemetala s kisikom. Klasifikacija oksida uključuje sljedeće grupe: kiseli, bazični, amfoterni i indiferentni. Glavni kriterij za podjelu svih ovih supstanci je koji element se spaja s kisikom. Ako je metal, onda su osnovni. Na primjer: CuO, MgO, Na 2 O - oksidi bakra, magnezija, natrijuma. Njihovo glavno hemijsko svojstvo je reakcija sa kiselinama. Dakle, bakrov oksid reaguje sa hlorovodoničnom kiselinom:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Prisustvo atoma nemetalnih elemenata u molekulama binarnih jedinjenja ukazuje da pripadaju kiselom vodoniku H 2 O, ugljen-dioksid CO 2 , fosfor pentoksid P 2 O 5 . Sposobnost takvih supstanci da reaguju sa alkalijama je njihova glavna hemijska karakterizacija.
Kao rezultat reakcije mogu nastati vrste: kisele ili srednje. To će ovisiti o tome koliko molova alkalija reagira:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Druga grupa jedinjenja koja sadrže kiseonik, koja uključuje takve hemijske elemente kao što su cink ili aluminijum, naziva se amfoterni oksidi. U njihovim svojstvima postoji sklonost hemijskoj interakciji i sa kiselinama i sa alkalijama. Produkti interakcije kiselih oksida s vodom su kiseline. Na primjer, u reakciji sumpornog anhidrida i vode nastaju kiseline - ovo je jedna od najvažnijih klasa spojeva koji sadrže kisik.
Kiseline i njihova svojstva
Jedinjenja koja se sastoje od atoma vodika povezana sa kompleksnim ionima kiselih ostataka su kiseline. Uobičajeno se mogu podijeliti na anorganske, na primjer, ugljičnu kiselinu, sulfate, nitrate i organska jedinjenja. Potonje uključuju octenu kiselinu, mravlju, oleinsku kiselinu. Obje grupe supstanci imaju slična svojstva. Dakle, oni ulaze u reakciju neutralizacije s bazama, reagiraju sa solima i bazičnim oksidima. Gotovo sve kiseline koje sadrže kisik vodeni rastvori disociraju na jone, budući da su provodnici druge vrste. Pomoću indikatora moguće je odrediti kiselu prirodu njihove okoline, zbog prevelikog prisustva vodikovih jona. Na primjer, ljubičasti lakmus postaje crven kada se doda u kiseli rastvor. Tipičan predstavnik organska jedinjenja je octena kiselina koja sadrži karboksilnu grupu. Sadrži atom vodonika koji uzrokuje kiselinu.To je bezbojna tečnost specifičnog oštrog mirisa, kristalizira na temperaturama ispod 17°C. CH 3 COOH, kao i druge kiseline koje sadrže kiseonik, savršeno je rastvorljiv u vodi u bilo kojoj proporciji. Njegova 3-5% otopina poznata je u svakodnevnom životu pod nazivom sirće, koje se u kulinarstvu koristi kao začin. Supstanca je također našla svoju primjenu u proizvodnji acetatne svile, boja, plastike i nekih lijekova.
Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik
U hemiji se može razlikovati velika grupa supstanci koje osim ugljika i vodika sadrže i čestice kisika. To su karboksilne kiseline, estri, aldehidi, alkoholi i fenoli. Svi oni Hemijska svojstva određene su prisustvom u molekulima posebnih kompleksa - funkcionalne grupe. Na primjer, alkohol koji sadrži samo granične veze između atoma - ROH, gdje je R ugljikovodični radikal. Ova jedinjenja se obično smatraju derivatima alkana, u kojima je jedan atom vodonika zamenjen hidrokso grupom.
Fizička i hemijska svojstva alkohola
Stanje agregacije alkoholi su tečnosti ili čvrsta jedinjenja. Među alkoholima nema gasovitih supstanci, što se može objasniti formiranjem asociata - grupa koje se sastoje od nekoliko molekula povezanih slabim vodikovim vezama. Ova činjenica takođe određuje dobru rastvorljivost nižih alkohola u vodi. Međutim, u vodenim otopinama organske tvari koje sadrže kisik - alkoholi, ne disociraju u ione, ne mijenjaju boju indikatora, odnosno imaju neutralnu reakciju. Atom vodonika funkcionalne grupe je slabo vezan za druge vrste, tako da in hemijske interakcije sposoban da napusti molekul. Na istom mjestu slobodne valencije zamjenjuje se drugim atomima, na primjer, u reakcijama s aktivni metali ili sa alkalijama - u atome metala. U prisustvu katalizatora kao što su platinasta mreža ili bakar, alkoholi se oksidiraju snažnim oksidantima, kalijum dihromatom ili kalijum permanganatom, u aldehide.
reakcija esterifikacije
Jedno od najvažnijih hemijskih svojstava sadrži kiseonik organska materija: alkoholi i kiseline - ovo je reakcija koja dovodi do stvaranja estera. Od velike je praktične važnosti i koristi se u industriji za ekstrakciju estera koji se koriste kao rastvarači u Prehrambena industrija(kao voćne esencije). U medicini se neki od estera koriste kao antispazmodici, na primjer, etil nitrit širi periferne krvne žile, a izoamil nitrit je zaštitnik od grčeva koronarnih arterija. Jednačina reakcije esterifikacije ima sljedeći oblik:
CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
U njemu je CH 3 COOH sirćetna kiselina, a C 2 H 5 OH je hemijska formula alkohol etanol.
Aldehidi
Ako spoj sadrži funkcionalnu grupu -COH, onda se klasificira kao aldehid. Predstavljaju se kao produkti dalje oksidacije alkohola, na primjer, oksidirajućim agensima kao što je bakrov oksid.
Prisustvo karbonilnog kompleksa u molekulima mravljeg ili acetaldehida određuje njihovu sposobnost da polimeriziraju i vežu atome drugih kemijskih elemenata. Kvalitativne reakcije koje se mogu koristiti za dokazivanje prisutnosti karbonilne grupe i pripadnosti neke tvari aldehidima su reakcija srebrnog zrcala i interakcija s bakrovim hidroksidom kada se zagrije:
Acetaldehid, koji se koristi u industriji za proizvodnju sirćetna kiselina- mnogo tonažnog proizvoda organske sinteze.
