Аморфные тела

Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» + μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние веществ, атомная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов, стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильнейшим анизотропным воздействием — сжатием или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различия свойств в разных направлениях. Аморфные вещества не имеют определённой точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные вещества постепенно размягчаются и выше температуры стеклования (Tg) переходят в жидкое состояние. Вещества, обычно имеющие (поли-)кристаллическую структуру, но сильно переохлаждённые при затвердевании, могут затвердевать в аморфном состоянии, которое при последующем нагреве или с течением времени кристаллизуется (в твёрдом состоянии с небольшим выделением тепла).

Аморфное состояние многих веществ получается при высокой скорости затвердевания (остывания) жидкого расплава, или при конденсации паров на охлаждённую заметно ниже температуры плавления поверхность-подложку. Соотношение реальной скорости охлаждения (dT/dt) и характеристической скорости кристаллизации определяет долю поликристаллов в аморфном объёме. Скорость кристаллизации — параметр вещества, слабо зависящий от давления и от температуры (около точки плавления) и сильно зависящий от сложности состава. У металлов и сплавов аморфное состояние формируется, как правило, если расплав охлаждается за время порядка сотни и тысячи лет; для стёкол достаточно намного меньшей скорости охлаждения — долей-десятков миллисекунд . Кварц (SiO2) также имеет низкую скорость кристаллизации, поэтому отлитые из него изделия получаются аморфными. Однако природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоёв вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности и поэтому аморфного.

Из обычных полимеров (пластмасс) только самый простой (полиэтилен) имеет заметную скорость кристаллизации при комнатной температуре — порядка двух лет для мягкого (ПВД) и нескольких лет (даже с добавками-замедлителями) для твёрдого (ПНД) — уже примерно наполовину кристаллизованного вида. Это одна из причин недолговечности изделий из полиэтилена.

К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др. Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах заметно ниже температуры стеклования Tg. При температурах намного выше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии. Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Концентрационным переохлаждением (КП) называют явление, которое возникает при направленной кристаллизации расплава, содержащего примесь, и заключающееся в том, что в результате перераспределения примеси в расплаве перед фронтом кристаллизации образуется некий слой, в пределах которого расплав оказывается переохлаждённым. Этот участок расплава называется зоной КП.

Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Наблюдается на перитектических диаграммах с сильно различающейся температурой растворения фаз, например, алюминий-хром/цирконий/скандий.

Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.

Аморфные вещества ℹ определение, строение, общая характеристика, химические и физические свойства, отличия от твердых тел, способы и примеры применения

Список секций
Химия
ЗАГАДОЧНЫЕ АМОРФНЫЕ ВЕЩЕСТВА

ЗАГАДОЧНЫЕ АМОРФНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Введение

Большинство окружающих человека веществ является твердыми. Люди обитают на поверхности твердого тела – земного шара, живут в домах, построенных из твердых веществ. Тело человека, хотя и содержит около 65% воды, но тоже является твердым. Заглянем в наш дом: многие предметы быта, мебель, бытовая техника тоже сделаны из твердых веществ. Свойства многих твердых веществ мне, ученику 6 класса, уже известны. Так из курса географии я много узнал о минералах и горных породах, на занятиях интеллектуального школьного клуба «ВекТОР» познакомился с такими твердыми веществами как металлы. Пользуясь энциклопедий, выяснил, что все твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллическим веществам, как я узнал из сети Интернет, уделяется большое внимание в курсе физики и химии, о них много написано, много известно. А вот об аморфных веществах я, ученик 6 класса, знаю немного. Идея создания данной работы появилась у меня недавно, а именно при просмотре видеоопытов блока «Многообразие веществ» в сети Интернет. Летом, на каникулах, по одному из телевизионных каналов я увидел очередной выпуск детской научной телепередачи «Галилео». Серия телепередачи была посвящена аморфным веществам, а именно, изучению свойств так называемого «умного» пластилина или, как его ещё называют, «Хендгама».У меня появилось огромное желание как можно больше узнать об этих удивительных аморфных веществах, а также самому изготовить в домашних условиях «Хендгам», провести с ним небольшие эксперименты.

Цель работы: используя различные источники информации, собрать полные сведения об аморфных веществах, изучить их свойства, строение и получить в домашних условиях аморфное вещество – «умный» пластилин.

Задачи:

– выяснить, что представляют собой аморфные вещества;

– рассмотреть их внешнее и внутреннее строение, физические свойства;

– найти информацию о природных источниках, о применении и использовании аморфных веществ;

– в условиях домашнего эксперимента получить аморфное вещество – «Хендгам»;

– провести с полученным аморфным веществом серию опытов.

Работу по сбору «портфолио» на аморфные вещества начал с изучения литературы:

Толковый словарь русского языка Д.Н. Ушакова.

Толковый словарь русского языка С.И. Ожегова, Н.Ю. Шведовой.

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка Т.Ф. Ефремовой.

Привлекал Интернет-ресурсы при сборе материала.

Основная часть

Глава 1. Этимология слова «Аморфный»

Первый лист моего «Портфолио» на аморфное вещество включал толкование самого понятия. Заглянув в словари и энциклопедии, выяснил, что означает слово «аморфный»:

– Толковый словарь русского языка Д.Н. Ушакова:

«Аморфный» (от греч. amorphos «аморфоз» – бесформенный). Не имеющий правильного кристаллического строения.

– Толковый словарь русского языка. С.И. Ожегова, Н.Ю. Шведовой:

1. Не имеющий кристаллического строения.

– Новый толково-словообразовательный словарь русского языка Т. Ф. Ефремовой:

1. Не имеющий кристаллического строения (о твердом теле).

2. Лишенный четкости и определенности; расплывчатый.

– Энциклопедический словарь, 1998 г.: «Аморфное состояние» – этоконденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул.

Работая с ресурсами Интернета, нашел примеры употребления слова «аморфный» и в художественной литературе:

– Сергей Лукьяненко, роман «Спектр или Каждый охотник желает знать»:

«Пусть между зданиями будут неспешно прогуливаться – не то идти, не то течь – аморфные амебы, превосходящие размерами человека».

– Роберт Силверберг, роман «Провидец»:

«Моя собственная работа была аморфной, мимолётной: я был тайным советником, создателем предчувствий, аварийщиком, тенью за троном мэра».

– Геннадий Мельников, роман «В страну Восточную придя…»: «Канцлер Гогенлоэ нерешителен, аморфен, пассивен, я достаточно хорошо это знаю по совместной службе в парижском посольстве».

