ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Современные представления о молекулярной структуре твердых горючих ископаемых из "Теплофизика твердого топлива" При всем разнообразии залегающих в земной коре твердых горючих ископаемых все они по признаку исходных материа-лов-углеобразователей разделяются на два основных класса — гумиты и сапропелиты. К гумитам относятся различные виды торфов, бурые и каменные угли, а также антрациты, образовавшиеся в основном из высших многоклеточных растений и достигшие разной степни превращения в ходе генетических процессов. Эти виды горючих ископаемых наиболее распространены в природе и являются важнейшим слагаемым топливно-энергетического баланса страны. Значительно реже и в меньших количествах встречаются залежи сапропелитов, образовавшихся из водных одноклеточных растений и животных материалов (планктона), также достигших разной степени превращения в ходе процессов углеобразования. [c.39] Таким образом, исходные материалы-углеобразователи и степень их превращения в естественных условиях определили состав и строение, а также химические и физические свойства всех видов твердых горючих ископаемых. [c.39] Рассматривая свойства углей и других видов твердых горючих ископаемых, необходимо учитывать их неоднородность, выражающуюся как в наличии минеральных примесей разного состава, в том числе и минеральных примесей, тесно связанных с органическими веществами, так и в неодинаковом составе и строении органической массы даже визуально наиболее однородных петрографических компонентов углей. По этой причине многие физические свойства твердых горючих ископаемых в действительности являются статистически усредненными величинами, в большей мере зависящими от свойств и соотношения петрографических составляющих в исследуемых объектах. [c.39] Органическая масса всех видов твердых горючих ископаемых гетеромолекулярна, поскольку она сложена из большого количества различных молекул, образованных атомами углерода, кислорода, серы, азота и других элементов, которые обусловливают все многообразие ископаемых топлив. Важной характеристикой этих природных веществ является их элементный состав, выражаемый либо в единицах массы, либо в виде атомных соотношений. [c.39] Сапропелиты отличаются значительно большим содержа-нем водорода, достигающим 8—10% на горючую массу, при сравнительно меньшем содержании углерода и кислорода (60— 80 и 7—15% соответствено), а также неясно выраженным изменением этих показателей с ростом метаморфизма. [c.40] Исследования элементного состава широкого круга твердых горючих ископаемых и их петрографических составляющих, а также результаты изучения их современными химическими и физическими методами, подробно изложенные в литературе [31, 32], позволили сформулировать представления о принципиальных особенностях строения органических веществ гумитов и сапропелитов. Для всех видов ископаемых твердых топлив характерно высокомолекулярное строение образующих их -Органических веществ, хотя степень высокомолекулярности и класс их как органических соединений весьма различны. [c.40] Согласно современным представлениям, основу строения сапропелитов всех стадий зрелости составляют алифатические и гидроароматические соединения с развитыми углеводородными цепями в виде боковых групп, легко отщепляемых при нагревании с образованием значительного количества первичных смол, которые содержат, главным образом, непредельные углеводороды жирного ряда и лишь небольшое количество ароматических углеводородов. [c.40] Изучение строения гумитов усложняется значительным изменением их состава и структуры на разных стадиях зрелости и с ростом метаморфизма каменных углей, а также сложностью их петрографического состава. Так, органическая масса гумусовых торфов, независимо от их типа, представляет собой визуально наблюдаемую полидисперсную систему, состоящую из продуктов различной степени разложения растительных остатков (гумуса), состав которых определяется типом исходных веществ — торфообразователей. [c.40] Гумусовые торфа как продукты разложения деревьев, трав и других высокоорганизованных растений характеризуются наличием в них до 50% гуминовых кислот. Последние, как выяснено, имеют ароматическое строение и представляют собой комплекс гексагональных углеродных сеток, образующих ядро молекулы, и химически связанных с ним функциональных групп — боковых, или периферийных цепей. [c.40] ван Кревелену, удельное количество углеродных атомов в конденсированной ароматической решетке витренов возрастает с увеличением стадии их метаморфизма от 72—73 до 90—95% от всего количества углерода в органической массе. [c.41] Приведенные соображения положены в основу условной модели возможного типа строения одного из видов макромолекул, образующих витрен малометаморфизованного каменного угля, предложенной Д. ван Кревеленом (рис. 4) [31]. Конденсированные ядра составляют значительную долю макромолекулы. Деструкция такой макромолекулы может, по-видимому, протекать как по показанным на рис. 4 пунктирным линиям, так и с отрывом гидроароматических колец. [c.41] С ростом стадии метаморфизма углей размеры ароматических ядер и количество атомов углерода в них быстро возрастают, уменьшается удельное количество функциональных групп и вследствие этого происходит сближение ароматических ядер, образующих в антрацитах почти сплошную гексагональную решетку. В результате вся система становится жестко связанной и химически мало реакционноспособной. [c.41] Учитывая сложное химическое строение макромолекул, можно предположить, что вследствие силового взаимодействия между их фрагментами пространственная конфигурация макромолекул достаточно сложна. Вполне вероятно, что это относится и к наиболее жесткой их части — конденсированному ядру, которое в малометаморфизованных углях, по-видимому, также деформировано и значительно отличается по этому признаку от плоского графитового монослоя. Сложная пространственная конфигурация макромолекул является причиной сравнительно низкой плотности углей, находящихся на ранних стадиях метаморфизма. [c.41] Что касается каменных углей, то в их структуре под электронным микроскопом отчетливо различаются надмолекулярные образования типа сферолитов, или глобул, представляющие собой зародыши будущих кристаллитов. [c.42] Непосредственную связь с пространственной конфигурацией макромолекул имеет также анизотропия ряда физических свойств высокометаморфизованных каменных углей, в том числе анизотропия теплопроводности. Известно, что степень анизотропии также возрастает в ряду метаморфизма, стремясь к пределу, которым служит в данном случае чрезвычайно высокая анизотропия природного графита. [c.42] Вернуться к основной статье