Svojstva organskih spojeva koji sadrže kisik - karboksilne kiseline
Prisustvo karboksilne grupe - jedne ili više - jeste razlikovna karakteristika karboksilne kiseline. Zbog strukture funkcionalne grupe, dimeri se mogu formirati u kiselim rastvorima. Oni su međusobno povezani vodoničnim vezama. Jedinjenja se disociraju na vodikove katione i anjone kiselih ostataka i slabi su elektroliti. Izuzetak je prvi predstavnik niza ograničavajućih jednobaznih kiselina - mravlja ili metana, koji je provodnik druge vrste srednje čvrstoće. Prisustvo samo jednostavnih sigma veza u molekulima ukazuje na granicu, ali ako tvari imaju dvostruke pi veze u svom sastavu, to je nezasićene supstance. Prva grupa uključuje takve kiseline kao što su metan, octena, maslačna. Drugi je predstavljen spojevima koji su dio tekućih masti - ulja, na primjer, oleinske kiseline. Hemijska svojstva jedinjenja koja sadrže kiseonik: organska i ne organske kiseline su uglavnom slični. Dakle, mogu stupiti u interakciju s aktivnim metalima, njihovim oksidima, s alkalijama, a također i s alkoholima. Na primjer, octena kiselina reagira s natrijem, oksidom i formira sol - natrijev acetat:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Posebno mjesto zauzimaju spojevi viših karboksilnih kiselina koje sadrže kisik: stearinska i palmitinska, sa trihidričnim zasićenim alkoholom - glicerinom. Spadaju u estre i nazivaju se masti. Iste kiseline su dio soli natrijuma i kalija kao kiselinski ostatak, formirajući sapune.
Važna organska jedinjenja koja su široko rasprostranjena u prirodi i imaju vodeću ulogu kao energetski najintenzivnija supstanca su masti. Oni nisu pojedinačni spoj, već mješavina heterogenih glicerida. Riječ je o spojevima graničnog polihidričnog alkohola - glicerina, koji, poput metanola i fenola, sadrži hidroksilne funkcionalne grupe. Masti mogu biti podvrgnute hidrolizi - zagrijavanju vodom u prisustvu katalizatora: lužine, kiseline, oksidi cinka, magnezija. Produkti reakcije bit će glicerol i razne karboksilne kiseline, koje se dalje koriste za proizvodnju sapuna. Kako se u ovom procesu ne bi koristile skupe prirodne esencijalne karboksilne kiseline, one se dobivaju oksidacijom parafina.
Fenoli
Završavajući razmatranje klasa spojeva koji sadrže kisik, zadržimo se na fenolima. Oni su predstavljeni fenilnim radikalom -C6H5 povezanim sa jednom ili više funkcionalnih hidroksilnih grupa. Najjednostavniji predstavnik ove klase je karbolna kiselina ili fenol. Kako veoma slaba kiselina, može stupiti u interakciju sa alkalijama i aktivnim metalima - natrijumom, kalijumom. Tvar s izraženim baktericidnim svojstvima - fenol se koristi u medicini, kao iu proizvodnji boja i fenol-formaldehidnih smola.
U našem članku proučavali smo glavne klase spojeva koji sadrže kisik, a također smo razmotrili njihova kemijska svojstva.
Organske tvari su klasa spojeva koji sadrže ugljik (sa izuzetkom karbida, karbonata, ugljičnih oksida i cijanida). Naziv "organska jedinjenja" pojavio se u ranoj fazi razvoja hemije i naučnici govore sami za sebe... Wikipedia
Jedna od najvažnijih vrsta organskih jedinjenja. Sadrže dušik. Oni sadrže ugljik-vodik i dušik-ugljik veze u molekulu. Ulje sadrži piridinski heterocikl koji sadrži dušik. Azot je dio proteina, nukleinskih kiselina i ... ... Wikipedia
Organogermanijumska jedinjenja su organometalna jedinjenja koja sadrže germanijumsku ugljeničnu vezu. Ponekad se nazivaju bilo koja organska jedinjenja koja sadrže germanijum. Prvo organonjemačko jedinjenje tetraetilgerman bilo je ... ... Wikipedia
Organosilicijumska jedinjenja su jedinjenja u čijim molekulima postoji direktna veza silicijum-ugljik. Silikonska jedinjenja se ponekad nazivaju silikonima, od latinskog naziva za silicijum, silicijum. Silikonska jedinjenja ... ... Wikipedia
Organska jedinjenja, klasa organskih materija hemijska jedinjenja, koji uključuju ugljik (osim karbida, ugljična kiselina, karbonati, ugljični oksidi i cijanidi). Sadržaj 1 Istorija 2 Čas ... Wikipedia
Organometalna jedinjenja (MOC) Organska jedinjenja u čijim molekulima postoji veza između atoma metala i atoma ugljika/atoma. Sadržaj 1 Vrste organometalnih jedinjenja 2 ... Wikipedia
Organohalogena jedinjenja su organska jedinjenja koja sadrže najmanje jednu vezu C Hal ugljenik halogen. Organohalogena jedinjenja, u zavisnosti od prirode halogena, dele se na: Organofluorna jedinjenja; ... ... Wikipedia
Organometalna jedinjenja (MOC) su organska jedinjenja u čijim molekulima postoji veza između atoma metala i atoma ugljika/atoma. Sadržaj 1 Vrste organometalnih jedinjenja 2 Metode dobijanja ... Wikipedia
Organska jedinjenja u kojima je prisutna veza kalaj-ugljik mogu sadržavati dvovalentni i četverovalentni kalaj. Sadržaj 1 Metode sinteze 2 Tipovi 3 ... Wikipedia
- (heterocikli) organska jedinjenja koja sadrže cikluse, koji uz ugljenik uključuju i atome drugih elemenata. Mogu se smatrati karbocikličkim jedinjenjima sa heterosupstituentima (heteroatomima) u prstenu. Većina ... ... Wikipedia
Test na temu: "Organske tvari koje sadrže kisik i dušik" (10. razred)
Dragi studenti, ovo Posao verifikacije je rezultat proučavanja teme" Organske tvari koje sadrže kisik i dušik"i utiče na postavljanje ocjene za trimestar. Imate 40 minuta da ga završite. Prilikom izvođenja zabranjeno je korištenje udžbenika, referentnih materijala i Interneta.
Želim ti uspjeh!