Во всех этих примерах слово «аморфный» употребляется в переносном смысле. Так говорят о человеке, то есть «аморфный» – значит пассивный, вялый, безразличный.

Глава 2. Строение аморфных веществ

Можно ли отнести найденные мною характеристики из художественной литературы к самим аморфным веществам? Как должны выглядеть эти вещества снаружи (т.е. их внешний вид) и изнутри (т.е. их внутреннее строение)?

Я стал искать видео- и фотоматериалы, где запечатлены аморфные вещества. Оказалось, что их много в природе: смола, янтарь, жемчуг, каучук, пемза. Аморфные вещества встречаются в быту: парафин (свечи), стекло, поливинилхлорид (наши любимые пластиковые окна), канифоль (для пайки), пластилин (для лепки). В пищевой промышленности: шоколад, жевательная

резинка, мёд, мармелад, зефир, пищевой пластилин (марципан). В медицине – силикон, гели, вазелин.

Увидел, что амфотерные вещества могут быть разными по цвету, консистенции, они представляют собой нечто бесформенное.

А как выглядят аморфные вещества изнутри? Прочитав соответствующие книги и внимательно изучив иллюстрации, посмотрев Интернет-ресурсы, выяснил следующее: частицы, из которых состоят аморфные вещества, располагаются совершенно беспорядочно и находятся на близком расстоянии друг к другу:

Сравнил с расположением частиц в кристаллических твердых веществах, увидел, что в кристаллах частицы расположены упорядоченно, образуя некий каркас – кристаллическую решетку:

Действительно, во внутренней структуре аморфных веществ царит «хаос».

Такое беспорядочное расположение частиц не может не наложить отпечаток на физические свойства аморфных веществ.

Глава 3. Физические свойства аморфных веществ

У аморфных веществ имеются следующие физические свойства:

Не имеют постоянной температуры плавления (при нагревании размягчаются).

В качестве доказательства приводится опыт с шоколадом. Плитка шоколада, находящаяся в теплой руке человека через 5 минут размягчается.

Обладают текучестью (при более длительном воздействии температуры превращаются в текущую массу).

В качестве доказательства можно привести пример видеоопыта, взятого из коллекции ЦОРов: изменение формы стеклянной трубочки при нагревании её над пламенем газовой горелки.

Самопроизвольно переходят в кристаллическое состояние.

В качестве доказательства приводится опыт с застывающей карамельной массой.

Изотропны, то есть проявляют одинаковые физические свойства по всем направлениям.

Из выше изложенного материала можно сделать вывод: аморфное состояние вещества не подразумевает поддержания какой-либо определенной температуры (при низких показателях тела застывают, при высоких – плавятся).

Глава 4. Экспериментальные находки

Чем больше я узнавал об аморфных веществах, тем сильнее становилось желание самому их получить, тем более, ресурсы Интернета предоставляют массу способов получения аморфных веществ в домашних условиях.

Я попробовал все рецепты и хочу поделиться своими экспериментальными находками.

Готовим «умный» пластилин или «Хендгам» (Приложение №1).

«Хендгам» в переводе означает «Жвачка для рук». Сегодня он является одной из самых популярных игрушек не только для детей, но и для взрослых. Он обладает множеством свойств. Handgum — наиудивительнейший полимер! Приготовить его просто. Чтобы сделать «умный» пластилин необходимо взять следующие ингредиенты:

– натрий тетраборат (его можно купить в аптеке, стоит недорого);

– пищевой краситель, гуашь, зеленка (что-либо одно из перечня);

– пластиковую ёмкость (для смешивания инградиентов);

– перчатки для рук;

– деревянную палочку, либо карандаш

Шаг первый. В ёмкость выдавливаем клей ПВА:

Шаг второй. Добавляем краситель. Все смешиваем тщательно деревянной палочкой:

Шаг третий. Появился однородный цвет, в массу выливаем натрия тетраборат:

Шаг четвертый. Смесь снова перемешиваем до тех пор, пока она не загустеет:

Шаг пятый. Готовый «Хендгам» помещаем в целлофановый пакет, разминаем его, чтобы он стал эластичным и мягким:

Мои наблюдения: «Умный» пластилин твердый и жидкий, одновременно. В длительных промежутках времени он ведет себя подобно жидкости, он медленно стекает, капает и старается растечься в лужу. К примеру, если сделать шарик и положить на стол, то уже через пару минут этот шарик станет лужицей. При более быстром воздействии он поведет себя как твердое тело — как резиновый шарик, который кинули об пол, он подпрыгнет. Также его можно разорвать резким движением или даже забить им гвоздь!

Глава 5. Преимущества домашнего «Хендгама»

Проделав домашний эксперимент и получив «умный» пластилин, я решил выявить его преимущества, сравнив со свойствами обычной жевательной резинки.

На ощупь мой «Хендгам» напоминает жевательную резинку, но не липнет к рукам и другим вещам, поэтому после него не нужно будет делать уборку.

«Хендгам» не оставляет липких пятен, поэтому его можно бросать об стену и на пол (это любят делать все дети).

«Хендгам» совершенно нетоксичен, он не имеет запаха и вкуса.

Эта игрушка может менять свой цвет и свойства при изменении температуры.

Если сделать из него какую-нибудь фигурку, оставить её ненадолго, то через некоторое время она просто растечётся по горизонтальной поверхности стола.

Благодаря силиконовой основе «умный» пластилин не оставляет неприятных ощущений на руках. Его можно рвать на кусочки.

В интернете нашёл такой факт: целых пять лет «умный» пластилин может храниться в упаковке, не теряя своих свойств.

«Хендгам» горит, тонет в воде.

Не следует держать «Хендгам» в холодильнике, так как он испортится

Внимание! «Хендгам» нельзя употреблять в пищу и наклеивать на волосы и другие части тела, которые уязвимы.

Заключение

Меня, как юного исследователя, интересовала не столько развлекательная, сколько практическая и развивающая значимость моего домашнего «Хендгама». Я пришёл к выводу, что «умный» пластилин способствует развитию моего творческого мышления, мелкой моторики рук, почерка и даже речи, ведь когда своим одноклассникам и друзьям я объясняю алгоритм приготовления «умного» пластилина, то оперирую научными и химическими терминами. Ещё один немаловажный психологический факт: «Хендгам» снимает усталость, повышает настроение, дарит покой и гармонию. Такой необычный подарок обязательно оценят и взрослые, и дети. Только не нужно, на мой взгляд, давать его детям до трёх лет, а если кто-то из маленьких ребятишек будет его использовать, то только под строгим присмотром родителей!

