Свойства и состав
Взаимосвязь состава, структуры и свойств материалов
Свойства материалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов — от их происхождения и условий образования, для искусственных — от технологии производства и обработки материала.
Каждый строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.
В зависимости от химического состава все материалы делят:
· на органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.),
· минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.)
· металлы (сталь, чугун, алюминий).
Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные — огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочности и т. д.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие вещества, каменные материалы, стекло) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов.
Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.
При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.
Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молёкулярно ионном уровне.
Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении.
Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение веществ изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.
Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло), в отличие от оконного стекла, непрозрачное и очень легкое.
Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.
В зависимости от формы и размера частиц и их строения макроструктура твердых строительных материалов может быть:
· зернистой (рыхлозернистой или конгломератной);
Рыхлозернистые материалы состоят из отдельных, не связанных одно с другим зерен (песок, гравий, порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции и засыпок и др.).
Конгломератное строение, когда зерна прочно соединены между собой, характерно для различных видов бетона, некоторых видов природных и керамических материалов и др.
Ячеистая (мелкопористая) структура характеризуется наличием макро- и микропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам, некоторым керамическим материалам.
Волокнистые и слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами вдоль и поперек волокон (слоев). Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, — анизотропными. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты, а слоистая — рулонным, листовым, плитным материалам со слоистым наполнителем (текстолит, бумопласт и др.).
По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут, быть кристаллическими иаморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава (например, аморфные формы кремнезема — пемзы, туфы, трепелы, диатомиты и кристаллический кварц).
Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определенную температуру плавления (при постоянном давлении), а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.
Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию, например стекол при получении стеклокристаллических материалов — ситаллов и шлакоситаллов.
Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма). Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Изменением свойств материала путем изменения кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке или отпуске).
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8987 — | 7639 —
или читать все.
Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение
Многие знают о таком материале как чугун и его прочностных характеристиках. Сегодня мы с вами углубим эти знания и выясним, что такое чугун, из чего он состоит, каких видов бывает и как производится.
Состав
Что такое чугун? Это сплав из железа, углерода и разнообразных примесей, благодаря которым он обретает необходимые свойства. Материал должен иметь в своем составе не менее 2,14% углерода. В противном случае, это будет сталь, а не чугун. Именно благодаря углероду чугун обладает повышенной твердостью. Вместе с тем, данный элемент снижает пластичность и ковкость материала, придавая ему хрупкость.
Кроме углерода, в состав чугуна в обязательном порядке входят: марганец, кремний, фосфор и сера. В некоторые марки также вносят дополнительные присадки, для придания материалу специфических свойств. Среди часто используемых легирующих элементов можно отметить: хром, ванадий, никель и алюминий.
Свойства чугуна
Материал имеет плотность 7,2 г/см 3 . Для металлов и их сплавов это достаточно высокий показатель. Чугун хорошо подходит для производства всяческих изделий путем литья. В этом плане он превосходит все сплавы железа кроме некоторых марок стали.
Температура плавления чугуна равна 1200 градусам. У стали данный показатель выше на 250-300 градусов. Причина тому кроется в повышенном содержании в чугуне углерода, которое обуславливает менее тесные связи между атомами железа. Во время выплавки чугуна и его последующей кристаллизации, углерод в полной мере не успевает внедриться в структуру железа. Поэтому материал получается хрупким. Структура чугуна не позволяет использовать его для производства продукции, которая постоянно подвержена динамическим нагрузкам. А вот для чего чугун подходит идеально, так это для деталей, которые должны обладать повышенной прочностью.
Получение
Получение чугуна – весьма затратный и материалоемкий процесс. Чтобы получить одну тонну сплава, необходимо 550 кг кокса и 900 л воды. Что касается руды, то ее количество зависит от содержания в ней железа. Как правило, используется руда с массовой долей железа не менее 70%. Обработка менее богатых руд нецелесообразна с экономической точки зрения.
Прежде чем отправиться на переплавку, материал обогащается. Производство чугуна в 98% случае происходит в доменных печах.
Технологический процесс включает в себя несколько этапов. Сначала в доменную печь загружается руда, в состав которой входит магнитный железняк (соединение двух- и трехвалентного оксида железа). Также могут использоваться руды, в которых содержатся водная окись железа или его солей. Кроме сырья, в печь кладут коксующиеся угли, необходимые для создания и поддержания высокой температуры. Продукты горения углей как восстановители железа также участвуют в химических реакциях.
Дополнительно в топку подается флюс, играющий роль катализатора. Он ускоряет процесс плавления пород и освобождения железа. Важно отметить, что прежде чем попасть в топку, руда должна пройти специальную обработку. Так как мелкие части лучше плавятся, ее предварительно измельчают на дробильной установке. Затем руду промывают, чтобы избавиться от примесей, не содержащих металла. Затем сырье высушивается и проходит обжиг в печах. Благодаря обжигу из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.
