ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Связнодисперсные системы ( дисперсные структуры из "Закономерности развития сложных систем в процессах карбонизации остаточных продуктов нефтехимпереработки" Свободнодисперсные системы (СДС) относятся к наиболее изученным объектам коллоидной химии. Научные основы фнзикохимии СДС и связанных с ними поверхностных явлений изложены в классических и современных курсах коллоидной химии [171...174] и других фундаментальных работах [175,176]. Однако развитие науки и техники требует формирования научных основ прикладных ответвлений коллоидной химии, от чего в значительной мере зависит решение проблем интенсификации промышленности и создания новых материалов. Хотя нефтяные системы давно изучаются коллоидной химией, комплексный и целенаправленный характер в аспекте формирования коллоидной химии и физико-химической механики нефти и нефтепродуктов эти исследования приобрели сравнительно недавно [34,51,177,178]. На данном этапе развития коллоидной химии НДС важно не только теоретическое и экспериментальное исследование основных ее проблем, но и анализ и обобщение результатов исследований состава, структуры, свойств и технологии получения нефтяных систем, выполненных с использованием методов химии и химической технологии переработки нефти и газа, с позиций коллоидной химии и физико-химической механики дисперсных систем. Это способствовало бы развитию коллоидной химии нефти и нефтепродуктов и получению новой научной информации при меньших материальных и духовных затратах. [c.85] Для точной характеристики протяженности зародыша при его термодинамическом описании задают замкнутую геометрическую поверхность, закономерно изменяющую свою величину с изменением состояния системы в равновесных условиях. В качестве такой поверхности используют поверхность натяжения, к которой относят избытки экстенсивных свойств, получающиеся при мысленном продолжении внешней фазы до этой поверхности. Комплекс, получаемый объединением разделяющей поверхности со всей массой, заключенной внутри нее, называют зародышем новой фазы. Таким образом, реальную систему, состоящую из двух фаз и поверхностного слоя и внешней фазы (если внутренней фазы как таковой не существует), заменяют двумя телами - зародышем и средой - с четко определенной между ними границей [180]. [c.89] Гк и при г Гк могут быть описаны как макроскопическая фаза и рассматриваться как частицы дисперсной фазы. При г Гк объемная энергия фазы равна ее поверхностной энергии или превышает ее. в то время как при г Гк поверхностная энергия частицы больше объемной и она неустойчива по отношению к диспергирующему воздействию дисперсионной среды. [c.92] Состояние, надмолекулярная структура и свойства фаз а и 3 определяются их составом, строением молекул компонентов, молярной энергией ММВ в каждой из них и интенсивностью теплового движения. [c.92] В соответствии с современными представлениями о растворах в окрестности сольватированного иона, молекулы, ассоциата, комплекса или другой подобной частицы структура растворителя меняется по мере удаления от центра сольватируемой частицы (ядра) [183,184]. Это экспериментально подтвержденное положение находит отражение в том, что различают молекулы растворителя ближнего (первичная сольватация) и частично дальнего (вторичная сольватация) и дальнего (среда) окружения сольватируемой частицы [18,183]. Применительно к растворам электролитов введено понятие о границе полной сольватации , весьма важное для выяснения строения концентрированных растворов электролитов. При достижении границы полной сольватации все молекулы растворителя распределяются между сольватными оболочками ионов, которые с этого момента ведут борьбу за растворитель, молекулы которого перераспределяются в зависимости от сольватационной способности ионов [184]. [c.92] Сольватированная молекула движется только вместе со связанными ее энергетическим полем молекулами сольвента, а при соответствующих внешних воздействиях возможно снятие наименее прочно связанных слоев сольватной оболочки и в тем большей степени, чем выше интенсивность этого внешнего воздействия. [c.93] Сольватные оболочки соседних молекул способны обмениваться молекулами связанного растворителя с интенсивностью, определяемой энергией поля сольватированной молекулы. Чем она больше, тем меньше интенсивность этого перехода. В насыщенном растворе этот переход осуществляется непосредственно из одной сольватной оболочки в другую, а в ненасыщенном - через слои несвязанной среды, в которых интенсивность движения больше (время жизни ассоциатов и комплексов значительно меньше, чем в объеме сольватной оболочки). И в этом случае можно достаточно четко различать границы объемов сольватированных молекул. [c.93] Когда раствор насыщен или находится в метастабильной области, границы перекрытых сольватных оболочек условны, так как молекулы растворителя