Хочется отметить финансовую сторону вопроса, и опять вскрывается преимущество моего домашнего «умного» пластилина: «Хендгам» магазинный стоит порядка двухсот рублей, а самодельный обошёлся мне в пятьдесят два рубля (25 руб. ушло на клей ПВА; 12 руб. – на натрия тетраборат; 15 руб. – на краситель). Чувствуете разницу: дешевле в 4 раза! Какая экономия средств для родителей!

Считаю, что тема моей исследовательской работы достаточно актуальна. Актуальность обусловлена тем, что современная жизнь человека без аморфных веществ была бы немыслима. Ведь они широко используются и в быту, и в науке, и в технике и других областях. Ни одна отрасль промышленности не обходится без пластмасс, смол, каучуков и резины на их основе. Трудно представить современный автомобиль, из которого

убраны все детали, изготовленные из полимеров. Такой автомобиль представляет металлический не окрашенный каркас, в котором половина оборудования отсутствует, нет шин, аккумулятора, такой автомобиль, конечно же, не поедет. Повседневная жизнь также немыслима без изделий из аморфных полимеров: от полиэтиленовой пленки до посуды. Жевательная резинка, мармелад, шоколад – любимое лакомство всех – и детей и взрослых. А если возьмём производство лекарств, медицинских трансплантатов, то тут уж точно не обойтись без аморфных полимерных материалов.

Я пришел к выводу: изготовление домашнего и «умного» пластилина – процесс очень интересный и занимательный. Хендгам – это не только забавная «игрушка» для ребят, но и объект научного исследования, позволяющий рассмотреть важнейшие свойства аморфных веществ и на их основе использовать в различных областях науки, в практике, в повседневной жизни человека.

Своей работой остался доволен. Уверен, что найденный мною материал и озвученный алгоритм пригодятся не только ребятам, но и педагогам школы, так как тема «Вещества и их классификация» изучается и на уроках окружающего мира в начальной школе, и на уроках физики, химии, биологии в основной и старшей школах.

Учащиеся моей школы могут также посмотреть целую коллекцию аморфных веществ под названием «Удивительные аморфные вещества», которую я передал моему учителю, куратору данной исследовательской работы, для дальнейшей учебной работы по изучению веществ на факультативных, кружковых занятиях естественно-научной направленности.

С учителем вместе разместим инструкцию-алгоритм по изготовлению домашнего «Хендгама» (Приложение №1) на сайте нашей

школы, так как сайт образовательной организации посещается родителями, учениками, педагогами, а также людьми, неравнодушными к «школьной жизни», богатой открытиями и достижениями.

Список литературы

Кобеко П.П. Аморфные вещества. Москва. 1952. – 433 с.

Марон А.Е., Марон Е.А. Физика. 8 класс. Дидактические материалы к учебнику А.В. Перышкина. – М.: Дрофа, 2016. – 128 с.

Росин И.В., Томина Л.Д. Общая и неорганическая химия (комплект из 2 книг). – М.: Юрайт, 2012. – 1816 с.

Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Альян, 2009. – 464 с.

Физика твердого тела. Лабораторный практикум. Том II. Физические свойства. – М.: Высшая школа, 2001. – 484 с.

Интернет-источники

Алгоритм приготовления домашнего «Хендгама»

В пластиковую ёмкость вылить клей ПВА.

Размешать с помощью деревянной палочки клей ПВА до однородной массы, чтобы избежать сгустков и камков.

По каплям аккуратно добавить любой краситель.

Тщательно перемешать данные ингредиенты до получения ровного цвета аморфной массы.

Добавить к полученной однородной массе натрия тетраборат.

Тщательно размешивать смесь, пока не загустеет.

Поместить смесь в целлофановый пакет, немного размяв её, чтобы она стала эластичной, мягкой.

Основные физико-химические свойства нефти и ее состав

Физические и химические свойства, природа происхождения нефти давно интересует ученых. Благодаря успешному изучению физико-химических свойств нефти, человечество получило возможность открывать новые месторождения этого полезного ископаемого, находить ему новое применение и получать максимальный эффект от использования.

Характеристика нефти в глубинных пластах и на поверхности земли сильно отличаются, так как в первом случае она подвергается воздействию экстремальной температуры и высокого давления.

Хотя сегодня мало кто сомневается в органической природе нефтепродуктов, сторонники их минерального происхождения не сдаются. Родоначальником теории о неорганической природе нефти является Д. И. Менделеев. На основе состава нефти он выдвинул гипотезу об ее минеральном происхождении и вывел химическую формулу, согласно которой под воздействием высокой температуры на больших глубинах земли может происходить процесс синтеза углеводородов в результате взаимодействия воды и карбида металлов.

Позднее немецкий ученый К. Шорлеммар, изучая нефть и ее свойства, обнаружил в составе образцов из Пенсильванских месторождений предельные углероды метанового ряда. В 1861 году А. М. Бутлеров представил подробное разъяснение о строении углеводородов, составе и физических свойствах нефти.

Химический состав и формула

В этом разделе рассматриваются основные химические свойства нефти. Постараемся узнать, имеется ли определенная химическая формула нефти. Предельно важными характеристиками для исследования являются: элементарный, фракционный и углеводородный состав нефти.

Начиная изучать химический состав нефти, исходим из ее определения. Нефть – это смесь углеводородов, молекулы которых содержат в своем составе примеси кислорода, серы, азота с чистыми углеводородами (т.е. не содержащими примеси других химических элементов).

Фракционный состав

Качественные показатели сырья определяются лабораторным путем при ее ректификации. Этот процесс основан на разделении первичного сырья на фракции при нагревании. Каждая фракция имеет определенную температуру кипения, после которой она начинает испаряться. Различают следующие виды фракций:

Легкие. К таковым относят петролейные и бензиновые фракции с предельной температурой выкипания до 140 °С (при атмосферном давлении).
Средние. Их получают путем перегонки при атмосферном давлении. К этим нефтям относят керосиновые, дизельные, лигроиновые фракции, выкипающие в диапазоне температур от 140 до 350 °С.
Тяжелые. Подлежат только вакуумной перегонке. При температуре 350-500 °С получают вакуумный газойль, более 500 °С – гудрон.