После полной загрузки печи начинается второй этап производства. Когда горелки запущены, кокс постепенно разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который реагирует с кислородом и образует оксид. Последний принимает активное участие в восстановлении железа из находящихся в руде соединений. Чем больше газа накапливается в печи, тем медленнее протекает реакция. Когда нужная пропорция достигнута, реакция и вовсе останавливается. Избыток газов в дальнейшем служит топливом для поддержания необходимой температуры в печи. У этого метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, он позволяет снизить затраты горючего, что удешевляет производственный процесс. И, во-вторых, продукты горения не попадают в атмосферу, загрязняя ее, а продолжают участвовать в производстве.
Избыток углерода перемешивается с расплавом и поглощается железом. Так и получается чугун. Примеси, которые не расплавились, всплывают на поверхность смеси и удаляются. Их называют шлаком. Шлак находит применение в производстве некоторых материалов. Когда из расплава удалены все лишние частицы, в него добавляют специальные присадки.
Разновидности
Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.
Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.
Белый
Это сплав отличается содержанием избыточной части углерода в виде карбида или цементита. Название этому виду было дано за белый цвет в месте разлома. Содержание углерода в таком чугуне обычно превышает 3%. Белый чугун отличается высокой хрупкостью и ломкостью, поэтому его применяют ограниченно. Данный вид используют для производства деталей простой конфигурации, которые выполняют статические функции и не несут больших нагрузок.
Благодаря добавлению в состав белого чугуна легирующих присадок, можно повысить технические параметры материала. С этой целью чаще всего используют хром или никель, реже — ванадий или алюминий. Марка с подобного рода присадками получила название «сормайт». Она используется в различных устройствах как нагревательный элемент. «Сормайт» обладает высоким удельным сопротивлением, и хорошо работает при температурах не выше 900 градусов. Самое распространенное применение белого чугуна – производство бытовых ванн.
Серый
Это наиболее распространенная разновидность чугуна. Она нашла применение в разных областях народного хозяйства. В сером чугуне углерод представлен в виде перлита, графита или же феррито-перлита. В таком сплаве содержание углерода составляет порядка 2,5%. Как для чугуна, этот материал обладает высокой прочностью, поэтому его используют в производстве деталей, которые получают циклическую нагрузку. Из серого чугуна делают втулки, кронштейны, зубчатые шестеренки и корпуса промышленного оборудования.
Благодаря графиту серый чугун снижает силу трения и улучшает действие смазок. Поэтому детали из серого чугуна имеют высокую стойкость к данному виду износа. При эксплуатации в особо агрессивных средах в материал вводятся дополнительные присадки, позволяющие нивелировать негативное воздействие. К таковым относятся: молибден, никель, хром, бор, медь и сурьма. Эти элементы защищают серый чугун от коррозии. Кроме того, некоторые из них повышают графитизацию свободного углерода в сплаве. Благодаря этому создается защитный барьер, предотвращающий попадание на поверхность чугуна разрушающих элементов.
Половинчатый
Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%). Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.
Ковкий
Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур. В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.
Высокопрочный
Данный вид чугуна получается вследствие образования в металлической решетке включений графита шаровидной формы. Из-за этого металлическая основа кристаллической решетки ослабевает, и сплав обретает улучшенные механические свойства. Образование шаровидного графита происходит благодаря введению в материал магния, иттрия, кальция и церия. Высокопрочный чугун близок по своим параметрам к высокоуглеродистой стали. Он неплохо поддается литью и может полностью заменить стальные детали механизмов. Благодаря высокой теплопроводности данный материал может быть использован для изготовления трубопроводов и отопительных приспособлений.
Трудности промышленности
На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей. Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей. Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов. Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.
Заключение
Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов. В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно. В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.
Тальк: химическая формула и состав минерала, излом и растворимость, свойства и применение
Самым распространенным и востребованным минералом является тальк. Мало кто знает, что этот чудесный камень приносит людям пользу уже на протяжении семи тысяч лет. В Древнем Египте из него изготавливали амулеты и ожерелья, на Руси – иконы и картины. Им украшают дома и используют как основу в косметических средствах. Тальк обладает такими полезными свойствами, как противовоспалительный и антибактериальный эффект. Многие лекари применяли его там, где другие средства были бессильны.
Описание и физико-химическая характеристика талька
Тальк – это хрупкий камень с минимальной твердостью. Очень сложно описать минерал в нескольких словах. Он выглядит как рассыпчатый жирный порошок белого цвета без запаха и вкуса, в природе встречается в виде сплошных масс. Образуется вследствие изменения химического состава силикатов магния.
Кристаллическая решетка образована оксидом магния, окруженным кислородом и двумя тетраэдрами кварца. На внешней поверхности нет активных ионов и гидроксильных групп. Химическая формула минерала: Mg3Si4O10(OH)2.
- цвет: зеленоватый, белый или бесцветный;
- прозрачность: непрозрачный;
- блеск: тусклый или жирный;
- твердость по шкале Мооса: 1;
- излом: занозистый, неровный;
- плотность: 2,5–2,8 г/см 3 ;
- радиоактивность: отсутствует;
- растворимость: слабая.