находятся в суммарном поле всех растворенных молекул в том смысле, что поля растворенных молекул перекрыты и образуют одно сплошное поле. Состояние насыщенного и пересыщающегося раствора можно сравнить с гелеобразным состоянием коллоидных систем, однако в отличие от них молекулы растворителя в сольватных оболочках значительно подвижнее (время жизни ассоциатов и комплексов существенно меньше) и они могут переходить из поля одной растворенной молекулы в поле другой. [c.93] При прочих равных условиях толщина сольватной оболочки должна определяться соотношением энергий взаимодействия между растворенной молекулой и молекулами сольвента и энергии взаимодействия между молекулами самого сольвента, насыщаемостью и дальнодействием энергетического поля растворенной молекулы, возможностью передачи действия этого поля молекулам растворителя. При соответствующем наборе этих факторов растворенная молекула может связывать вокруг себя большое число молекул сольвента с образованием сольватной оболочки большой толщины. В результате сольвент насыщается при весьма малых концентрациях растворяемого вещества. [c.94] Однако большая толщина сольватной оболочки служит препятствием для ассоциации молекул растворенного вещества, определяя тем самым ширину концентрационного интервала от момента насыщения раствора в описанном выше понимании до появления в растворе сольватированных ассоциатов молекул растворенного вещества, т.е. до входа системы в пространство метастабильного состояния между бинодальной и спинодальной поверхностями (насыщение в общепринятой терминологии). При этом чем быстрее растет прочность и время жизни связи между молекулами сольвента в сольватной оболочке в направлении движения к ядру (к молекуле растворенного вещества), тем позже начнется ассоциация и тем шире будет упомянутый концентрационный интервал. [c.94] Важно также подчеркнуть, что сольватная оболочка вокруг разнозвенных молекул, особенно макромолекул, скорее всего неоднородна по толщине, структуре, ориентации, составляющих ее молекул в пространстве, по прочности и долговременности связей между ними. Это может служить причиной облегчения ассоциации сольватированных молекул. [c.94] Поскольку в процессе движения к углероду состав КМ и молекулярные характеристики ее компонентов непрерьшно изменяются, ядра частиц дисперсной фазы, сольватная оболочка и дисперсионная среда являются динамичными и постоянно взаимодействующими (массообмен, энергетическое взаимодействие) подсистемами. В результате роль сольватной оболочки в этом процессе оказывается весьма значительной. Во-первых, сольватная оболочка каждой часпгцы дисперсной фазы обладает определенной толщиной и, следовательно, в отношении всей КМ правомерно использовать понятия сольватный объем , подчеркивая тем самым то, что значительная часть компонентов СДС входит в состав сольватных оболочек, приобретая специфические структуру и свойства. Это немедленно отражается на составе, структуре и свойствах дисперсионной среды, а также ее объемной доли в нефтяной СДС. В связи с этим весьма важной становится проблема установления распределения компонентов нефтяной СДС по ядрам частиц дисперсной фазы, сольватному объему и дисперсионной среде, определение размеров или объемов ядер, сольватных оболочек и среды. [c.95] В-гречъих, сольватная оболочка вокруг ядра каждой частицы дисперсной фазы характеризуется определенными законами изменения компонентного состава, структуры, интенсивности и природы ММВ, устойчивости надмолекулярных структур, а следовательно, и свойств вдоль радиуса. Разнозвенность молекул органических соединений, составляющих сольватную оболочку, предполагает ее ажурность. В связи с этим можно допустить возможность проникновения молекул дисперсионной среды в эти пустоты, где они, очевидно, будут находиться в состоянии, отличающемся от состояния молекул в объеме дисперсионной среды. По этой же причине и вследствие относительной неустойчивости обратимых ассоциатов и комплексов, составляющих сольватную оболочку, она играет роль проницаемой мембраны для НМС как в сторону ядра частицы дисперсной фазы, так и в сторону объема дисперсионной среды. Кроме того, нельзя исключать возможность того, что сольватная оболочка обменивается молекулами составляющих его соединений с подобными молекулами, имеющимися в объемах, к ней примыкающих. Наконец,важно то, что сольватная оболочка в процессе карбонизации представляет собой реакционную подсистему и изменения ее состава происходят не только вследствие указанных выше причин, но и вследствие протекания химических реакций в ее объеме и на поверхностях соприкосновения с ядром и дисперсионной средой. Таким образом, нефтяная СДС является системой весьма чувствительной к воздействию различных внешних и внутренних энергетических факторов, интенсивность которых определяет степень изменения всех ее характеристик. [c.96] Вернуться к основной статье