Легкие и средние фракции относятся к светлым дистиллятам, тяжелые фракции называют мазутом. Обычная нефть содержит 31 % бензина, 10 % керосина, 15 % дизельного топлива, 20 % масел, 24 % мазута.

Групповой углеводородный состав

Согласно исследованиям групповой состав нефти можно выразить тремя большими соединениями углеводородов:

предельных;
непредельных;
ароматических.

Предельные углеводороды

Очень часто их называют метановыми из-за простого строения, а химическое название группы – алканы. Формула метана по структуре напоминает амебу – в качестве ядра выступает атом углерода, роль протоплазмы играют 4 атома водорода. Цепочку структуры алканов нормального строения можно выразить по формуле CnH2n+2, т.е. каждый последующий углеводород будет иметь больше предыдущего на 1 атом углерода, окруженный оболочкой из атомов водорода. Представители этого ряда встречаются как в газообразном виде – СН4-С4Н10, так и в жидком состоянии – С5Н12-С17Н36. Начиная с С18Н38, углеводороды обретают вид кристалла, входящего в состав парафина. Отсюда происходит их название – парафиновые углеводороды.

Наличие изомеров можно назвать их отличительной особенностью. Начиная с 4-го по порядку члена, углеводороды имеют одинаковые формулы, но отличаются по строению молекул. При этом главный член ряда построен в виде несложной цепочки, а изомеры имеют ветвистую цепь.

Изомеры отличаются от нормальных углеводородов по структуре, а также по прочности связей, что приводит к отличию и в свойствах. У них более низкая температура плавления и кипения. Разнообразие этих углеводородов вызывает повышенный интерес к ним, главным образом, из-за возможности создания новых видов топлива, а также схожестью некоторых изомеров с органическими веществами по строению. Сегодня лучшие бензины получают из изомеров. Несмотря на это изомеры остаются не изученными до конца, так как 11-й член ряда имеет 159 видов, 18-й (октодекан) – более 60 тысячи разновидностей изомеров.

Непредельные углеводороды

Они имеют структуру по формуле CnH2n. Они представляют собой циклические насыщенные углеводороды, у молекул которых не достает 2-х атомов водорода. Эти углеводороды называются нафтеновыми кислотами или алкенами. В природной нефти они отсутствуют, их образование связано со вторичной обработкой сырья. Нафтены могут иметь несколько колец. Этим объясняется название полициклических аренов (ароматических углеводородов) со структурными формулами CnH2n2, CnH2n_4. Эта группа углеводородов имеет и другое название – циклопарафины в связи с тем, что их кольца способны удерживать вокруг себя цепочки метановых углеводородов. Этим вызваны их большая плотность, высокая температура кипения и плавления в сравнении с метановыми углеводородами. Циклопарафины легко вступают во взаимодействие с галогенами и кислородом. В обычных условиях они находятся в жидком состоянии.

Ароматические углеводороды

Название этих углеводородов происходит из греческого «арома», т.е. пахучее вещество. Их структурная формула представлена в виде CnH2n-m, где m – четное число. Характерным представителем этих углеводородов является бензол – С6Н6 и его гомологи (производные). В ароматических углеводородах имеет место сильный дефицит атомов водорода. Несмотря на это они химически не активны, в нормальных условиях находятся в жидком состоянии с температурой застывания от -25 до -88 °С.

От соотношения этих 3-х групп углеводородов происходит название нефти: метановый, нафтеновый или ароматический. Возможно и комбинированное название, если в составе нефти к преобладающей группе имеется не менее 25% другого углеводорода. Например, метанонафтеновый бензин.

Элементарный состав

Хотя существует множество видов углеводородов, элементарный состав нефти не отличается многообразием. Элементный состав нефти состоит из следующих компонентов:

углерода – 83-87%;
водорода – 11-14%;
смолисто-асфальтовых веществ – 2-6%.

Последние из перечисленного компонентного состава нефти представляют собой органические соединения углерода, водорода, серы, азота и различных металлов. К ним можно отнести нейтральные смолы, асфальтены, карбены и карбоиды.

При сгорании нефти образуется зола, но на ее долю приходится сотые доли процента. Она состоит из оксидов различных металлов. В нефти имеется небольшое количество сероводорода. Взаимодействуя с металлами, сера вызывает очень сильную коррозию. Она имеет резкий запах. Различают несколько групп нефти по содержанию серы: несернистые (до 0,2 %), малосернистые (0,2 — 1,0 %), сернистые (1,0 — 3,0 %), высокосернистые (более 3 %). Азот является безвредной и инертной примесью, его доля составляет не более 1,7 %.

Физические свойства

Различают следующие основные физические свойства нефти: плотность, вязкость, сжимаемость и другие.

Плотность определяется как соотношение массы к объему. Различают легкую и тяжелую нефть, в зависимости от того по какую сторону она находится от плотности 900 кг/м3. Газовые конденсаты, бензин, керосин относятся к легкой, а мазут к тяжелой нефти.

Электрические свойства

Рассматривая электрические свойства нефти необходимо отметить, что во многом они зависят от ее состава. Безводная нефть является диэлектриком, парафины могут выступать в качестве изоляторов, а некоторые масла годятся для заливки трансформаторов. Она также способна удерживать и накапливать электрические заряды, возникающие от ее трения об стенки резервуаров. Эту способность можно отнести к вредным и опасным свойствам нефти, создающим угрозу возникновения пожара от малейшей искры.

Кроме того, определенный интерес вызывают реологические свойства нефти. При определенных условиях некоторые ее виды обладают свойством самопроизвольного повышения прочности с течением времени. К таковым можно отнести нефть с большим содержанием парафинов и асфальто-смолистых веществ. Неньютоновская жидкость не обладает реологическими свойствами.

Вязкость нефти

Вязкость нефти определяется ее подвижностью, т.е. способностью сопротивляться перемещению частиц относительно друг друга. Другим словом, вязкость это свойство, которое отвечает на вопрос, какое ее свойство используют в первую очередь, перекачивая по нефтепроводу. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Первая из них зависит от времени и измеряется в паскалях секундах. Кинематическая вязкость характеризует ее изменение в зависимости от температуры.

Нефть, происхождение, свойства и состав

Нефть, происхождение, свойства и состав.

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

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 C_nH_2n 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:

Нефть

Нефть (от персидского – нефт) – полезное ископаемое, представляющее собой маслянистую жидкость цветом от мутно-желтого до почти черного и специфическим запахом. В состав сырой нефти входит более тысячи различных веществ, в основном жидких углеводородов. Важнейшим свойством нефти и ее производных является их способность выделять при сгорании большое количество энергии. Это качество в сочетании с относительной легкостью транспортировки делает нефть важнейшим энергоносителем для современного общества.