В зависимости от вида примесей и структур тальк делится на несколько видов. С примесью железа носит название миннесотаит, он имеет коричневый цвет. Виллемсеит – разновидность талька, в котором вместо магния содержится никель, бывает зеленого или голубого оттенка. Стеатит занимает лидирующее место по твердости среди всех видов талька. Минерал, состоящий из тонких волокон, носит название агалит, а прозрачный и светлый камень называется благородным тальком.
Практически невозможно отличить эти разновидности друг от друга по фото. Необходимо изучить все характеристики и основные особенности этих видов.
Применение мягкого минерала
Название минерала пришло из персидского языка и переводится как «белый». Из-за низкой твердости в древней Руси камень носил название «жировик» или «мыльный». Он нашел свое применение в различных областях промышленности. Для предотвращения потертостей и воспалений камень перетирали в мелкий порошок или пудру и использовали как присыпку. Также им обкладывали камины и печи.
В Египте из благородного талька изготавливали украшения в виде ожерелья и жуков скарабеев. Во время археологических раскопок находили изделия возрастом более 7 тысяч лет. В Греции и Риме минерал применяли при создании печатей, а в Китае камень красили и продавали как нефрит. Икона Дмитрия Солунского, хранящаяся в Оружейной палате Московского Кремля, является самым ценным и наиболее известным изделием, когда-либо сделанным из талька.
Лечебные свойства
Описание целительных свойств минерала можно встретить в работах Акриколы – ученого эпохи возрождения. Его смешивали с травами и применяли для предотвращения заражения. Из-за противовоспалительных свойств его часто берут за основу при изготовлении мазей и детских присыпок. Он предотвращает повышенную потливость, нейтрализует запах, придавая коже свежий вид и приятный аромат. Использовать его можно как маленьким детям, так и взрослым. Также из него изготавливают специальную присыпку для ног, которая предотвращает появление мозолей.
Использование в медицине и косметологии
Тальк нашел широкое применение в медицине и косметологии. Его применяют в качестве покрытия для изделий из резины и пластика, что препятствует их слипанию при длительном хранении. В составе многих таблеток часто присутствует этот минерал в качестве основы.
Тальк с примесью крахмала и цинка применяют в качестве присыпки для предотвращения покраснения и воспаления у малышей с первых дней жизни. Как антисептик подходит только тальковый порошок с крупными частицами, очень мелкие гранулы могут забить поры и вызвать воспаление.
Для того чтобы можно было применять тальк, он должен пройти несколько этапов обработки. Сначала удаляют все ненужные примеси, такие как железо, магний, уголь и др. Далее происходит обработка хлористой кислотой и очистка, проводимая путем прокаливания при температуре 160 градусов. После этого тальк проходит этап сушки и стерилизации.
Тальковый порошок хорошо впитывает влагу и удаляет частички жира, из-за чего им часто пользуются при изготовлении косметических средств. Он позволяет средству лучше ложиться на кожу и придает характерную структуру.
Тальк присутствует в составе большинства косметических средств. Он помогает макияжу дольше держаться на коже. Кремы для лица и тела с тальковым порошком предотвращают сухость и придают коже мягкость. В составе сухих дезодорантов также можно найти этот минерал. Он останавливает размножение бактерий и избавляет от неприятного запаха.
Применение в пищевой промышленности
В качестве добавки тальк используется при изготовлении покрытия для шоколадных конфет и различных жевательных резинок, благодаря этому кондитерские изделия не прилипают к своим упаковочным оберткам. Нередко тальковый порошок применяют для покрытия зерен белого риса и изготовления пищевой бумаги, картонных коробок и других упаковочных изделий.
Иные области
При изготовлении бумаги тальк делает ее белой и гладкой, улучшает способность газетных листов впитывать чернила. Для устранения трения между контактирующими поверхностями в велосипеде, резиновых сапогах и перчатка, также применяют тальк.
Тальковый порошок в виде твердой смазки применяют в машиностроении. Поверхности механизмов обрабатывают пудрой из этого минерала. В легкой промышленности применяют спрессованный тальк.
Многие считают, что для более прочного сцепления рук и снаряда штангисты, гимнасты и спортсмены использовали тальк, но это не так. Минерал не увеличивает трение, а уменьшает его, из-за этого на соревнованиях применялась магнезия.
Чем опасен тальк?
Талькоз – это заболевание, которое возникает вследствие частого вдыхания тальковой пыли или порошка. Чаще всего этому недугу подвержены люди, имеющие ежедневный контакт с минеральной пылью. Для того чтобы предупредить развитие этого заболевания, необходимо следить за наличием средств личной защиты на предприятиях.
Нефть – это полезное ископаемое органического происхождения, природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
Описание нефти:
Нефть – это полезное ископаемое органического происхождения, природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
Внешне нефть представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, цвет которой может быть черным, буро-коричневым, светло-коричневым, грязно-желтым, темно-коричневым, светлым жёлто-зелёным либо насыщенно-зелёным. Встречается нефть и совсем без цвета.
