Лекция 1.
Тезисы лекций
Содержание и задачи курса. История и основные направления развития химии и физики органических веществ. Взаимосвязь курса с другими дисциплинами. Обзор гипотез происхождения нефти. Гипотеза Д.И. Менделеева. Гипотезы органического происхождения нефти. Превращения материнского вещества нефти в процессе нефтеобразования. Полимеры и их значение в природе и технике. Основные виды природных и синтетических полимеров. Особенности строения и свойств высокомолекулярных соединений.
План лекции
1. Задачи курса. Основные виды органических веществ
2. Анализ гипотез происхождения нефти
3. Специфика строения и свойств полимеров
1. Подготовка специалистов в области нефтепереработки и нефтехимии невозможна без знаний и навыков по физико-химическим исследованиям органических веществ: нефти, газа, твердых горючих ископаемых, мономеров, полимеров, эластомеров, волокнообразующих полимеров, поверхностно-активных веществ. Химия и физика органических веществ (ХиФОВ) как самостоятельный раздел химической науки начал существовать в 30-х годах XIX столетия. Нефть и продукты ее естественного выхода на земную поверхность асфальтены и битумы были известны несколько тысячелетий назад. В природе нет второго такого вещества, которое было бы столь богато разнообразием углеводородов. Казахстан располагает собственной сырьевой базой для развития многих отраслей нефтехимической промышленности, включая попутные газы, газообразные и жидкие углеводороды, получаемые при переработке нефти.
Базой для изучения настоящей дисциплины является комплекс естественнонаучных дисциплин, изученных студентами на предшествующих курсах в соответствии с учебным планом. Материал курса "Химия и физика органических веществ" основывается на изучении студентами общей и неорганической химии, органической химии циклических соединений, органической химии соединений алифатического ряда, физической и коллоидной химии.
Крупнейшими отраслями промышленности органических веществ являются: нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, резиновая, пластических масс, химических волокон, пленок, лаков и клеев.
2. Вопрос о происхождении нефти является весьма спорным на протяжении более двух столетий. Этот вопрос решали геологи и химики, такие великие ученые, как М.В.Ломоносов, А.Гумбольдт и Д.И.Менделеев. Все существующие гипотезы можно в общих чертах свести к двум направлениям: минеральному и органическому происхождению нефти. В арсеналах каждого из этих двух направлений содержатся многочисленные гипотезы, имеющие как довольно убедительные, так и слабые стороны.
Несмотря на большой фактический материал по геологии нефти и природного газа, вопрос о генезисе нефти до сих пор не решен. Гипотеза, выдвинутая М.В.Ломоносовым об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце ХІХ – начале ХХ веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований. Из гипотез органического происхождения нефтей наиболее разработанной и аргументированной, по-видимому, следует считать сапропелевую. В ней признается планктонный материал водоемов за материнское вещество сапропелей, т.е. сложную смесь веществ, оседающих в водоемах при отмирании планктонных организмов и образующих вместе с минеральными осадками отложения сапропеля.
К минеральным гипотезам относятся также космическая гипотеза В.Д.Соколова и магматическая или вулканическая гипотеза Н.А.Кудрявцева.
В 1876 г Д.И.Менделеев выдвинул, так называемую «карбидную» гипотезу происхождения нефти. По Менделееву проникновение воды по тектоническим трещинам земной коры в ее глубинные области приводило к контакту этой воды с возможными скоплениями карбидных масс. В результате реакции карбидов железа с водой образовались углеводороды высокомолекулярных углеводородов. Затем углеводороды по тем же разломам поднимаются в верхние слои земли и образуют нефтяные месторождения.
В 1892г. русский ученый В.Д.Соколов останавливаясь на фактах находок битумов в метеоритах, а также на наличии углеводородов в хвостах некоторых комет, предложил «космическую» гипотезу возникновения нефти. По Соколову углеводороды нефти представляют собой готовые соединения, рассеянные в космическом пространстве и консолидирующиеся вместе с иными веществами Земли при образовании планеты.
3. Основой прогресса многих отраслей техники, обеспечивающих решение важнейших государственных задач, является получение новых материалов. К числу подобных материалов относятся полимерные. К природным полимерам относят натуральный каучук, целлюлозу, белковые вещества. Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Синтетическими полимерами являются синтетические каучуки, полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиамиды, феноло-формальдегидные смолы и т.д.
Специфические свойства полимеров обусловлены особенностями их структуры. В полимерных телах структурными элементами являются макромолекулы. Молекула полимера, состоящая из повторяющихся составных звеньев и концевых групп называется макромолекулой.
Контрольные вопросы
1. Значение орнагических веществ в энергетике, технике
2. Гипотезы органического происхождения нефти
3. Значение полимеров в технике и в природе
4. Назовите основные виды природных полимеров
5. Чем отличается синтетические полимеры от природных
Лекция 2.
Общие принципы исследования химического состава нефти. Физические методы разделения, выделения и анализа углеводородных смесей. Виды хроматографий и методы анализа. Разделение углеводородов с помощью молекулярных сит, термической диффузии и методом комплексообразования. Адсорбенты в газовой хроматографии. Принцип работы газового хроматографа. Типы хроматографических колонок, фаз и детекторов. Физико-химические константы углеводородов нефти и их роль при идентификации и анализа углеводородов и углеводородных смесей.Спектральные методы идентификации и анализа углеводородов и углеводородных смесей.
План лекции
1. Физико-химические методы анализа нефти и нефтепродуктов
2. Хроматографический анализ нефти и газа
3. Физико-химические свойства нефти
4. Спектральные методы анализа нефти и нефтепродуктов
1. Для облегчения анализа нефтей и нефтепродуктов используют разнообразные методы их предварительного разделения как по молекулярным массам, так и по химическому составу. Для разделения нефти и выделения различных групп углеводородов и гетероатомных компонентов применяют химические и физические методы. Химические методы основаны на неодинаковой реакционной способности разделяемых компонентов, а физические (или физико-химические) – на различии концентраций компонентов в сосуществующих равновесных фазах.