В настоящий момент практически вся нефтедобыча производится из подземных месторождений разной глубины. Состав и свойства извлекаемого сырья могут значительно отличаться, однако, в связи с тем, что сейчас нефть крайне мало используется в сыром виде, для конечного потребителя нефтепродуктов их происхождение не имеет никакого значения.

Из сырой нефти производятся, в первую очередь, различные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания: бензин, керосин, дизельное топливо, а также большинство смазочных материалов: мазут, масла, парафины и т.д. Кроме того продукты нефтепереработки весьма широко используются в различных отраслях химической промышленности, например для производства полимеров, пластмасс, синтетических каучуков и волокон, красителей, чистящих средств, асфальта, стройматериалов.

Особенная важность нефти связана не только с ее ролью в производстве, но и с тем фактом, что добыча и переработка нефти составляет во многих странах значительную часть государственных доходов. Следовательно, в зависимости от них оказываются устойчивость власти, национальной валюты, финансирование бюджетных расходов и пр.

История

Нефть известна человечеству с древних времен, чаще всего она имела название «горного масла», именно так можно перевести английское название нефти – petroleum происходящее, в свою очередь, от двух слов: греческого πέτρα — камень и латинского oleum — масло. Однако до середины 19 столетия было изобретено сравнительно мало способов использования нефти. По этой причине она употреблялась, в основном народами жившими недалеко от ее естественных месторождений.

Еще в древнем Вавилоне и соседних с ним государствах нефть и продукт ее окисления – асфальт, использовали в строительстве. В Египте времен фараонов – для бальзамирования. Несколько позже на Среднем Востоке и в Греции, а затем в Византии нашли употребление горючим свойствам нефти. Самый известный и эффективный пример этого – знаменитый греческий огонь, своим действием напоминающий современные огнеметы.

В 19 веке производимый из нефти керосин стали использовать для освещения, в известных всем керосиновых лампах. Но, по настоящему востребованной нефть стала только с появлением и развитием производства двигателей внутреннего сгорания. В этот же период стал распространяться и новый способ добычи – нефтяные скважины вместо колодцев.

Происхождение и месторождения нефти

В настоящее время наиболее распространенной остается органическая теория нефтеобразования из разложившихся останков живых существ, занесенных осадочными породами, и долгое время находившихся под давлением. Здесь можно провести некоторые параллели с наглядно знакомым жителям Беларуси торфом, в котором можно иногда разглядеть частички не сгнивших растений. Есть и другие гипотезы происхождения нефти, но главное значение для современного общества представляет не геологическая история, а возможность применения научных знаний для поиска новых месторождений. Исследования именно в этой области получают основной объем финансирования от государств и корпораций.

Наибольшие объемы разведанной нефти расположены на глубине от 1 до 6 километров. Нужно отметить, что она не всегда находится в относительно «чистом» состоянии, часто сырая нефть оказывается смешана с другими жидкими и твердыми породами. Такое состояние может делать извлечение и переработку сырья существенно дороже. Как правило, дешевле и удобнее всего оказывается добыча нефти на старых, давно разведанных месторождениях, где возможно производить ее на меньших глубинах. Однако, к началу 21 века они оказались в значительной степени истощены, что приводит к необходимости вкладывать дополнительные усилия и средства в нефтедобычу или искать новые залежи.

На 2018 год разведанные запасы сырой нефти, по данным «Всемирной книги фактов» (The World Factbook), в разных государствах в баррелях оценивались так:

№	Страна	Запасы (баррелей)
1	Венесуэла	302 300 000 000
2	Саудовская Аравия	266 200 000 000
3	Канада	170 500 000 000
4	Иран	157 200 000 000
5	Ирак	148 800 000 000
6	Кувейт	101 500 000 000
7	ОАЭ	97 800 000 000
8	Россия	80 000 000 000
9	Ливия	48 360 000 000
10	Нигерия	37 450 000 000
11	Казахстан	30 000 000 000
12	Китай	25 630 000 000
13	Катар	25 240 000 000
14	Бразилия	12 630 000 000
15	Алжир	12 200 000 000
16	Ангола	9 523 000 000
17	Эквадор	8 273 000 000
18	Азербайджан	7 000 000 000
19	Мексика	6 630 000 000
20	Норвегия	6 376 000 000

Необходимо заметить, что стоимость добычи нефти на разных месторождениях может существенно отличаться.

Современная добыча и использование нефти

С конца 19 и до начала 21 века роль нефти в экономике практически непрерывно возрастала. Вероятно, такое положение будет сохраняться до появления и внедрения в массовое производство двигателей работающих на других, более дешевых и удобных в использовании энергоносителях.

Использование нефти в современном мире весьма обширно, потому кратко упомянем только основные направления производства в этой области.

Добыча нефти может происходить различными способами. Самый древний – поверхностный метод сбора, т.е. вычерпывание сырой нефти естественным путем выходящей на поверхность, давно ушел в прошлое. То же можно сказать и о добыче близко лежащей нефти через колодцы. В настоящее время добыча производится из скважин, проникающих в землю на несколько километров. Если не следовать строго принятой терминологии, но попытаться классифицировать добычу исходя из технологических приемов, то получится следующая классификация:

Первичный, фонтанный метод – нефтесодержащая жидкость сама выходит из скважины под давлением, существующим в нефтеносном слое;
Компрессорный метод, газлифтный или эрлифтный начинает применяться после того, как давление в нефтеносном слое становится недостаточным для применения предыдущего способа. При таком варианте добычи в скважину под давлением закачивается газ (или воздух) для создания избыточного давления, приводящего к выходу нефтегазовой смеси на поверхность. С той же целью в нефтеносный слой может закачиваться вода;
Насосный метод – нефть выкачивается из пласта мощными скважинными и погружными электронасосами;
Третичные способы добычи представляют собой применение различных приемов повышения давления в нефтесодержащем пласте: закачка нагретой воды; сжигание части нефти под землей и др.

Добыча сланцевой нефти оказывается еще более сложной технологически: приходится применять гидроразрывы и термический или химический разогрев нефтеносного слоя; и потому требует привлечения максимального для отрасли объема финансовых ресурсов.