Нефть имеет специфический запах, который может быть различным и варьируется от легкого приятного до тяжёлого и очень неприятного.
Цвет и запах нефти обуславливаются наличием в ней азотосодержащих, серосодержащих и кислородсодержащих примесей и компонентов, ароматических углеводородов .
Нефть легче воды, практически не растворима в ней. Но при определенных условиях может образовывать с водой стойкие эмульсии. Растворяется в органических растворителях.
Состав углеводородов, входящих в нефть, влияют на ее свойства: начиная от того, что она бывает прозрачной и текучей как вода , и, заканчивая тем, что она бывает черной, очень вязкой и малоподвижной, не вытекающей из сосуда при его переворачивании.
Нефть – важнейшее полезное ископаемое, имеющее комплексное применение (не только как топливо и энергоресурс, но и как ценное химическое сырье для химической и нефтехимической промышленности). Современная мировая экономика не может обойтись без нефти . Спрос на нее с каждым днем возрастает и возрастает. Недаром нефть называется «чёрным золотом», подчеркивается ее ценность наравне с обычным золотом. От цены на нефть на сырьевом рынке зависят цены на другую продукцию, а в целом – вся мировая экономика.
Нефть залегает вместе с природным газом на глубинах от нескольких десятков метров до 5-6 км. На глубине более 6 километров встречается только газ , на глубинах до 1 километра только нефть, а на глубинах от 1 до 6 километра нефть и природный газ в различных сочетаниях. При естественном выходе на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования – например, битуминозные пески и битумы.
Нефть относится к невозобновляемым полезным ископаемым.
Название нефти:
Слово нефть иностранного происхождения. Из какого языка оно пришло в русский доподлинно неизвестно. Слово «нефть» в различных произношениях встречается в турецком, персидском, индийском, арабском, ассирийском, аккадском, древнеиранском и семитских языках.
В английском языке оно пишется как «petroleum», произошло от греческого petra – «горный» и латинского oleum – «масло» и буквально означает «горное масло». Данным словом англичане и американцы, как правило, обозначают сырую нефть.
В немецком языке оно пишется как «Еrdöl», что буквально означает «земляное масло», а, например, в венгерском – кооlаj – «каменное масло».
Классификация нефтей по плотности. Легкая нефть. Средняя нефть. Тяжёлая нефть.
В зависимости от плотности нефть подразделяется на виды:
Нефть, плотность которой ниже 0,83 г/см 3 , называется лёгкая нефть.
Нефть плотностью 0,831-0,86 г/см 3 – средняя нефть.
А плотностью выше 0,86 г/см 3 – тяжёлая нефть.
Происхождение и образование нефти (теории и гипотезы):
Существует две гипотезы – теории происхождения (образования) нефти: биогенная (органическая) теория и абиогенная (неорганическая, минеральная, карбидная) теория.
Впервые биогенную теорию происхождения нефти и природного газа в 1759 году высказал М.В. Ломоносов. В далеком геологическом прошлом Земли погибшие живые организмы (растения и животные, преимущественно – водоросли и зоопланктон) опускались на дно водоемов, образуя илистые осадки. В результате различных химических, физико-химических и биохимических процессов они разлагались в безвоздушном пространстве. Из-за движения земной коры эти остатки опускались все глубже и глубже – на глубину до 6 километров, где под действием высокой температуры (до 250 о С) и высокого давления превращались в углеводороды: природный газ и нефть. Низкомолекулярные углеводороды (т.е. собственно природный газ) образовывался при более высоких температурах и давлениях. Высокомолекулярные углеводороды – нефть – при меньших. Углеводороды, поднимаясь вверх к поверхности земли из-за своей меньшей плотности, мигрировали через вышележащие осадки, проникали в пористые осадочные горные породы, называемые коллекторами, и, встречая на своем пути непроницаемые пласты (где дальнейшее движение вверх оказывалось невозможным), попадали в ловушки, где образовывали залежи (скопления) – месторождения нефти и газа. Собственно месторождение – это не место рождения, а место скопления нефти и газа. Если во время такой миграции углеводороды не встречали толщу непроницаемых пластов (т.е. не попадали в ловушку), то, в конце концов, выходили на поверхность. На поверхности они подвергались воздействию различных внешних факторов, в результате чего рассеивались и разрушались.
Минеральную теорию происхождения нефти и природного газа сформулировал в 1877 году Д.И. Менделеев . Он исходил из того, что углеводороды могут образовываться в недрах земли в условиях высоких температур и давлений в результате взаимодействия перегретого пара и расплавленных карбидов тяжелых металлов (в первую очередь железа). В результате химических реакций образуются окислы железа и других металлов , а также различные углеводороды в газообразном состоянии. При этом вода попадает глубоко в недра Земли по трещинам-разломам в земной коре. Образовавшиеся углеводороды, находясь в газообразном состоянии, в свою очередь по тем же трещинам и разломам поднимаются наверх в зону наименьшего давления, образуя в конечном итоге газовые и нефтяные залежи. Данный процесс, по мнению Д.И. Менделеева и сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов углеводородов в виде нефти и газа человечеству не грозит.
