Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Химическое строение твердых горючих ископаемых

Сложностью химического состава и строения угля, является естественной высокомолекулярным соединением, обусловливается необходимость применения для определения его молекулярной структуры и надмолекулярной организации комплекса физических, физико-химических и химических методов исследования. Наиболее полную характеристику строения угля дает комплексное использование рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии, электронного парамагнитного резонанса, порометрии, диелькометрии и классических химических методов.

Различают рентгеновский и оптический уровень молекулярной структуры и надмолекулярной организации (НМО). Данный раздел связан с последовательностью уровней, как конструкций из структурных элементов нарастающей сложности, и методами наблюдений.

Метод структурного анализа относится к прямым методам определения структуры вещества. Величина периода повторяемости структурных единиц определяет угловую область и интенсивность рассеивания рентгеновских лучей. Рентгеновская дифрактометрия проводится под крупными и средними и под малыми (& lt; 6 °) углами.

Параметры молекулярной структуры угля определяются по результатам съемки под большим и средним углами. Рассчитывается мижядерна расстояние (d002), размеры ароматического ядра (La), толщина пакета (Lc) и текстура (ориентация) Т. Съемки под малыми углами позволяют рассчитывать продольные (LII) и поперечных (L ^) размеры надмолекулярных образований, размеры и форму молекулярных пор, и объем средней микропоры. Кроме того, по данным рентгеновских съемок можно определить состав и количество минеральных составляющих.

С помощью электронной микроскопии (просвечивание и сканирование) можно определить кристаллографическую ориентацию, топографию поверхности и состав образца. Анализ инфракрасных спектров угля позволяет определить вид и количество функциональных групп и структурных фрагментов, составляющих угля. по спектрамНаличие кисеньвмистких групп в "алифатических" части органической массы угля способствуют образованию связей органического вещества угля с их неорганической частью. Типы взаимодействия могут быть следующие: все виды адсорбционного взаимодействия (электростатические силы, водородные связи, хемосорбция) комплексообразования (координационный связь); образования металлоорганических (елементноорганичних) соединений с включением гетероатомов в гетероциклы или алифатические цепи (гомеополярний связь). Кроме того, образуются сложные полиэфиры, что подтверждается данными инфракрасной спектроскопии.

В общем, относительное содержание углерода в ряде метаморфизма увеличивается по схеме:

С-ОН®СН3®СН2®СНар-группы.

Относительное содержание углерода (%) в структурных группах для угля с Vdaf = 28% следующий: С-ОН - 1,8; СН3 - 7,6; СН2 - 12,0; Снаря - 20,8; Сар - 57,8.

Уточненная структурная интерпретация ИК-спектров угля показывает, что в угле низкой степени углефикации во внутренних фрагментах структуры значительный вклад кисеньвмистких групп, включая эфирные и прочные водородные связи. С увеличением степени метаморфизма меньше содержание кислородсодержащих групп, фрагменты структуры становятся более однородными и упорядоченными. Для угля средней стадии метаморфизма характерны относительно короткие системы связанных соединений.

В процессе метаморфизма идет преобразование разнохарактерных составляющих в структуре угля от компонентов, имеющих неразвитую систему сообщения и содержат много кислорода и алифатических фрагментов различных водородных связей в трехмерной "однородной" структуры с полисполученою системой большого размера с минимальным содержанием водорода и гетероатомов. Выделяют три основных периода структурирования в процессе метаморфизма

I период: до Rо = 0,8%. В этом периоде каркас формируют фрагменты из невысокой степени сообщения и большим содержанием карбонильных групп. Они связаны эфирными мостиками и прочными водородными связями.

Преобразование структуры обусловливается преимущественно за счет удаления кислородсодержащихх фрагментов из каркаса и алифатической части структуры, ведет к накоплению ненасыщенных фрагментов, увеличение количества и размеров полисполучених систем.

II период: Rо = 0,8-1,7%. В этом периоде образуются более однородные каркасные структуры за счет удаления кислорода и разрушения прочных водородных связей.

Увеличение количества СН-связей в ненасыщенных фрагментах связей и увеличение количества полисполучених систем происходит за счет удаления кисеньвмистких фрагментов, деалкилювання и дегидрирования фрагментов алифатической части структуры.

III период: Rо более 1,7%. В этом периоде завершается удаления и дегидрирования алифатических фрагментов структуры, достигает максимального значения содержание СН-связей в ненасыщенных фрагментах. СН-связи уменьшаются, происходит сшивка структурных фрагментов и образуются С-С связи.