Среди способов транспортировки нефти наибольшее распространение получили:

Перекачка по трубопроводам – самый дешевый и экологически чистый вариант;
Транспортировка по суше в автомобильных и железнодорожных цистернах;
Перевозка в танкерах по морским путям.

Себестоимость добычи и транспортировки нефти обычно составляют расходы продавца и не влияют на цену продажи, которая является одинаковой для большей части мирового рынка.

Продажная цена нефти в значительной степени унифицирована по сортам принятым за эталонные на рынках. Для Европы и в некоторой степени Азии это Brent. Для Америки – WTI. Страны Персидского залива имеют свой маркерный сорт Dubai Crude.

Список основных нефтедобывающих стран на 2018 год выглядел так:

№	Страна	Добыча (баррелей/день)
1	США	10.961.000
2	Россия	10.527.000
3	Саудовская Аравия	10.317.000
4	Ирак	4.410.000
5	Китай	3.781.000
6	Иран	3.553.000
7	ОАЭ	3.008.000
8	Кувейт	2.736.000
9	Бразилия	2.586.000
10	Канада	1.276.000

Список стран по добыче нефти ОПЕК основан на оценках, опубликованных в ежегодном Статистическом Бюллетене 2019 ОПЕК (Annual Statistical Bulletin 2019).

Большая часть добываемой нефти уходит на изготовления бензина и дизтоплива. Способы ее переработки разнообразны, сложны в деталях но, в общем, сводятся к процессу перегонки, наглядно знакомому большинству наших сограждан на примере самогонного аппарата.

Цена на нефть в 2020

2020 год начался с мирового кризиса в нефтяной отрасли. После небольшого роста цен на нефть в начале января произошел существенный спад.

Из-за вспышки коронавируса снизился спрос на топливо. Как результат, в конце января нефть сорта Brent упала в цене до 56$ за баррель. Для сравнения: в конце 2019 года ее стоимость равнялась 72$. Российский сорт Urals в январе стоил около 58$ за баррель.

В феврале продолжилось снижение стоимости – 50$ за баррель для Brent и 54$ за баррель для Urals.

Масло в кризисный огонь в марте подлили Россия и Саудовская Аравия. 6 марта на встрече ОПЕК+ РФ не захотела снизить уровень добычи нефти, в то время как Саудовская Аравия выступила за значительное снижение объемов. Снижение нефтяной добычи было необходимо, чтобы компенсировать падение спроса.

Из-за отказа России Саудовская Аравия заявила, что увеличит добычу до 12 млн баррелей в день и предоставит покупателям скидки. В итоге произошел рекордный обвал цен в марте 2020:

нефть сорта Brent – до 25$ за баррель;
нефть сорта Urals – до 29$ за баррель.

1 апреля цена российской нефти упала до рекордно низкой отметки с января 1999 года – до 10$ за баррель, а цена европейской нефти Brent сумела подняться на несколько процентов – до 32$ за баррель.

6 апреля закончилось действие сделки стран ОПЕК+. Ценовая яма заставила страны ОПЕК+ все-таки еще раз обсудить разногласия и прийти к соглашению. 12 апреля был достигнут консенсус в отношении лимитов на добычу нефти на ближайший период.

Резкого роста цен после соглашения не случилось, ведь спрос все еще очень низкий из-за мировой пандемии и карантинов. По самым оптимистичным прогнозам аналитиков, цены на нефть к концу года вырастут до 40-45$ за баррель.

Энергия недр

Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает

Две гипотезы

У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.

Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента Градиент давления характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.

60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков

Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.

Состав и свойства нефти

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — водород — и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).

От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.

Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?

С точки зрения современных сторонников неорганической, или минеральной, гипотезы, углеводороды образуются из содержащихся в мантии Земли воды и углекислого газа в присутствии закисных соединений металлов на глубинах Высокое давление в недрах земли препятствует термической деструкции сложных молекул углеводородов. В свою очередь сторонники органики не отрицают, что простые углеводороды, например метан, могут иметь и неорганическое происхождение. Опыты, направленные на подтверждение абиогенной теории, показали, что получаемые углеводороды могут содержать не более пяти атомов углерода, а нефть представляет собой смесь более тяжелых соединений. Этому противоречию объяснений пока нет.

Этапы образования нефти

СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ

осадконакопление (седиментогенез) — в процессе накопления осадка остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов или захороняются в континентальной обстановке;
биохимическая (диагенез) — происходит уплотнение, обезвоживание осадка и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до при медленном подъеме температуры и давления;
мезокатагенез, или главная фаза нефтеобразования (ГФ Н), — опускание пласта органических остатков на глубину до при подъеме температуры до 150°C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит «отжим» нефти за счет перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в пласты-коллекторы, а по ним — в ловушки;
апокатагенез керогена, или главная фаза газообразования (ГФГ ), — опускание пласта органических остатков на глубину (как правило, более 4,5 км) при подъеме температуры до 180—250°C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и генерирует газ.

В ловушке

Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.

В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.

Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.

Типы коллекторов

БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ

Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.

Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.

Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.

Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.

Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.

Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.

Что такое Нефть и как её добывают + Cферы применения

Из чего состоит нефть и что это такое – характеристики, различия в составе. В чем отличия разной нефти, где и как её добывают. Сферы применения и особенности.

Нефть является основой мирового рынка, и от ее стоимости зависят многие экономические процессы как внутри страны, так и на международном уровне.

Ее роль и значение для каждого человека не до конца понятна.

Сейчас мы рассмотрим, что такое нефть простыми словами, из чего она состоит, как появилась и где добывается, все направления её использования, которые были неизвестны до сих пор и множество других интересных нюансов (всё о нефти).

Содержание статьи:

Что такое нефть

Нефть — это полезное ископаемое в виде маслянистой жидкости, включающей в себя смесь углеводородных компонентов. Само наименование на большинстве языков обозначает «горное» или «каменное масло».

В зависимости от месторождения, состава и свойств, выделяют разные сорта нефти.

Эталонными считаются Brent, WTI (West Texas Intermediate), Dubai Crude, Urals, Siberian Light и другие.

В Википедии нефть – это природная маслянистая жидкость, со специфическим запахом состоящая из сложной смеси углеводородов с различной молекулярной массой и другими химическими соединениями. В переводе с турецкого и персидского от слова neft. Запах зависит от количества серных соединений и ароматических углеводородов.

Как появилась нефть достоверно неизвестно, но история ее образования насчитывает более 50-350 млн. лет. Самой достоверной является теория органического происхождения, которая объясняет появление нефти образованием из останков микроорганизмов. В результате биохимических процессов отмирающие организмы образовали слои, которые под воздействием времени погружались вглубь. Давление сверху и повышение температуры без кислорода привели к преобразованию их в углеводороды.