1. Atom vodonika u molekuli ima najveću aktivnost
2. Interakcija jedni s drugima
3. Nemojte komunicirati između sebe
4. Sirćetna kiselina može reagovati sa bilo kojom od ove dve supstance
5. Da li su istinite sledeće presude o svojstvima sirćetne kiseline?
1. Sirćetna kiselina ne reaguje sa natrijum karbonatom.
2. Rastvor sirćetne kiseline provodi struja.
6. Moguća je reakcija dehidracije za
7. Natrijum hidroksid će reagovati sa
9. Proizvod oksidacije propanola ne može biti
10. Kada je 57,5 g etanola zagrejano sa koncentrovanom sumpornom kiselinom, nastala su dva organska jedinjenja A i B. Supstanca A je gas koji može da promeni boju 100 g 40% rastvora broma u tetrahloridu ugljenika. Supstanca B je tečnost niskog ključanja. Odredite dobijena jedinjenja A i B, takođe izračunajte zapreminu A (na N.O.) i masu B, pod pretpostavkom da je etanol potpuno reagovao.
| Provjereni sadržaj | Tested Skills |
|
| Svojstva supstanci | ||
| Phenol Properties | Mogućnost odabira jednog odgovora od četiri opcije |
|
| Svojstva alkohola | Mogućnost odabira jednog odgovora od četiri opcije |
|
| Svojstva organske kiseline | Mogućnost odabira jednog odgovora od četiri opcije |
|
| Svojstva organske kiseline | Mogućnost odabira jednog odgovora od četiri opcije |
|
| Reakcije dehidracije organskih tvari | ||
| Osobine organskih kiselina i fenola | Sposobnost višestrukih izbora |
|
| Izvođenje lanca reakcija | Sposobnost višestrukih izbora |
|
| Svojstva alkohola | Sposobnost višestrukih izbora |
|
| Svojstva alkohola | Sposobnost pisanja i rješavanja problema |
Ključevi za test
10. 5,6 L etena i 37 g dietil etera
Poznato je da su svojstva organskih supstanci određena njihovim sastavom i hemijskom strukturom. Stoga nije iznenađujuće da se klasifikacija organskih spojeva temelji na teoriji strukture - teoriji L. M. Butlerova. Razvrstajte organske tvari prema prisutnosti i redu povezanosti atoma u njihovim molekulima. Najtrajniji i najmanje promjenjivi dio molekule organske tvari je njen kostur - lanac atoma ugljika. Ovisno o redoslijedu povezivanja atoma ugljika u ovom lancu, tvari se dijele na acikličke, koje ne sadrže zatvorene lance atoma ugljika u molekulima, i karbociklične, koje sadrže takve lance (cikluse) u molekulima.
Osim atoma ugljika i vodika, molekule organskih tvari mogu sadržavati atome drugih kemijskih elemenata. Supstance u čijim molekulima su ovi takozvani heteroatomi uključeni u zatvoreni lanac klasifikuju se kao heterociklična jedinjenja.
Heteroatomi (kiseonik, dušik, itd.) mogu biti dio molekula i acikličkih spojeva, formirajući u njima funkcionalne grupe, na primjer, hidroksil - OH, karbonil, karboksil, amino grupu -NH2.
Funkcionalna grupa- grupa atoma koja određuje najkarakterističnija hemijska svojstva supstance i njenu pripadnost određenoj klasi jedinjenja. 
ugljovodonici su spojevi koji se sastoje samo od atoma vodika i ugljika.
Ovisno o strukturi ugljičnog lanca, organska jedinjenja dijele se na spojeve s otvorenim lancem - aciklične (alifatske) i ciklične- sa zatvorenim lancem atoma.
Ciklusi su podijeljeni u dvije grupe: karbociklična jedinjenja(cikluse formiraju samo atomi ugljika) i heterociklični(ciklusi takođe uključuju druge atome, kao što su kiseonik, azot, sumpor).
Karbociklična jedinjenja, zauzvrat, uključuju dvije serije spojeva: aliciklični i aromatično.
Aromatična jedinjenja u osnovi strukture molekula imaju ravne cikluse koji sadrže ugljenik sa posebnim zatvorenim sistemom p-elektrona koji formiraju zajednički π-sistem (jedan π-elektronski oblak). Aromatičnost je takođe karakteristična za mnoga heterociklična jedinjenja.
Sva ostala karbociklična jedinjenja pripadaju alicikličkom nizu.
I aciklički (alifatski) i ciklični ugljovodonici mogu sadržavati višestruke (dvostruke ili trostruke) veze. Takvi ugljikovodici se nazivaju nezasićeni (nezasićeni) za razliku od ograničavajućih (zasićenih) koji sadrže samo jednostruke veze.
Ograničite alifatske ugljovodonike pozvao alkani, imaju opću formulu C n H 2 n +2, gdje je n broj atoma ugljika. Često se koristi njihov stari naziv i sada - parafini.
Sadrži jedna dvostruka veza, dobio ime alkeni. Imaju opštu formulu C n H 2 n .
Nezasićeni alifatski ugljovodonicisa dve dvostruke veze pozvao alkadieni
Nezasićeni alifatski ugljovodonicisa jednom trostrukom vezom pozvao alkini. Njihova opšta formula je C n H 2 n - 2.
Ograničite aliciklične ugljovodonike - cikloalkani, njihova opšta formula C n H 2 n .
Posebna grupa ugljovodonika, aromatično, ili arenes(sa zatvorenim zajedničkim π-elektronskim sistemom), poznat na primjeru ugljovodonika sa opšta formula C n H 2 n -6.
Dakle, ako u njihovim molekulima jedan ili više atomi vodika se zamjenjuju drugim atomima ili grupama atoma (halogeni, hidroksilne grupe, amino grupe itd.), nastaju derivati ugljovodonika: derivati halogena, koji sadrže kiseonik, azot i druga organska jedinjenja.
Halogeni derivati ugljikovodici se mogu smatrati produktima supstitucije u ugljovodonicima jednog ili više atoma vodika atomima halogena. U skladu s tim, mogu postojati ograničavajući i nezasićeni mono-, di-, tri- (generalno poli-) derivati halogena.
Opća formula monohalogenih derivata zasićenih ugljovodonika:
a sastav je izražen formulom
C n H 2 n +1 G,
gdje je R ostatak zasićenog ugljikovodika (alkan), ugljikovodični radikal (ova oznaka se dalje koristi kada se razmatraju druge klase organskih tvari), G je atom halogena (F, Cl, Br, I).
Alkoholi- derivati ugljikovodika u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno hidroksilnim grupama.
Alkoholi se zovu jednoatomski, ako imaju jednu hidroksilnu grupu, i limit ako su derivati alkana.
Opća formula zasićenih monohidričnih alkohola:
a njihov sastav se izražava općom formulom:
C n H 2 n +1 OH ili C n H 2 n +2 O
Poznati primjeri polihidričnim alkoholima, tj. ima nekoliko hidroksilnih grupa.
Fenoli- derivati aromatičnih ugljovodonika (benzenski niz), u kojima je jedan ili više atoma vodika u benzenskom prstenu zamijenjeno hidroksilnim grupama.
Najjednostavniji predstavnik formule C 6 H 5 OH naziva se fenol.
Aldehidi i ketoni- derivati ugljovodonika koji sadrže karbonilnu grupu atoma (karbonil).
U molekulama aldehida, jedna karbonilna veza ide na vezu s atomom vodika, druga - s ugljikovodičnim radikalom.
U slučaju ketona, karbonilna grupa je vezana za dva (generalno različita) radikala.
Sastav graničnih aldehida i ketona izražava se formulom C n H 2l O.
karboksilne kiseline- derivati ugljovodonika koji sadrže karboksilne grupe (-COOH).