Физические свойства нефти:
Наименование параметра: | Значение: |
Плотность, г/см 3 |
(зависит от температуры и давления)
(зависит от температуры и давления)
(зависит преимущественно от содержания в нефти парафина и лёгких фракций. Чем больше парафина, тем температура кристаллизации выше. Чем их больше лёгких фракций, тем эта температура ниже.)
(определяется фракционным составом нефти и её температурой, а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Чем выше температура и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость нефти. Чем больше содержания смолисто-асфальтеновых веществ, тем вязкость выше.)
Химический (компонентный, углеводородный и элементный) состав:
Нефть это сложная смесь различных углеводородных и неуглеводородных компонентов.
В состав нефти входят около тысячи различных химических индивидуальных веществ, из которых:
– жидкие углеводороды, составляющие ее большая часть (более 500 веществ или обычно 80-90 % по массе);
– гетероатомные органические соединения (4-5 %): преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (более 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые);
– остальные компоненты: растворённые углеводородные газы (от метана CН4 до бутана C4Н10 включительно, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др.;
– механические примеси (частицы песка, глины и т.п.).
Жидкие углеводороды представлены парафиновыми (обычно 30-35 %, реже 40-50 %) и нафтеновыми соединениями (25-75 %), соединениями ароматического ряда (10-20, реже 35 %) и соединениями смешанного или гибридного строения (например, парафино-нафтеновыми, нафтено-ароматическими).
Парафины (от лат. parum «мало» + affinis «родственный») – воскоподобная смесь предельных углеводородов (алканов) преимущественно нормального строения состава от С18Н38 (октадекан) до С35Н72 (пентатриоконтан) включительно и температурой плавления 45-65 °C.
Нафтены, также циклоалканы, полиметиленовые углеводороды, цикланы или циклопарафины – это циклические насыщенные углеводороды, по химическим свойствам близкие к предельным углеводородам. Имеют химическую формулу CnH2n и циклическое строение (т.е. замкнутые кольца из углеродных атомов).
Ароматические соединения (арены) – циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему.
Сернистые соединения, содержащиеся в нефти: сероводород H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические (гетероциклические) сернистые соединения и т.п. 70-90 % сернистых соединений концентрируется в остаточных продуктах – мазуте и гудроне.
Азотистые соединения, содержащиеся в нефти: преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины. Большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках.
Кислородные соединения, содержащиеся в нефти: нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества. Сосредоточены обычно в высококипящих фракциях углеводородов.
С точки зрения элементного состава в нефти присутствует более 50 химических элементов. Содержание указанных химических элементов , особенно примесей, колеблется в широких пределах. Ниже в таблице приводится элементный состав нефти:
Наименование химического элемента: | %% содержание |
Углерод, С | 82-87 |
Водород, Н | 11-14,5 |
Сера, S | 0,01-6 (редко до 8) |
Азот, N | 0,001-1,8 |
Кислород, O | 0,005-0,35 (редко до 1,2) |
Ванадий, V | 10 -5 -10 -2 |
Никель, Ni | 10 -4 -10 -3 |
Хлор, Cl | от следов до 2⋅10 -2 |
и прочие |
Другие виды топлива:
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
таблица состав и основные физические физико и химические свойства нефти 4 класс окружающий мир рабочая и нефтепродуктов
укажи другие полезные свойства пластовой нефти кратко реферат таблица
какие физические свойства компонентов нефти
свойства фракций нефти
проблема история современные три основные теории гипотезы происхождения нефти реферат углеводородов
какое органическое минеральное природное биогенное абиогенное космическое неорганическое происхождение нефти кратко презентация картинки сообщение
органическая неорганическая биогенная карбидная космическая абиогенная теория происхождения нефти менделеева доклад
нефть происхождение слова
какова плотность нефти и нефтепродуктов равна г см3 кг м3 кг л в тоннах при 20 градусах
гост 3900 85 определение плотности нефти и нефтепродуктов
методы определения плотности нефти и нефтепродуктов
как определить найти рассчитать относительная средняя удельная динамическая плотность сырой пластовой тяжелой легкой нефти формула физика
измерение калькулятор расчет таблица плотности нефти в пластовых условиях
какой основной химический минеральный элементарный углеводородный компонентный элементный физический фракционный групповой состав товарной природной фракции нефти и нефтепродуктов формула химия 10 класс кратко таблица реферат презентация
углеводороды в составе нефти
в состав природной нефти в качестве примесей входят
Химический состав
Химический состав – это совокупность компонентов, из которых состоит вещество (или смесь веществ). В зависимости от природы вещества, под компонентами могут подразумеваться различные структурные единицы вещества:
- химические элементы,
- химические соединения,
- ионы,
- радикалы,
- изотопы,
- функциональные группы,
- группы и классы веществ, обладающими определенными свойствами и т.д.