Нефть используется людьми уже очень давно. Упоминания о нефтяном промысле найдены в раскопках, датированных более 6000 лет до н.э. Предполагается, что нефть использовали при строительстве стен Вавилона, в Древнем Египте, Индии, Греции и не только. Тем не менее, применение нефти ограничивалось лишь строительством (как вяжущий материал, асфальт) и в качестве зажигательной смеси. Так в истории несколько веков нефть считалась самым страшным оружием, сильнее пороха. Уже в XX и XXI веке нефтяные продукты приобрели особое значение, когда стали использоваться как топливо.

Из чего состоит нефть

Прежде чем, рассматривать химию и состав нефти, стоит упомянуть о её происхождении. Всего существует две теории, как появилась нефть:

Органическая (биогенная) — нефть образовалась из остатков древних живых организмов (планктон, водоросли) за десятки или сотни миллионов лет под действием давления и температуры. Эта теория считается доминирующей и позволяет более точно прогнозировать появление месторождений.
Неорганическая (абиогенная) — образование произошло в результате химической реакции при огромном давлении и температуре из неорганических веществ. Данной теории придерживался Д.И. Менделеев, к сожалению, гипотеза не нашла практического применения и уступила биогенной.

Что касается состава, то нефть содержит в себе более 1000 различных веществ, преимущественно (90%) углеводородов. В связи с этим, какой-либо единой формулы нефти не существует. Остальные 10% занимают:

сера (до 5%);
азот;
кислород;
допускается незначительное количество магния, железа, алюминия, меди и иных химических элементов.

Что касается углеводородной части, то она включает в себя примерно 83-87% углеродов, остальные 11-14% занимает водород.

Кроме того, при более глубоком рассмотрении, из чего состоит нефть, можно выделить несколько сотен углеводородных соединений:

парафиновые (50%) — в большей степени это жидкие углеводороды, но в растворенном состоянии есть и газообразные, а также твёрдые;
нафтеновые;
ароматические и т.д.

Формула без учета атомов разных соединений выглядит так С_хН_х, а метана с одним атомом углерода и 4 водорода – СН₄.

Физические свойства нефти характеризуются молекулярной массой 220-400 г/моль и плотностью 0,65-1,05 г/см3. Нефть легко воспламеняется. В зависимости от количества газов в ее составе температура составляет от -35 до +121 градус по Цельсию. Не растворяется в воде.

Основные физические свойства нефти:

вязкость — свойство текучих веществ оказывать сопротивление при перемещении (средние значения 40 – 60 мм²/с);
плотность — отношение массы к объёму (как правило, варьируется от 0,83 до 0,96);
молекулярная масса (в среднем 220 – 400 г/моль);
t° застывания ( -62…+35 °С);
t° вспышки (-35…+121 °С).

Иные физические свойства:

тепловые свойства;
электрические свойства;
оптические свойства.

Таким образом, нефть преимущественно состоит из углеводородов в жидкой форме с растворенными газами и твердыми телами. Остальные составляющие не имеют преобладающего значения, за исключением серы, которая может занимать до 5%.

Как добывают нефть

Происхождение нефти довольно глубоко. Нефть залегает в недрах от нескольких десятков метров до 5-6 километров. Большое количество пластов содержится от 1-6 км в глубину, причем содержать они могут не только нефть. Но и газ.

Горные породы, в которых находится нефть, называют коллекторы. Представить себе можно ее в виде твердой и плотной пористой мочалки, в порах содержится нефть.

Как добывают нефть кратко можно представить следующим образом:

Геологоразведка. Происходит определение координат и границ месторождения, состав и количество нефти. Определяется рентабельность разработки найденного месторождения разными способами добычи – фонтанным, компрессорным или насосным.
Бурение. В каждом методе бурят скважину толщиной от 10 до 100 сантиметров разной глубины.
Разработка. Самый простой и дешевый способ – фонтанный. Доступен в отдельных месторождениях только на начальном этапе разработки, когда давление в скважине высокое. Компрессорный – подразумевает закачку в резервуар газа или воздуха, в результате чего увеличивается давление и нефть выходит. Преимуществом такого метода является простота в управлении и отсутствие деталей в установке подверженных быстрому износу. Недостаток – высокая стоимость оборудования. Насосный – самый распространенный. Подбирается насос необходимый для разработки в конкретном месте, даже в море. В России 855 добывают подобным способом.

Таблица – Топ-10 стран по объему добычи нефти в мире

Название	Млн. баррелей в день	Запасы, млн. баррелей
Россия	10,2	80 000
Саудовская Аравия	10	266 455
США	9	35 230
КНР	4	25 244
Канада	3,3	169 709
Иран	3,2	158 400
Ирак	3	142 503
Кувейт	2,8	101 500
ОАЭ	2,7	97 800
Венесуэла	2,5	300 878

Процесс нефтедобычи имеет множество нюансов. Для начала рассмотрим кратко, как добывают нефть, на примере пошагового алгоритма:

Разведка и поиск месторождения (например, с помощью научных геофизических методов по разведке земной поверхности колебаниями);
Бурение и оценка экономической перспективности;
Установка оборудования для добычи;
Добыча сырой нефтегазовой смеси из скважины, как правило, её находят в так называемых «ловушках», т.е. подземных резервуарах;
Отправка сырья по нефтепроводу в дожимную насосную станцию (ДНС);
Удаление путём сепарации газа, технической воды и иных тел;
Отправка очищенной нефти в цех подготовки и переработки (ЦППН);
Финальная очистка и отправка «товарной» нефти логистическими путями по необходимому адресу, например, в нефтеперерабатывающий завод (НПЗ).

Известно, что добыча нефти производится обычно в труднодоступных местах. Платформы могут располагаться в море, болотистых и иных местностях, даже вблизи ледников. Ниже представлен пример схемы работы оборудования платформы «Приразломная» по добыче нефти от Газпром Нефть и Время Арктики в России.

Как видите, скважина достигает в длину порядка 8 км, при этом в глубину (вертикально) около 2,3-2,7 км. Нефть окружена множеством других пород и глиной, а также газом. Специальные разветвления в скважине позволяют добираться до самых труднодоступных источников.