Ako postoji jedna karboksilna grupa u molekulu kiseline, onda je karboksilna kiselina jednobazna. Opća formula zasićenih jednobaznih kiselina (R-COOH). Njihov sastav je izražen formulom C n H 2 n O 2 .
Eteri su organske tvari koje sadrže dva ugljikovodična radikala povezana atomom kisika: R-O-R ili R 1 -O-R 2 .
Radikali mogu biti isti ili različiti. Sastav etera izražava se formulom C n H 2 n +2 O
Esteri- spojevi nastali supstitucijom atoma vodika karboksilne grupe u karboksilne kiseline na ugljovodonični radikal.
Nitro spojevi- derivati ugljikovodika u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno nitro grupom -NO 2 .
Opća formula ograničavajućih mononitro jedinjenja:
a sastav je izražen općom formulom
C n H 2 n +1 NO 2.
Amini- spojevi koji se smatraju derivatima amonijaka (NH 3), u kojima su atomi vodika zamijenjeni ugljikovodičnim radikalima.
Ovisno o prirodi radikala, amini mogu biti alifatskii aromatično.
Ovisno o broju atoma vodika zamijenjenih radikalima, postoje:
Primarni amini sa opštom formulom: R-NH 2
Sekundarni - sa opštom formulom: R 1 -NH-R 2
Tercijarni - sa opštom formulom:
U određenom slučaju, sekundarni kao i tercijarni amini mogu imati iste radikale.
Primarni amini se također mogu smatrati derivatima ugljovodonika (alkana), u kojima je jedan atom vodika zamijenjen amino grupom -NH 2 . Sastav graničnih primarnih amina izražava se formulom C n H 2 n +3 N.
Amino kiseline sadrže dvije funkcionalne grupe vezane za ugljikovodični radikal: amino grupu -NH 2 i karboksilnu -COOH.
Sastav ograničavajućih aminokiselina koje sadrže jednu amino grupu i jedan karboksil izražava se formulom C n H 2 n +1 NO 2 .
Poznata su i druga važna organska jedinjenja koja imaju nekoliko različitih ili identičnih funkcionalnih grupa, dugih linearnih lanaca povezanih sa benzenskim prstenovima. U takvim slučajevima, striktna definicija da li supstanca pripada određenoj klasi je nemoguća. Ova jedinjenja se često izoluju u posebne grupe supstanci: ugljeni hidrati, proteini, nukleinske kiseline, antibiotici, alkaloidi itd.
Za naziv organskih jedinjenja koriste se 2 nomenklature - racionalna i sistematska (IUPAC) i trivijalna imena.
Kompilacija imena prema IUPAC nomenklaturi
1) Osnova imena spoja je korijen riječi, koji označava zasićeni ugljovodonik sa istim brojem atoma kao i glavni lanac.
2) Korenu se dodaje sufiks koji karakteriše stepen zasićenosti:
An (ograničenje, nema višestrukih veza);
-en (u prisustvu dvostruke veze);
-in (u prisustvu trostruke veze).
Ako postoji više višestrukih veza, tada je broj takvih veza (-dien, -trien, itd.) naznačen u sufiksu, a nakon sufiksa, pozicija višestruke veze mora biti označena brojevima, na primjer:
CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 CH 3 -CH \u003d CH -CH 3
buten-1 buten-2
CH 2 = CH - CH \u003d CH 2
butadien-1,3
Grupe kao što su nitro-, halogeni, ugljovodonični radikali koji nisu uključeni u glavni lanac izvlače se u prefiks. Navedeni su po abecednom redu. Položaj supstituenta je označen brojem ispred prefiksa.
Redoslijed naslova je sljedeći:
1. Pronađite najduži lanac C atoma.
2. Numerirajte atome ugljika glavnog lanca redom, počevši od kraja najbližeg grani.
3. Naziv alkana sastoji se od imena bočnih radikala, poređanih abecednim redom, koji označavaju poziciju u glavnom lancu, i imena glavnog lanca.
Nomenklatura nekih organskih supstanci (trivijalne i međunarodne)
Heteroorganska jedinjenja (koji sadrže sumpor, kiseonik i azot) različite strukture i molekulske mase prisutna su u različitim omjerima u frakcijama destilata i zaostalih ulja. Posebno je teško proučavati prirodu i sastav visokomolekularnih heteroorganskih spojeva, čiji glavni dio čine katran-asfaltne tvari. Zahvaljujući usamljenim parovima elektrona, heteroatomi sumpora, kiseonika i azota mogu da deluju kao koordinacioni centar u formiranju saradnika u naftnim sistemima.
Jedinjenja sumpora spadaju u najreprezentativniju grupu heteroatomskih komponenti gasnog kondenzata i naftnih sistema. Ukupni sadržaj sumpora u naftnim i gasnim sistemima varira u velikoj meri: od stotih delova procenta do 6-8% (tež.) i više. Visok sadržaj ukupnog sumpora karakterističan je za gasne kondenzate iz Astrahana, Karačaganaka (0,9%) i drugih polja. Sadržaj spojeva koji sadrže sumpor u nekim uljima doseže 40% (tež.) i više, u nekim slučajevima, ulje se gotovo u potpunosti sastoji od njih. Za razliku od drugih heteroatoma, koji su pretežno koncentrirani u CAB, značajan udio sumpora sadržan je u frakcijama destilata. Po pravilu, sadržaj sumpora u pravolinijskim frakcijama raste kako se povećava njihova tačka ključanja i ukupni sadržaj sumpora u originalnom ulju.
Manje količine neorganskih jedinjenja koja sadrže sumpor (elementarni sumpor i vodonik sulfid) su prisutne u naftnim i gasnim sistemima, a mogu nastati i kao sekundarni produkti razgradnje drugih jedinjenja koja sadrže sumpor na visokim temperaturama u procesima destilacije, destruktivne obrade. Među jedinjenja koja sadrže sumpor pronađena u nafti, identifikovana su sledeća (prema Institutu za hemiju nafte TF SB RAN).
1. Alifatski, aliciklični i aromatični tioli (merkaptani) R-SH:
C 6 H 5 C n H 2 n +1 SH C n H 2 n +1 C 6 H 5 SH C 10 H 7 SH
arenoalkanotioli tionaftoli
2. Tioeteri (sulfidi) sljedećih glavnih tipova:
R-S-R" C 6 H 5 -S-C 6 H 5
tiaalkani, tiaalkeni, tiaalkin diarilsulfidi
tiacikloalkani alkilarilsulfidi ariltiaalkani
(R, R" - zasićeni i nezasićeni alifatski ugljikovodični supstituenti).
