Нефть – черное золото. А в чем уникальность этого ископаемого? Объясняет Ирина Владимировна Микушина, к. х. н., доцент кафедры органической химии АлтГУ.
Что такое нефть
У нефти нет единой химической формулы. С химической точки зрения нефть – смесь углеводородов различного состава. Прежде всего, предельных или парафиновых (алканы) углеводородов CnH2n+2, нафтеновых СnH2n, а также присутствуют непредельные и ароматические углеводороды. Однако нельзя сказать, что в нефти только углеводороды. В ней есть органические соединения серы, например меркаптаны, азота, кислорода, соединения железа, марганца и некоторых других металлов в малых концентрациях, причем основной дополняющий компонент именно соединения серы. В нефти может содержаться до 10 % серы, на ее количестве в продуктах нефтепереработки делается большой акцент, и ряд экологических проблем, связанных с загрязнением при сжигании топлива, вызван как раз серой. Эти соединения поглощают почти все длины волн видимого излучения, и поэтому нефть – черная. Если же мы возьмем петролейный эфир как представителя низкокипящей фракции нефти, то увидим, что он бесцветный, то есть не окрашен. Если посмотрим на чистый бензин, то он тоже практически бесцветный или слегка окрашен за счет использования добавок специального назначения. На самом деле не вся нефть черная. Цвет нефти меняется от буро-коричневого до черного в зависимости от ее фракционного состава: чем больше в составе смолисто-асфальтеновых веществ, тем темнее нефть.
Как появилась нефть
На сегодняшний день этот вопрос в научных кругах геологов и химиков остается дискуссионным. Считается, что образование на Земле нефтяных месторождений происходило по двум основным механизмам – биогенному и абиогенному. Согласно версиям биогенной теории, нефть получается главным образом из низших растений и животных, в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоев, сложившихся 50 млн лет назад. Абиогенная теория предполагает, что в недрах земли, ближе к ядру, есть карбид железа, и при попадании на него воды из верхних слоев земной коры образуются углеводороды. Под давлением они собираются – образуются нефтяные залежи.
Где используют нефть
Нефтепродукты используют повсеместно. Например, они содержатся в бензине и керосине, в растворителях типа уайт-спирита, обезжиривателях. Эта смесь углеводородов с числом атомов углерода от 5 до 9. Кроме того, при добыче нефти выделяются низкомолекулярные углеводороды, где от 2 до 3 атомов углерода, они газообразные. Последние – ценное химическое сырье для разнообразных синтезов. Так получают формальдегид, метанол, а на их основе уже все остальное для косметики, парфюмерии, фармации.
Бензин, керосин, мазут
Бензин, керосин, мазут состоят из углевода и водорода. Отличаются по числу атомов углерода, у них разная температура кипения и разное количество энергии, которое они выделяют при сгорании. Отгоняют сначала легкокипящий продукт – легкие бензины, или петролейная фракция C5 и C7, ее температура кипения – около 70–100 градусов Цельсия. Затем среднекипящий с температурой кипения до 140 градусов Цельсия (бензиновая фракция), керосиновая фракция отделяется при температуре 180–220 градусов Цельсия, а не менее важная дизельная фракция (дизельное топливо) при температуре 220–350 градусов Цельсия. И мазут – высококипящую фракцию, температура кипения больше 350 градусов Цельсия.
Антинефть
Есть и обратное нефти вещество. Антинефтью называют то, что может растворить ее. Существует такой принцип: подобное растворяется в подобном. Нефть и ее компоненты – неполярные или малополярные соединения, поэтому и растворители следует подбирать неполярные: хлороформ, четыреххлористый углерод, диэтиловый эфир. Но они являются токсикантами, как и нефть, поэтому опасны.
Альтернатива нефти
Нефть – продукт разложения примитивных, древнейших организмов. Предполагается, то же самое происходило и с растительными остатками высших растений: так появился черный каменный, бурый уголь. Скорее всего, когда-нибудь ученые перейдут на синтез нефти, пока же целесообразнее – дешевле и безопаснее – использовать природный ресурс.
Для получения топлива из альтернативных источников используют монооксид или диоксид углерода. В Германии в начале XX века разработали соответствующие катализаторы и построили заводы, где получали углеводороды из газообразных продуктов сжигания углей, которые мы пока выделяем из нефти для того, чтобы ездил транспорт, работали тепловые узлы и для многих других промышленных целей.
Искусственную нефть можно получить благодаря процессу Фишера – Тропша, в котором применяют различные катализаторы, а изначально процесс был разработан с использованием ториевых катализаторов. Они радиоактивны, и это тоже экономически затратно и опасно. Тем не менее страны, где нет месторождений нефти, но есть уголь, активно используют эту технологию.
Еще используют углекислый газ (CO2), отдельные виды бактерий, его аккумулирующие в биомассу, а также бактерии, которые способны перерабатывать эту биомассу без доступа кислорода. Ферментация биомассы позволяет таким образом получать углеводороды, их разные изомеры. В качестве энергоносителя предлагается использовать энергию ветра.
Дорого
Почему нефть – черное золото? Потому что это дорогостоящий энергоноситель, и если та или иная страна обладает этим ресурсом, соответственно, это богатая страна. Более того, и золото, и нефть – ресурсы исчерпаемые, то есть ограниченные.
Факт
Минеральной (абиогенной), или неорганической, теории происхождения нефти придерживался и Менделеев, выступая одним из ее авторов
Ольга КОВБЕНЧУК
Фото Дмитрия ГЕРАЙКИНА