Согласно атомно-молекулярному учению, наименьшими структурными единицами веществ являются атомы, молекулы и ионы.
Из атомов состоят:
- все металлы;
- многие неметаллы (инертные газы, C , Si , B , Se , As , Te ).
Из молекул состоят:
- практически все органические вещества;
- небольшое число неорганических: простые и сложные газы ( H2, O2 , O3, N2, F2, Cl2, NH3, CO , CO2 , SO3, SO2, N2O , NO , NO2, H2S ), а также H2O , Br2, I2 и некоторые другие вещества.
Из ионов состоят:
- все соли;
- многие гидроксиды (основания и кислоты).
Простые вещества состоят из атомов или молекул, сложные – из молекул или ионов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.
Закон постоянства состава
Закон постоянства состава был открыт Ж. Прустом в 1801 году:
Всякое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.
К примеру, оксид углерода СО2 можно получить несколькими способами:
Однако, независимо от способа получения, молекула СО2 всегда имеет один и тот же состав: 1 атом углерода и 2 атома кислорода.
Важно помнить:
- Обратное утверждение, что определенному составу отвечает определенное соединение, неверно . К примеру, диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый качественный и количественный состав, отраженный в простейшей формуле С2Н6О , однако они являются различными веществами, так как имеют различное строение. Их рациональные формулы в полуразвернутом виде будут разными:
- СН3 – О – СН3 (диметиловый эфир);
- СН3 – СН2 – ОН (этиловый спирт).
- Закон постоянства состава строго применим лишь к соединениям с молекулярной структурой (дальтонидам). Соединения с немолекулярной структурой (бертоллиды) часто имеют переменный состав.
Химический состав сложных веществ и механических смесей
Сложное вещество (химическое соединение) – это вещество, состоящее из атомов различных химических веществ.
Основные признаки химического соединения:
- Однородность;
- Постоянство состава;
- Постоянство физических и химических свойств;
- Выделение или поглощение энергии при образовании;
- Невозможность разделения на составные части физическими методами.
В природе нет абсолютно чистых веществ. В любом веществе имеется хотя бы ничтожный процент примесей. Поэтому на практике всегда имеют дело с механическими смесями веществ. Однако, если содержание одного вещества в смеси значительно превосходит содержание всех остальных, то условно считается, что такое вещество является индивидуальным химическим соединением.
Допустимое содержание примесей в веществах, выпускаемых промышленностью, определяется стандартами и зависит от марки вещества.
Общепринята следующая маркировка веществ:
- техн – технический (в своем составе может иметь до 20%; примесей);
- ч – чистый;
- чда– чистый для анализа;
- хч – химически чистый;
- осч – особой чистоты (допустимая норма примесей в составе – до 10 -6 %).
Вещества, образующие механическую смесь, называются компонентами. При этом вещества, масса которых составляет большую часть от массы смеси, называют основными компонентами, а все остальные вещества, образующие смесь – примесями.
Отличия механической смеси от химического соединения:
- Любую механическую смесь можно разделить на составные части физическими методами, основанными на различии плотностей, температур кипения и плавления, растворимости, намагничиваемости и других физических свойств компонентов, образующих смесь (например, смесь древесных и железных опилок можно разделить с помощью Н2О или магнита);
- Непостоянство состава;
- Непостоянство физических и химических свойств;
- Неоднородность (хотя смеси газов и жидкостей могут быть однородны, к примеру – воздух).
- При образовании механической смеси не происходит выделения и поглощения энергии.
Промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями занимают растворы:
Как и для химических соединений, для растворов характерна:
- однородность;
- выделение или поглощение теплоты при образовании раствора.
Как и для механических смесей, для растворов характерна:
- легкость разделения на исходные вещества физическими методами (например, выпариванием раствора поваренной соли, можно получить отдельно Н2О и NaCl );
- непостоянство состава – их состав может меняться в широких пределах.
Химический состав по массе и по объему
Состав химических соединений, а также состав смесей различных веществ и растворов выражают в массовых долях (массовых %), а состав смесей жидкостей и газов, кроме того, в объемных долях (объемных %).
Состав сложного вещества, выраженный через массовые доли химических элементов, называется составом вещества по массе.
Например, состав Н2О по массе:
То есть, можно сказать, что химический состав воды (по массе): 11,11% водорода и 88,89% кислорода.
Массовая доля компонента в механической смеси (W) – это число, показывающую, какую часть смеси составляет масса компонента от общей массы смеси, принятой за единицу или 100%.
Где m1 – масса 1-го (произвольного)компонента, n – число компонентов смеси, m1 … mn – массы компонентов, образующих смесь, m(cм.) – масса смеси.
Например, массовая доля основного компонента:
W(осн. комп) = m(осн. комп)/m(см.)