В работах В.И.Касаточкина, Ван Кревелена органическая угольная вещество представляется в виде совокупности пачек конденсированных ароматических ядер, боковые неароматических группы которых, включающих кислород, азот, серу и другие гетероатомы, химически связывают соседние пачки в пространственный полимер. При углефикации происходит замена в боковых радикалах углерода кислородных мисточкових связей углерод - углеродными связями.

Одним из наиболее вероятных возможностей образования пространственных слоев является ассоциация молекул межмолекулярными водородными связями фенольных групп. Кислород гидроксильных групп, располагаясь планарный ароматическом ядру, обеспечивает их ассоциации в плоские и довольно жесткие группы в виде единого плоского слоя. Взаимодействие между слоями приводит к образованию пачек параллельных слоев с межслойной расстоянием, определяется размерами контактирующих между собой углеродных радикалов молекулярных ядер соседних слоев ассоциатов. Часть же ядер, не содержащие фенольные гидроксилы, образует пачки, в состав которых входят индивидуальные ароматические ядра взаимно ориентируются.

Молекулярные фрагменты угля в виде ароматических ядег. со связями sp2-гибридной формы и алифатических фрагментов структуры с sp3-гибридной формой связи, образуют в комплексе пакетные соединения, характеризующиеся параметрами La и Lc и являются первичными элементами сбора надмолекулярной организации ископаемых углей.

На сегодняшний день сформированы представления о органическую массу угля (ОМУ), как о самоасоцийований мультимера с трехмерной организацией, в котором внутримолекулярные связи валентного типа, а макромолекулы (и олигомеры) соединены между собой связями невалентных характера, причем основную роль играют электронодонорных-акцепторные (ЭДА) взаимодействия разных типов: sp-комплексов, Np-комплексов, pp-комплексов, например, аминов, эфира, сульфатов с ароматическими и непредельными группировками или металлоорганических соединений.

Прочность ЕДА взаимодействий колеблется в пределах 2-14 кДж / моль. ЕДА взаимодействия особенно сильны в угле, содержащий различные функциональные группы (кислотные А-фрагменты: С-ОН, СООН, SH, NH основные В-фрагменты: (N, С = О, -S-, -О-, (NH ), (SH)), а также углерод с разной степенью гибридизации валентных орбиталей. Поэтому чем больше число гетероатомов в ОМВ, тем вероятнее образование ЕДА-взаимодействий. Существенную роль в мижмакромолекулярних связях играют водородные связи.

С ростом степени углефикации протекают реакции, приводящие к эвакуации кислорода и водорода с ОМУ в виде СО, СО2, СН4 и Н2О. Макромолекулы укрупняются, растет ароматичность, а ЕДА-взаимодействие между параллельными углеродными ядрами обеспечивается за счет обмена p-электронами и ван-дер-ваальсовых связей.

Как гипотеза о структуре угля сформулирована концепция самоасоцийованого мультимера, которому присущ пространственный и энергетическое распределение донорных и акцепторных участков структуры. Согласно этой концепции, органическая масса угля состоит из набора олигомеров, соединенных между собой многочисленными связями невалентных характера. Основную роль среди них играют ЕДА-взаимодействия и водородных связей. Отдельные структурные блоки могут иметь различный наборучастков, проявляют ЭД-свойства (В-центры, обобщают основные группы) и ЕА свойства (А - центры, обобщающие кислотные группы).

Представление структуры угля как самоасоцийованого мультимера не исключает наличия в органической массе относительно непрочных валентных связей в эфирных и метиленовых мостиках. Такого рода связи находятся внутри структурных единиц, объединенных в мультимера ЕДА-взаимодействиями.

ЛИТЕРАТУРA

Саранчук В.И., Айруно А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К .: Наукова думка.

Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К .: Наукова думка, 1984.

Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- М .: шк., 1987.-359с.

Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, -1999.-195с.

Агроскин А. А., Глейбман В.Б. Теплофизика твердого топлива .-- М. Недра 1980 .-- 256 с.

Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых .-- М.: Высшая шк. Головное изд-во, 1980 .-- 255 с.

Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. петрографии и физические свойства углей. - М.: Недра, 1980. - 266 с.

Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей .-- М: Недра, 1975 .-- 159 с.

Раковский В.Е., Пигулееская Л.В. Химия и генезис торфа .-- М. : Недра, 1978 .-- 231 с.

Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля .-- К.: Наукова. мнение, 1982 .-- 166 с.

Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений .-- 3-е изд., Перераб. и доп .-- М.: Химия, 1976 .-- 436 с.

Загрузка...