3. Dialkidni disulfidi R-S-S-R", gdje su R, R" alkil, cikloalkil ili aril supstituenti.
4. Tiofeni i njihovi derivati, od kojih su najvažniji arenotiofeni:
alkilbenzotiofeni alkilbenzotiofeni alkildibenzotiofeni
Raspodjela različitih grupa spojeva koji sadrže sumpor u uljima i u frakcijama nafte podliježe sljedećim pravilnostima.
Tioli se nalaze u gotovo svim sirovim uljima, obično u malim koncentracijama i čine 2-10% (tež.) od ukupnog sadržaja spojeva koji sadrže sumpor. U plinskim kondenzatima se uglavnom nalaze alifatski merkaptani C 1 -C z. Neka ulja i plinski kondenzati i njihove frakcije su prirodni koncentrati merkaptana, primjeri kojih su benzinske frakcije supergigantskog Kaspijskog polja; frakcija 40-200°C gasnog kondenzata Orenburškog polja, koja sadrži 1,24% (tež.) ukupnog sumpora, uključujući 0,97% merkaptana; laka frakcija kerozina 120-280°C nafte sa polja Tengiz, koja sadrži 45-70% merkaptan sumpora od ukupnog sadržaja jedinjenja koja sadrže sumpor. Istovremeno, rezerve prirodnih tiola u ugljovodoničnim sirovinama kaspijskog regiona odgovaraju nivou njihove globalne sintetičke proizvodnje. Prirodni tioli su perspektivne sirovine za sintezu pesticida (na bazi simetričnih triazina) i odorizaciju tečnih plinova. Prospektivna potražnja Rusije za tiolima za odorizaciju trenutno iznosi 6.000 tona godišnje.
Tioeteri čine do 27% ukupnih spojeva koji sadrže sumpor u sirovim naftama i do 50% u srednjim frakcijama, a u teškim vakuumskim plinskim uljima sadržaj sulfida je manji. Metode odvajanja naftnih sulfida zasnivaju se na njihovoj sposobnosti da formiraju kompleksna jedinjenja tipa donor-akceptor prenošenjem usamljenog para elektrona sa atoma sumpora na slobodnu akceptorsku orbitalu. Metalni halogenidi, haloalkili i halogeni mogu djelovati kao akceptori elektrona. Reakcije kompleksiranja s naftnim sulfidima, nažalost, nisu selektivne; druge heteroatomske komponente nafte takođe mogu učestvovati u formiranju kompleksa.
Dialkil disulfidi se ne nalaze u sirovim uljima, obično nastaju tokom oksidacije merkaptana u blagim uslovima i stoga su prisutni u benzinima (do 15%). Glavni udio spojeva koji sadrže sumpor u uljima otpada na takozvani "rezidualni" sumpor, koji se ne utvrđuje standardnim metodama. U njegovom sastavu prevladavaju tiofeni i njihovi derivati, pa se ranije "zaostali" sumpor nazivao "tiofen", međutim, primenom masene spektrometrije negativnih jona, u njemu su pronađeni sulfoksidi, sulfoni i disulfan koji se ranije nisu mogli detektovati. U benzinskim frakcijama sadržaj derivata tiofena je nizak, u frakcijama srednjeg i posebno visokog ključanja dostiže 50-80% ukupnih spojeva koji sadrže sumpor. Relativni sadržaj derivata tiofena, po pravilu, poklapa se sa stepenom aromatičnosti uljnog sistema. Poteškoće koje nastaju u izolaciji spojeva koji sadrže sumpor (posebno iz frakcija visokog ključanja) uzrokovane su bliskošću hemijskih svojstava arena i tiofena. Sličnost njihovog hemijskog ponašanja je posledica aromatičnosti tiofena, koja nastaje kao rezultat inkorporacije heteroatoma sumpora u π-elektronski sistem do aromatičnog seksteta. Posljedica toga je povećana sklonost naftnih tiofena intenzivnim međumolekularnim interakcijama.
Jedinjenja kiseonika sadržano u uljnim sistemima od 0,1-1,0 do 3,6% (tež.). S povećanjem točke ključanja destilatnih frakcija, njihov sadržaj se povećava, a glavni dio kisika koncentriran je u katransko-asfaltenskim tvarima. Sastav ulja i destilata sadrži do 20% ili više spojeva koji sadrže kisik.
Među njima se tradicionalno razlikuju tvari kisele i neutralne prirode. Kiselinske komponente uključuju karboksilne kiseline i fenole. Neutralna jedinjenja koja sadrže kiseonik predstavljaju ketoni, anhidridi i amidi kiselina, estri, derivati furana, alkoholi i laktoni.
Prisustvo kiselina u uljima otkriveno je veoma davno zbog visoke hemijske aktivnosti u odnosu na ugljovodonike. Istorija njihovog otkrića u nafti je sljedeća. Po prijemu kerozina Visoka kvaliteta za potrebe osvjetljenja tretiran je alkalijama (kiselinsko-bazno čišćenje) i uočeno je stvaranje supstanci sa visokom sposobnošću emulgiranja. Nakon toga se pokazalo da su emulgatori natrijeve soli kiselina sadržane u frakcijama destilata. Ekstrakcija vodenim i alkoholnim rastvorima alkalija i dalje je klasična metoda za ekstrakciju kiselih komponenti iz ulja. Trenutno se metode za izolaciju kiselina i fenola također temelje na interakciji njihovih funkcionalnih grupa (karboksilne i hidroksilne) s bilo kojim reagensom.
Karboksilne kiseline su najistraženija klasa uljnih spojeva koji sadrže kisik. Sadržaj naftnih kiselina po frakcijama varira prema ekstremnoj ovisnosti, čiji maksimum, po pravilu, pada na lake i srednje frakcije nafte. Identificirano hromato-masenom spektrometrijom različite vrste naftne kiseline. Većina njih je jednobazna (RCOOH), gdje se gotovo svaki fragment ugljikovodika i heteroorganskih spojeva nafte može koristiti kao R. Odavno je zapaženo da grupni sastavi kiselina i ulja odgovaraju jedni drugima: alifatične kiseline prevladavaju u metanskim uljima, naftenske i naftenoaromatske kiseline prevladavaju u naftenskim uljima. Pronađene su alifatične kiseline od C 1 do C 25 s linearnom strukturom i neke s razgranatom strukturom. Istovremeno, odnos n-alkanske i razgranate kiseline u naftnim kiselinama poklapa se sa odnosom odgovarajućih ugljovodonika u uljima.
Alifatične kiseline su prvenstveno predstavljene n-alkanskim kiselinama. Od razgranatih kiselina, češće su one koje sadrže metilni supstituent u glavnom lancu. Svi niži izomeri ovog tipa nalaze se u uljima, sve do C 7 . Druga važna grupa alifatičnih kiselina su izoprenoidne kiseline, među kojima dominiraju prestanična (C 19) i fitanska (C 20) kiselina.
