Нефть

Нефть, газ...

В лучшем сорте угля—антраците, например, на углерод приходится 94%. Остальное достается водороду, кислороду и некоторым другим элементам.

Специалист, правда, непременно добавит, что чистого угля в природе практически не бывает: его пласты всегда засорены пустой породой, различными вкраплениями и включениями... Но в данном случае мы ведь говорим не о пластах, месторождениях, а лишь об угле как таковом.

В нефти содержится почти столько же углерода, сколько и в каменном угле—около 86%, а вот водорода побольше— 13% против 5—6% в угле. Зато кислорода в нефти совсем мало—всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества.

Такая общность по элементному составу, конечно, не могла пройти незамеченной для ученых. И потому нефть вместе с газом относят к тому же классу горных пород, что и уголь (антрацит, каменный и бурый), торф и сланцы, а именно—к классу каустобиолитов.

Это замысловатое слово составлено из трех греческих слов: kaustikos—жгучий, bios—жизнь и lithos—камень. Можете теперь перевести сами.

— Название не совсем точное,—возможно, заметите вы.— Как это к классу камней, пусть органического происхождения, пусть даже и горючих, можно отнести жидкую нефть, а тем более природный газ?...

Замечание вполне резонное. Однако, наверное, вы удивитесь еще больше, когда узнаете, что нефть специалисты относят к минералам (хотя латинское слово minera означает “руда”). Вместе с газом она относится к числу горючих полезных ископаемых. Так уж сложилось исторически, и не нам с вами эту классификацию менять. Просто давайте иметь в виду, что минералы бывают не только твердыми.

В химическом отношении нефть—сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы—тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато, соответственно, большее количество водорода и кислорода.

Главную часть нефтей составляют три группы углеводородов—алканы, нафтены и арены.

Алканы (в литературе вы можете также столкнуться с названиями предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула С_n Н_{2n + 2} . Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы будут газообразными. При 5—16 атомах углерода это жидкости, а свыше—уже твердые вещества, парафины.

К нафтенам относят алициклические углеводороды состав С_n Н_2n , С_n Н_{2n - 2} и С_n Н_{2n - 4} . В нефтях содержатся преимущественно циклопентан С₅ Н₁₀ , циклогексан С₆ Н₁₂ и их гомологи. И наконец арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. Содержание водорода в нефтях колеблется в широких пределах, но в среднем может быть принято на уровне 10—12%, тогда как содержание водорода в бензоле 7,7%. А что говорить о сложных полициклических соединениях, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей углерод—углерод! Они составляют основу смол, асфальтенов и других предшественников кокса, и будучи крайне нестабильными, осложняют жизнь нефтепереработчикам.

Посмотрите, как устроены молекулы пентана C₅ H₁₂ , циклогексана C₆ H₁₂ и бензола С₆ Н₆ —типичных представителей каждого и этих классов:

Кроме углеродной части в нефти имеются асфальто-смолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть.

Асфальто-смолистая часть—темное плотное вещество, которое частично растворяется в бензине. Растворяющуюся часть называют асфальтеном, а нерастворившуюся, понятно, смолой.

Порфирины—особые органические соединения, имеющие своем составе азот. Многие ученые полагают, что когда-то oни образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Серы в нефти бывает довольно много—до 5%, и она приносит немало хлопот нефтяникам, вызывая коррозию металлов.

И, наконец, зольная часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других веществ. Об их использовании подробно – в четвёртом номере рассылки (в разделе “А знаете ли вы, что…”).

К сказанному, пожалуй, можно добавить, что и геологический сосед нефти—природный газ—тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего—до 95% по объему—в этой смеси метана. Присутствуют также этан, пропан, бутаны и другие алканы—от C₅ и выше. Более тщательный анализ, проведенный в последние годы, позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.

Использование природного газа началось давно, но осуществлялось поначалу лишь в местах его естественных выходов на поверхность. В Дагестане, Азербайджане, Иране и других восточных районах с незапамятных времен горели ритуальные “вечные огни”, рядом с ними процветали за счет паломников храмы.

Позже отмечены случаи применения природного газа, получаемого из пробуренных скважин или из колодцев и шурфов, сооружаемых для разных целей. Еще в первом тысячелетии нашей эры в китайской провинции Сычуань при бурении скважин на соль было открыто газовое месторождение Цзылюцзынь. Практичные люди из Сычуаня довольно скоро научились использовать этот газ для выпаривания соли из рассо