Такой способ добычи нефти не единственный. Всего принято выделять три способа добычи:

Фонтанный — из-за очень высокого пластового давления нефть сама выходит на поверхность;
С помощью штангового глубинного насоса — дополнительно к фонтанной арматуре установлен станок-качалка, который двигается за счёт электродвигателя;
С помощью электроцентробежного насоса — создаёт дополнительное давление за счёт электрического питания.

Более наглядно со способами добычи вы можете ознакомиться в коротком информационном ролике от Роснефти:

Для чего используется нефть

Наиболее известно в широких кругах применение нефти в качестве топлива:

бензин;
керосин;
дизельное топливо;
мазут;
смазочные материалы.

Тем не менее, топливо — далеко не единственное применение нефти. Как уже упоминалось, продукты переработки нефти широко используются в производстве повсюду:

полиэтилен (пакеты, трубы, плёнки и т.д.);
полипропилен (детали для автомобилей, ковры, посуда, бытовая техника, медицинские инструменты и иное);
полистирол (утеплитель для жилых помещений, упаковки, пластмассовые бочки и т.д.);
поливинилхлорид (пластиковые окна, подвесные потолки и иное);
синтетический каучук (резина, обувь, одежда и т.д.).

Нефть применяется в различных отраслях, в том числе косметологии. В сыром виде нужна для строительства ЛЭП и трубопроводов.

Методы использования нефти, согласно их популярности и объемам переработки сырья:

Производство жидкого топлива – бензина, дизельного топлива, авиационного керосина, мазута.
Изготовление пластмассы, которая применяется для производства бытовой техники, проводов, канцелярских товаров, игрушек.
Создание лекарственных препаратов. Всем известные – салициловая кислота, аспирин, антибиотики, средства против аллергии и вирусов.
Текстильное производство. Является составным элементом синтетических тканей, таких как акрил, нейлон, лайкра, полиэстер из которых шьют обувь, сумки. Нижнее белье, одежду.
Косметология – лаки для ногтей, карандаши для глаз и бровей, ароматы.

И также производные нефтяные продукты применяют для изготовления бижутерии и красителей.

Теперь вы понимаете, что от нефти зависит жизнь каждого человека, так как сфера её применения огромна. Что будет с нефтью и её ценой можно узнать на отдельной странице – Прогнозы.

Интересные факты о нефти

С древности слово нефть переводится как «извергнутое из земли», нестандартные способы применения нефти и история ресурса удивляют.

Используется людьми больше 6000 лет. Первоначально применяли в светильниках, как средство лечения скота, смазывали наконечники стрел и поджигали их для защиты территорий или при нападении врагов.
Химический состав соответствует каменному углю и относится с ним к одному классу – каустобиолитов.
В древности существовала теория, что нефть – моча китов, которая через океан проникает в залежи земли.
Появление нефти спасло китов как животный вид. Китовый жир применяли для освещения из-за его горючих свойств и отсутствия дыма, смазки механизмов, изготовления свечей, лекарств и косметики. Несть оказалась более дешевым источником для всех этих целей и китов перестали истреблять.
Пока машины не были популярны и не создали двигатель внутреннего сгорания бензин стоил очень дешево и его не знали куда девать. Активно использовали только керосин, для выведения пятен и лечения от вшей.
Себестоимость 1 барреля нефти в Саудовской Аравии 2 доллара, а цена продажи более 100. Причем все компании по добычи у арабов государственные. В России с учетом расходов на переработку 21 доллар, а собственники заводов – частные лица.
В 1900 году РФ добыла 631,1 баррель, что составило 51,6% от общего мирового объема.
В губной помаде и подводке для глаз содержится пропиленгликоль и краситель каменноугольной смолы, а вазелин является прямым продуктом переработки.
В результате переработки появился полиэстер, который обеспечивает несминаемость тканей для одежды.
Состав жевательной резинки содержит природные латексы с нефтепродуктами, парафиновые и полиэтиленовые смолы. Спасибо нефть за свежее дыхание!
Нефтяные ванны помогают в эффективной борьбе с артритом и болями в суставах. Процедура популярна в Азербайджане.
Медицинский спирт производится из этилена, а также «нефтяной» спирт применяют для изготовления настоек.

Лучшие брокеры для торговли нефтью

Брокер Evotrade предлагает огромное количество активов, в том числе и энергоресурсы, как нефть, газ, металлы. Брокер регулируется ЦРОФР и имеет хорошие условия для торговли.

Здесь есть акции нефтяных компаний со многих мировых бирж, как NYSE, NASDAQ, XETRA, а также фьючерсы на сырьевые товары, фондовые индексы и другие активы.

Минимальная сумма для первого пополнения брокерского счета $250.

Just2Trade – это дочерний брокер ФИНАМ с европейской регистрацией, чтобы обойти статус квалифицированного инвестора, который обязывает иметь на торговом счету 6 млн. рублей для покупки иностраных активов через российского брокера.

Минимальная сумма для открытия счета $500.

Тип	Мин. депозит	Регуляторы	Просмотр
Фьючерсы на Brent, WTI, Gas, Акции нефтяных компаний, опционы с прибылью от 65% за каждую сделку.	$250	ЦРОФР	Далее.
Brent, WTI, Мазут, Газ	$500	FINRA, CySEC, MiFID, Банк России	Далее.
CFD на Brent и WTI	$100	FSA, TFC	Далее.
Брент, WTI, Мазут, Газ, Этанол	$300	IFSC	Далее.
Брент, WTI, Мазут	$200	CySec	Далее.

В заключении

В итоге, нефть представляет собой маслянистую жидкость из углеводородных соединений с небольшими примесями. Из неё делают топливо, а также большинство окружающих нас предметов, которые содержат резину или пластмассу (бытовая техника, обувь, пакеты, автомобильные детали, покрышки и многое другое). Добыча нефти происходит под землёй. Сначала ищется месторождение с помощью геофизической разведки, а затем производится бурение. Платформы для добычи могут находиться на суше, морской или болотистой поверхности. Они с помощью насосов качают сырую нефть, которая в дальнейшем очищается от газов и воды. Не только сама товарная нефть, но и практически каждый элемент от очищения поступает на переработку, в том числе, отходы от сжигаемого газа.

Нефть является невозобновляемым ресурсом и сегодня все поверхностные месторождения уже исчерпаны.

Необходимо использовать рационально природные запасы, проводить геологические работы по поиску новых месторождений, ведь НДС от продажи нефти является основным источников пополнения бюджета нашей страны, но и продукту ее переработки можно использовать для сохранения здоровья и красоты, развития промышленности.