Aliciklične (naftenske) kiseline ulja su monociklokarboksilne kiseline - derivati ciklopentana i cikloheksana; policiklički može sadržavati do 5 prstenova (podaci za kalifornijsko ulje). COOH grupe u molekulima monocikličkih kiselina direktno su povezane sa ciklusom ili se nalaze na kraju alifatskih supstituenata. U ciklusu mogu biti do tri (najčešće metilna) supstituenta, od kojih su najčešće pozicije 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 i 1, 1, 2, 3.
Molekuli tri-, tetra- i pentacikličkih kiselina izolovani iz ulja građeni su uglavnom od kondenzovanih cikloheksanskih prstenova.
Utvrđeno je prisustvo heksacikličkih naftenskih kiselina sa cikloheksanskim prstenovima u uljima. Aromatične kiseline u uljima predstavljaju benzojeva kiselina i njeni derivati. Mnogi homologni nizovi policikličkih naftenoaromatskih kiselina također su pronađeni u uljima, a monoaromatske steroidne kiseline identificirane su u ulju Samotlor.
Od spojeva koji sadrže kisik, nafte kiseline se odlikuju najvećom površinskom aktivnošću. Utvrđeno je da se površinska aktivnost ulja s niskim i visokim sadržajem smole značajno smanjuje nakon uklanjanja kiselih komponenti (kiselina i fenola) iz njih. Jake kiseline sudjeluju u stvaranju asocijacija ulja, što se pokazuje u proučavanju njihovih reoloških svojstava.
Fenoli su proučavani mnogo gore od kiselina. Njihov sadržaj u uljima sa zapadnosibirskih polja kreće se od 40 do 900 mg/l. U uljima Zapadnog Sibira, koncentracije fenola rastu reda C 6<С 7 << С 8 <С 9 . В нефтях обнаружены фенол, все крезолы, ксиленолы и отдельные изомеры С 9 . Установлено, что соотношение между фенолами и алкилфенолами колеблется в пределах от 1: (0,3-0,4) до 1: (350-560) и зависит от глубины залегания и возраста нефти. В некоторых нефтях идентифицирован β-нафтол. Высказано предположение о наличии соединений типа о-фенилфенолов, находящихся в нефтях в связанном состоянии из-за склонности к образованию внутримолекулярных водородных связей. При исследовании антиокислительной способности компонентов гетероор-ганических соединений нефти установлено, что концентраты фенольных соединений являются наиболее активными природными ингибиторами.
Svi najjednostavniji alkil ketoni C3-C6, acetofenon i njegovi nafteno- i areno-derivati, fluorenon i njegovi najbliži homolozi pronađeni su u neutralnim spojevima kalifornijskih ulja koji sadrže kisik. Prinos ketonskog koncentrata iz ulja Samotlor, koji se sastoji uglavnom od dialkil ketona, iznosi 0,36%, dok je stepen ekstrakcije ketona samo 20%, što ukazuje na prisustvo ketona velike molekulske mase koji se ne mogu dobiti ovom metodom. Proučavanjem ketona u uljima Zapadnog Sibira utvrđeno je da oni sadrže C 19 -C3 2 ketone, a u metanskim uljima prevladavaju alifatski ketoni, a u naftenskim uljima ciklanski i aromatični supstituenti.
Može se pretpostaviti da ulja sadrže alkohole u slobodnom stanju, au vezanom su dio estera. Od heteroorganskih spojeva nafte najviše je proučavana sklonost spojeva koji sadrže kisik intenzivnim međumolekularnim interakcijama.
Proučavanje spojeva koji sadrže dušik moguće je na dva načina - direktno u sirovoj nafti i nakon njihove izolacije i odvajanja. Prvi način omogućava proučavanje spojeva koji sadrže dušik u stanju bliskom prirodnom, međutim, nije isključena pojava primjetnih grešaka zbog niske koncentracije ovih spojeva. Drugi način omogućava smanjenje takvih grešaka, ali u procesu kemijskog djelovanja na ulje tijekom separacije i izolacije moguća je promjena njihove strukture. Utvrđeno je da su jedinjenja koja sadrže dušik u ulju predstavljena uglavnom cikličkim spojevima. Alifatski spojevi koji sadrže dušik nalaze se samo u proizvodima destruktivne rafinacije nafte, u kojima nastaju kao rezultat razaranja dušičnih heterocikla.
Sva uljna jedinjenja koja sadrže dušik su u pravilu funkcionalni derivati arena, pa stoga imaju sličnu distribuciju molekulske mase. Međutim, za razliku od arena, spojevi koji sadrže dušik su koncentrirani u frakcijama ulja visokog ključanja i sastavni su dio CAB-a. Do 95% atoma dušika prisutnih u ulju koncentrirano je u smolama i asfaltenima. Predloženo je da se tokom izolacije smola i asfaltena, čak i spojevi koji sadrže dušik relativno male molekulske težine koprecipitiraju s njima u obliku donor-akceptorskih kompleksa.
U skladu sa općeprihvaćenom klasifikacijom prema kiselinsko-baznoj karakteristici jedinjenja koja sadrže dušik su podijeljenau azotne baze i neutralna jedinjenja.
Baze koje sadrže dušik su, po svemu sudeći, jedini nosioci glavnih svojstava među komponentama uljnih sistema. Udio baza koje sadrže dušik u ulju titriranom perhlornom kiselinom u mediju octene kiseline kreće se od 10 do 50%. Trenutno je više od 100 alkil- i areno kondenziranih analoga piridina, kinolina i drugih baza identificirano u uljima i naftnim proizvodima.
Jako bazična jedinjenja koja sadrže dušik predstavljaju piridini i njihovi derivati:
Slabo bazična jedinjenja koja sadrže dušik uključuju aniline, amide, imide i N-cikloalkil derivate koji imaju alkil, cikloalkil i fenil grupe kao supstituent u pirolnom prstenu:
Neutralni spojevi koji sadrže dušik i koji ne sadrže druge heteroatome u svojim molekulima, osim atoma dušika, a izolirani su iz nafte, uključuju indole, karbazole i njihove naftenske derivate i derivate koji sadrže sumpor:
Kada se izoluju, neutralna jedinjenja koja sadrže dušik formiraju asocijacije sa jedinjenjima koja sadrže kiseonik i ekstrahuju se zajedno sa bazama koje sadrže dušik.
Uz imenovana monofunkcionalna jedinjenja, u uljima su identifikovana i sledeća jedinjenja koja sadrže azot:
1. Poliaromatski sa dva atoma dušika u molekuli:
2. Jedinjenja sa dva heteroatoma (dušik i sumpor) u jednom ciklusu - tiazoli i benztiazoli i njihovi alkil i naftenski homolozi:
3. Jedinjenja sa dva heteroatoma dušika i sumpora u različitim ciklusima: alkil-, cikloalkilindoli i karbazoli koji sadrže tiofen.
