Физические свойства углерода

Вводная лекция по дисциплине Химия и технология ПЭН

Химия природных энергоносителей и углеродных материалов рассматривает сырьевые материалы – природные энергоносители (горючие ископаемые, ГИ):

• природный газ

Углерод и углеродные материалы

1.1 Аллотропные модификации углерода.Аллотропия – способность атомов одного и того же элемента существовать в виде нескольких простых веществ. Аллотропные модификации углерода: Алмаз – sp³-гибридизация, графит, фуллерены – sp² –гибридизация,

карбин – sp – гибридизация. Различие физических и химических свойств этих свойств обусловлено различием связей между атомами углерода в этих соединениях

Физические свойства углерода

1.3 Химические свойства углерода.Углеродные материалы (при низких температурах) инертны ко многим реагентам, однако при высоких температурах они способны к взаимодействию со многими веществами. Наиболее изучены реакции углерода: с газами (хемосорбция, катализатор, стравливание дефектов); карбидообразование (Al₄C₃, Ca₂C, SiC, B₄C₃, с жидким металлом, модификация углеграфитовых материалов); реакции с образованием слоистых соединений.

1.4 Синтез углерода.Материалы, состоящие из атомов углерода могут быть получены высокотемпературной обработкой углеродсодержащих веществ как в газовой фазе, так и в конденсированной.

1.4.1 Синтез углерода из газовой фазы.Происходит из полностью неструктурированной системы при высоких температурах практически мгновенно, поэтому невозможно проследить формирование кристаллитов. Так получают сажу фуллерены, пироуглерод, алмаз.

1.4.2 Синтез углерода из конденсированной фазы(тяжелые остатки угле- и нефтепереработки). Протекает при более низких температурах и за более длительное время. Процесс проводят в области термодинамической стабильности высококонденсированных углеводородов. Их можно рассматривать как зародыши графитоподобных структур. Механизм - радикально-цепной.

1.5 Твердые природные энергоносители (торф, уголь, сапропели, горючие сланцы и т. д.)

1.5.1 Исходный растительный материал.Все ТГИ образовались из остатков отмерших живых организмов, в первую очередь растительных. Продукты превращения этих веществ обнаруживаются в ТГИ и служат свидетельством их растительного происхождения. Основные группы веществ, составляющие растительный материал: белки, углеводы, липоиды, лигнин.

1.5.2Процесс углеобразования

Схема углеобразовательного процесса:

По мере увеличения степени метаморфизма углей, растет доля углерода и конденсированных структур в их составе и снижается содержание различных гетероэлементов.

1.5.2 Структура углей.Состав и структура углей изучается методом петрографии.Но для технологической характеристики углей проводится технический анализ углей – это определение: влажности (W), зольности (A), выхода летучих веществ (V^daf), спекаемости.

1.5.3 Классификация углей.Гинетическая, торгово-промышленная.международная, для этих целей определяется набор показателей, характеризующих угли.