Массовая доля примеси:
Сумма массовых долей всех компонентов, образующих смесь равна 1 или 100% .
Объемная доля газа (или жидкости) в смеси газов (или жидкостей) – это число, показывающее, какую часть по объему составляет объем данного газа (или жидкости) от общего объема смеси, принятого за 1 или за 100% .
Состав смеси газов или жидкостей, выраженный в объемных долях, называется составом смеси по объему.
Например, состав смеси сухого воздуха:
- По объему:W об (N2) = 78,1% , W об (O2) = 20,9%
- По массе:W(N2) = 75,5% ,W(O2) = 23,1%
Этот пример наглядно демонстрирует, что во избежание путаницы, корректно будет всегда указывать, по массе или по объему указано содержание компонента смеси, ведь эти цифры всегда отличаются: по массе в воздушной смеси кислорода получается 23,1 %, а по объему – всего 20,9%.
Растворы можно рассматривать как смеси из растворенного вещества и растворителя. Поэтому их химический состав, как и состав любой смеси, можно выражать в массовых долях компонентов:
Состав раствора, выраженный через массовую долю растворенного вещества (в %), называется процентной концентрацией этого раствора.
Состав растворов жидкостей в жидкостях (например, спирта в воде, ацетона в воде) удобнее выражать в объемных долях:
Например, содержание спирта в винно-водочных изделиях указывают не в массовых, а в объемных долях (%) и называют эту цифру крепостью напитка.
Состав растворов твердых веществ в жидкостях или газов в жидкостях в объемных долях не выражают.
Химическая формула, как отображение химического состава
Качественный и количественный состав вещества отображают с помощью химической формулы. К примеру, карбонат кальция имеет химическую формулу « CaCO3 » . Из этой записи можно почерпнуть следующую информацию:
- Количество молекул – 1 .
- Количество вещества – 1 моль .
- Качественный состав (какие химические элементы образуют вещество) – кальций, углерод, кислород.
- Количественный состав вещества:
- Число атомов каждого элемента в одной молекуле вещества: молекула карбоната кальция состоит из 1 атома кальция , 1 атома углерода и 3 атомов кислорода .
- Число молей каждого элемента в 1 моле вещества:В 1 моль СаСО3 (6,02 ·10 23 молекулах) содержится 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) кальция , 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) углерода и 3 моль (3·6,02·10 23 атомов) химического элемента кислорода )
- Массовый состав вещества:
- Масса каждого элемента в 1 моле вещества: 1 моль карбоната кальция (100г) содержит химических элементов: 40г кальция , 12г углерода , 48г кислорода .
- Массовые доли химических элементов в веществе(состав вещества в процентах по массе):
- Для вещества с ионной структурой (соли, кислоты, основания) – формула вещества дает информацию о числе ионов каждого вида в молекуле, их количестве и массе ионов в 1 моль вещества:
- Молекула СаСО3 состоит из иона Са 2+ и иона СО3 2-
- 1 моль (6,02·10 23 молекул) СаСО3 содержит 1 моль ионов Са 2+ и 1 моль ионовСО3 2- ;
- 1 моль (100г) карбоната кальция содержит 40г ионовСа 2+ и 60г ионовСО3 2- ;
Патока, свойства, состав, виды и использование
Патока, свойства, состав, виды и использование.
Патока – продукт неполного кислотного (разбавленными кислотами) или ферментативного гидролиза крахмала.
Патока, свойства, состав, калорийность и пищевая ценность:
Патока (декстринмальтоза, мальтодекстрин) – продукт неполного кислотного (разбавленными кислотами) или ферментативного гидролиза крахмала .
Патока образуется как побочный продукт при производстве сахара и крахмала.
Патока внешне представляет собой густую вязкую жидкость сладкую на вкус. На вкус патока намного слаще, чем сахар: 750 г патоки заменяет 1 кг сахара.
Патока является смесью углеводов, состоит из мальтозы, декстрина и глюкозы, имеет высокий гликемический индекс (равный или превышающий гликемический индекс глюкозы).
Химический состав патоки: декстрин – от 0% до 70%, глюкоза – от 0% до 50%, мальтоза – от 19% до 85%.
Калорийность патоки составляет 296 ккал на 100 грамм продукта.
Пищевая ценность патоки: белки – 0 г, жиры – 0,3 г, углеводы – 78,3 г.
Виды патоки:
Существует два основных вида патоки:
– светлая патока (крахмальная патока). Получается из кукурузного, картофельного и другого крахмала. В чистом виде крахмальная патока имеет цвет от бесцветного до бледно-желтого разных оттенков;
– и меласса (чёрная или тёмная патока). Получается при производстве сахара из сахарной свеклы). Имеет цвет от коричневого до темно-бурого.
Собственно патокой называют только крахмальную (светлую) патоку.
Часто в быту под патокой подразумевают различные сахаросодержащие сиропы, не обязательно полученные в результате гидролиза крахмала.