4. Jedinjenja s karbonilnom grupom u heterociklu koji sadrži dušik, kao što su piperidoni i kinoloni:
5. Porfirini. Struktura porfirina, koji su kompleksna jedinjenja sa vanadil VO, niklom i gvožđem, biće razmotrena u nastavku.
Značaj uljanih spojeva koji sadrže dušik kao prirodnih tenzida je vrlo velik, oni, zajedno sa CAB, u velikoj mjeri određuju površinsku aktivnost na granicama tečne faze i sposobnost vlaženja nafte na granici kamena-ulje, metal-ulje. Jedinjenja koja sadrže azot i njihovi derivati - piridini, hidroksipiridini, kinolini, hidroksihinolini, imidazolini, oksazolini, itd. - prirodni su tenzidi rastvorljivi u ulju koji imaju inhibitorna svojstva u koroziji metala tokom proizvodnje, transporta i rafinacije nafte. Slabija površinski aktivna svojstva karakteristična su za uljne spojeve koji sadrže dušik kao što su homolozi pirola, indola, karbazola, tiazola i amida.
smole-asfaltne supstance (TAKSI). Jedna od najreprezentativnijih grupa heteroorganskih makromolekularnih jedinjenja ulja su CAB. Karakteristike CAB-a - značajne molekularne mase, prisustvo različitih heteroelemenata u njihovom sastavu, polaritet, paramagnetizam, visoka sklonost MMW i asocijacijama, polidisperznost i ispoljavanje izraženih koloidnih disperznih svojstava - doprinijele su tome da se metode koje se obično koriste u analizi se pokazalo neprikladnim za njihovo proučavanje.komponente niskog ključanja. S obzirom na specifičnosti objekta koji se proučava, Sergienko S.R. prije više od 30 godina izdvojio je hemiju makromolekularnih jedinjenja nafte kao samostalnu granu hemije nafte i svojim temeljnim radovima dao veliki doprinos njenom formiranju.
Do 1960-ih i 1970-ih, istraživači su određivali fizičko-hemijske karakteristike CAB-a (neke od njih su date u tabeli 2.4) i pokušavali da predstave strukturnu formulu prosječnog molekula asfaltena i smola na osnovu podataka instrumentalne strukturne analize.
Slični pokušaji se čine i u ovom trenutku. Vrijednosti elementarnog sastava, prosječne molekularne mase, gustoće, rastvorljivosti itd., koje variraju u značajnom rasponu za CAB uzorke raznih domaćih i stranih ulja, odražavaju raznolikost prirodnih ulja. Većina heteroelemenata prisutnih u nafti i gotovo svi metali koncentrirani su u smolama i asfaltenima.
Azot u CAB uglavnom ulazi u heteroaromatične fragmente tipa piridina (bazni), pirol (neutralni) i porfirin (kompleks metala). Sumpor je dio heterocikla (tiofen, tiaciklan, tiazol), tiolnih grupa i sulfidnih mostova koji povezuju molekule. Kiseonik u smolama i asfaltenima je predstavljen u obliku hidroksilnih (fenolnih, alkoholnih), karboksilnih, eterskih (jednostavnih, složenih laktonskih), karbonilnih (keton, kinon) grupa i furanskih ciklusa. Postoji određena korespondencija između molekulske mase asfaltena i sadržaja heteroelemenata (slika 2.2).
Hajde da okarakterišemo savremeni nivo ideja o CAB-u. Jen primjećuje univerzalnu prirodu asfaltena kao sastavnog dijela prirodnih izvora ugljika, ne samo kaustobiolita (ulja i čvrsta goriva), već i sedimentnih stijena i meteorita.
Prema klasifikaciji prirodnih resursa sa ugljovodoničnom bazom koju je predložio Abraham, ulja uključuju ona koja sadrže do 35-40% (mas.) CAB, a prirodni asfalti i bitumeni sadrže do 60-75% (mas.) CAB, prema drugim izvorima - do 42-81%. Za razliku od lakših komponenti ulja, koje su svojim grupama pripisivane po sličnosti njihove hemijske strukture, kriterijum za kombinovanje jedinjenja u klasu zvanu CAB je njihova blizina u rastvorljivosti u određenom rastvaraču. Kada su ulje i ostaci nafte izloženi velikim količinama petrolej etera, alkana niskog ključanja, taloženje supstanci tzv. asfalteni, koji su rastvorljivi u nižim arenama, i solvatacija drugih komponenti - maltena, koji se sastoje od ugljovodoničnog dela i smola.
Moderne šeme za odvajanje teškog dijela nafte temelje se na klasičnim metodama koje je prvi predložio Markusson. Supstance nerastvorljive u ugljičnom disulfidu i drugim rastvaračima klasificirane su kao karboidi. Tvari koje su rastvorljive samo u ugljičnom disulfidu i taložene ugljičnim tetrahloridom nazivaju se karbeni. Karboidi i karbeni, u pravilu se nalaze u sastavu teških proizvoda destruktivne prerade nafte u količini od nekoliko posto i u nastavku će se posebno razmatrati. Praktično ih nema u sastavu sirove nafte i u ostacima primarne prerade nafte.
Svojstva izoliranih asfaltena također zavise od rastvarača. Posljedica razlika u prirodi i svojstvima otapala je da je molekularna težina asfaltena iz arapskih ulja kada su otopljeni u benzenu u prosjeku 2 puta veća nego u tetrahidrofuranu. (Tabela 2. 5).
Tabela 2.5
Parametar rastvora otapala Dielektrični dipolni moment, Dpermeability permeability
Tetrahidrofuran 9,1 7,58 1,75 Benzen 9,2 2,27 0
U procesu razvoja ideja o strukturi i prirodi naftnih CAB-a mogu se razlikovati dvije glavne faze, povezane općom idejom koloidno-dispergirane strukture, ali se razlikuju u metodološkom pristupu procjeni strukture jednog elementa. koloidne strukture. U prvoj fazi - fazi kemijskih ideja o strukturi CAB molekula - korišten je standardni kemijski pristup za identifikaciju strukture nepoznatog jedinjenja. Nakon utvrđivanja molekulske težine, elementarnog sastava i molekulskih formula smola i asfaltena C n H 2 n - z N p S g O r . Zatim je izračunata z vrijednost. Za smole je bilo 40-50, za asfaltene - 130-140. Tipičan primjer rezultata takvih studija za CAB uzorke raznih domaćih i stranih ulja prikazan je u tabeli. 2.4. (vidi tabelu 1.4). Kao što se može vidjeti, asfalteni se od smola iz istog izvora razlikuju po povećanom sadržaju ugljika i metala i smanjenom udjelu vodika, većoj veličini poliaromatskih jezgara, kraćoj prosječnoj dužini velikih alifatskih supstituenata i manjem broju acikličnih supstituenata. fragmenti direktno spojeni sa aromatičnim jezgrama.
Druga faza se može okarakterisati kao faza razvoja fizičkih predstava o strukturi asfaltena i analize razloga za sklonost asfaltena ka udruživanju. Zaista, objašnjenje zavisnosti molekulske težine od uslova određivanja (vidi tabelu 2.5), kao i njene linearne zavisnosti od veličine čestica asfaltena (slika 1.5) postalo je moguće u okviru kvalitativno novih ideja o struktura asfaltena.
Godine 1961 T. Yen je predložio tzv. "plate to plate" model strukture asfaltena. Model nije zasnovan na neophodnosti njegove usklađenosti sa proračunatim strukturnim parametrima sastava asfaltena, već na fundamentalnoj mogućnosti ravno paralelne orijentacije poliaromatskih fragmenata različitih molekula. Njihovo povezivanje kao rezultat intermolekularnih (π - π, donor-akceptor, itd.) interakcija događa se formiranjem slojevitih struktura za slaganje (izraz "slaganje" se koristi u molekularnoj biologiji za označavanje rasporeda molekula nalik na snop jedan iznad drugi).
Rice. 2.5. Korelacija između veličine čestica asfaltena (D) i njihove molekularne težine (M)
U skladu sa Yen modelom baziranim na podacima rendgenske difrakcije, asfalteni imaju kristalnu strukturu i predstavljaju složne strukture prečnika 0,9-1,7 nm iz 4-5 slojeva međusobno udaljenih 0,36 nm. Veličina naslaganih struktura duž normale na ravan aromatičnih ploča je 1,6–2,0 nm (slika 2.6). Pravolinijski segmenti pokazuju ravne poliaromatične fragmente, a izlomljeni segmenti pokazuju zasićene fragmente molekula. Poliaromatični fragmenti su predstavljeni relativno malim, najčešće ne više od tetracikličkih, jezgrima. Od alifatskih fragmenata najčešće su kratke alkil grupe C 1 -C 5, prvenstveno metil, ali postoje i linearni razgranati alkani koji sadrže 10 ili više atoma ugljika. Postoje i policiklične zasićene strukture u CAB molekulima sa 1-5 kondenzovanih prstenova, uglavnom biciklana.
U okviru Jena modela, ovisnost molekulske težine asfaltena od uvjeta izolacije i prirode otapala gore navedenog može se lako objasniti asocijacijom koja sugerira nekoliko razina strukturne organizacije asfaltena: molekularno dispergirano stanje (I), u kojoj su asfalteni u obliku odvojenih slojeva; koloidno stanje (II), koje je rezultat formiranja slaganih struktura karakterističnih dimenzija; dispergovano kinetički stabilno stanje (III) koje nastaje agregacijom struktura slaganja i dispergovano kinetički nestabilno stanje (IV) praćeno precipitacijom.
Rice. 2.6. Model strukture asfaltena prema Jen
Modele strukture pakovanja strukture asfaltena prate mnogi savremeni istraživači. Unger F.G. izneo originalno gledište o procesu nastanka i postojanja CAB u ulju. Ulja i uljni sistemi koji sadrže CAB, po njegovom mišljenju, su termodinamički labilna paramagnetna pridružena rješenja. Jezgra suradnika ovakvih otopina su formirana od asfaltena u kojima su lokalizirani stabilni slobodni radikali, a slojevi solvata koji okružuju jezgra sastoje se od molekula dijamagnetne smole. Neki od molekula dijamagnetne smole su sposobni da pređu u pobuđeno tripletno stanje i prođu kroz hemolizu. Stoga su smole potencijalni izvor asfaltena, što objašnjava L.G. lakoća pretvaranja smola u asfaltene.
Dakle, novina predstavljenih ideja povezana je sa tvrdnjom o posebnoj ulozi razmenskih interakcija za objašnjenje prirode CAB-a. Za razliku od paketnog modela, razvija se ideja centralno simetrične strukture CAB čestice. Prvi su ga postavili D. Pfeiffer i R. Saal, koji su predložili statički model strukture strukturne jedinice asfaltena. Prema njemu, jezgro strukturne jedinice čine policiklični ugljovodonici visoke molekularne težine i okruženo je komponentama sa postepeno opadajućim stepenom aromatičnosti. Neumann G. je naglasio da je energetski korisno okrenuti polarne grupe unutar strukturne jedinice, a ugljikovodične radikale - prema van, što je u skladu s pravilom izjednačavanja polariteta prema Rebinderu.
Porfirini su tipični primjeri prirodnih spojeva kompleksa nafte. Porfirini sa vanadijem kao žarišnom tačkom (u obliku vanadila) ili niklom (vidi 11). Uljni vanadilporfirini su uglavnom homolozi dvije serije: alkil-supstituirani porfirini s različitim ukupnim brojem atoma ugljika u bočnim supstituentima porfinskog prstena i porfirini sa dodatnim ciklopentenskim prstenom. Metalni porfirinski kompleksi prisutni su u prirodnom bitumenu do 1 mg/100 g, au visokoviskoznim uljima - do 20 mg/100 g ulja. Proučavajući prirodu distribucije kompleksa metalnih porfirina između sastavnih dijelova SDS-a, metodom ekstrakcije i gel hromatografije ustanovljeno je da je 40% vanadilporfirina koncentrisano u dispergiranim česticama (približno podjednako u sastavu jezgre i sloja solvata ), a ostatak i nikl porfirini sadržani su u disperzijskoj sredini.
Vanadilporfirini u sastavu asfaltena daju značajan doprinos površinskoj aktivnosti ulja, dok je intrinzična površinska aktivnost asfaltena niska. Tako je istraživanje ulja iz Baškirije pokazalo da površinski napon ulja na granici s vodom snažno korelira sa sadržajem vanadilporfirina u njima, dok je koeficijent korelacije sa sadržajem asfaltena u njima relativno nizak (slika 2.7).
U manjoj mjeri proučavan je utjecaj metalnih porfirina na disperznu strukturu nafte i uvjete za nastanak faznih prijelaza u naftnim sistemima. Postoje dokazi o njihovom negativnom učinku, zajedno s drugim heteroatomskim komponentama, na katalitičke procese prerade nafte. Osim toga, oni bi trebali snažno utjecati na kinetiku i mehanizam faznih prijelaza u SSS.
Rice. 2.7. Izoterme međufazne napetosti a na granici s vodom:
a - benzenske otopine asfaltena: 1 - asfalteni sa porfirinima; 2-5 - asfalteni kao porfirini se uklanjaju nakon jedne, pet, sedam, trinaest ekstrakcija; b - ulje Baškirije