Крахмальная патока:
Крахмальная патока (глюкозный сироп, мальтозный сироп, крахмальный сироп, кукурузный сироп) вырабатывается путем гидролиза крахмала с применением кислот и (или) амилолитических ферментных препаратов.
Для производства крахмальной патоки применяют следующие виды сырья:
– крахмал пшеничный, ячменный, ржаной, сорговый, тапиоковый и другие виды крахмала.
В зависимости от углеводного состава крахмальную патоку подразделяют на следующие подвиды:
– низкоосахаренная патока,
– карамельная кислотная патока,
– карамельная ферментативная патока,
– мальтозная патока,
– высокоосахаренная патока.
ГОСТ 33917-2016 «Патока крахмальная. Общие технические условия» предъявляет следующие требования к органолептическим показателям крахмальной патоке:
Наименование показателя | Характеристика патоки | ||||
Низко- осахаренной | Карамельной | Мальтозной | Высоко- осахаренной | ||
Кислотной | Ферментативной | ||||
Внешний вид | Густая вязкая жидкость | ||||
Вкус и запах | Свойственный патоке, без постороннего привкуса и запаха | ||||
Прозрачность | Прозрачная. | Прозрачная | |||
Цвет | От бесцветного до бледно-желтого разных оттенков |
Этот же ГОСТ 33917-2016 «Патока крахмальная. Общие технические условия» предъявляет следующие требования к физико-химическим показателям крахмальной патоке:
Наименование показателя | Норма для патоки | |||||
Низко- осахаренной | Карамельной | Мальтозной | Высоко- осахарен- ной | |||
Кислотной | Фермента- тивной | |||||
Массовая доля сухого вещества , %, не менее | 78,0 | |||||
Массовая доля редуцирующих веществ в пересчете на сухое вещество (глюкозный эквивалент), % | 26-35 | 36-44 | 36-44 | 38-70 | 45 и более | |
Массовая доля отдельных углеводов (углеводный состав): | ||||||
– глюкоза, % | Не более 15 | Не норми- руются | 5-20 | Не более 25 | Не менее 20 | |
– мальтоза, % | 5-20 | 10-25 | 35 и более | Не норми- руется | ||
Массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество, %, не более | 0,40 | |||||
Водородный показатель, pH (кроме деминерализованных латок) | 3,5-6,0 | |||||
Удельная электрическая проводимость, (для деминерализованных латок), мкСм/см или мСм/см, не более | 200 | |||||
Кислотность – объем раствора гидроокиси натрия концентрацией 0,1 моль/дм 3 (0,1 н.) на нейтрализацию кислот и кислых солей в 100 г сухого вещества патоки: | ||||||
– из картофельного и других видов клубневого крахмала, см 3 , не более | 27 | Не нормируется | ||||
– из кукурузного и других видов зернового крахмала, см 3 , не более | 15 | Не нормируется | ||||
Содержание диоксида серы (SO2), мг/кг, не более | 40 | |||||
Температура карамельной пробы, °С | 155 | 145 | 140 | Не нормируется | ||
Цвет йодной пробы | Не нормируется | Желтый разных оттенков | ||||
Наличие видимых посторонних механических примесей | Не допускается |
Меласса:
Меласса (черная или тёмная патока) – побочный продукт свеклосахарного производства, представляющий собой межкристальный раствор , отделяемый при центрифугировании утфеля последней ступени кристаллизации.
ГОСТ 30561-2017 «Меласса свекловичная. Технические условия» предъявляет следующие требования к органолептическим показателям мелассы:
Наименование показателя | Характеристика показателя |
Внешний вид | Густая вязкая непрозрачная жидкость |
Цвет | От коричневого до темно-бурого |
Запах | Свойственный свекловичной мелассе, без постороннего запаха |
Растворимость в воде | Полная |
Этот же ГОСТ 30561-2017 «Меласса свекловичная. Технические условия» предъявляет следующие требования к физико-химическим показателям мелассы:
Наименование показателя | Значение показателя |
Массовая доля сухих веществ, %, не менее | 75,0 |
Массовая доля сахарозы по прямой поляризации, %, не менее | 43,0* |
Массовая доля редуцирующих веществ, %, не более | 1,0** |
Водородный показатель, рН | от 6,5 до 8,5*** |
* В Республике Беларусь: не менее 35%. ** Для Республики Беларусь не применяется. *** В Республике Беларусь: от 6,0 до 9,5. |
Применение крахмальной патоки:
Крахмальная патока в зависимости от углеводного состава может применяться в разных отраслях пищевой промышленности и в непищевом производстве:
– в кондитерском производстве при изготовлении пряников, выпечки и некоторых сортов хлеба. При добавлении в малых количествах определяет цвет, а в больших количествах – вкус и вязкость изделий из теста. Кроме того, добавление патоки влияет на текстуру выпечки, она делает её нежнее и пышнее;
– при производстве кондитерских изделий: варенья, джема, карамели, зефира, пастилы, помады и мармелада с целью придания большей вязкости;
– при производстве мороженого и замороженных десертов;