Главная -> Словарь

Ориентационное взаимодействие

Асфальтено-смолистые вещества нефти являются диэлектриками . Под действием внешнего электрического поля диэлектрик поляризуется. Суммарная поляризация слагается из трех составляющих: электронная поляризация , обусловленная смещением в электрическом поле электронов, атомная поляризация , связанная со смещением в электрическом поле атомов-в атомных групп молекулы, и ориентационная поляризация , возникающая вследствие ориентации в электрическом поле молекул, имеющих постоянный дипольный момент , т. е.

индукции, а Е — напряженность поля). В то время как электронная и атомная поляризации в первом приближении не зависят от температуры, ориентационная поляризация , согласно теории Дебая, связана с постоянным дипольным моментом молекулы и температурой следующим соотношением:

Асимметричное распределение зарядов между отдельными частями молекулы обусловливает наличие постоянных дипольных моментов, которые существуют и в отсутствие внешнего поля. Наложение электрического поля вызывает образование вращательного момента у молекул, которые стремятся повернуться в направлении поля. В электрическом поле молекулы располагаются таким образом, что положительно заряженный полюс одной из них примыкает к отрицательному полюсу средней молекулы, и так до тех пор, пока молекулы не достигнут электрода той своей частью, крторая~нёсёт противоположный ему заряд. Это и есть ориентационная поляризация.

ному объему молекулы. Второй член — ориентационная поляризация, возникающая при ориентировании постоянных диполей в поле. Ориентационная поляризация зависит от температуры. Для веществ, не имеющих диполей, зависимость суммарной поляризации от 1/7 имеет вид прямой линии, параллельной оси \!Т. Для полярных веществ поляризация линейно возрастает с .ростом 1/Т, и на-

Коэффициент расширения для различных битумов практически постоянен. Используя для а значение 6-10~4, можно применить уравнение4 для битумов при отрицательном значении g в области температур, когда период диэлектрической релаксации равен 1/50 и ниже, т. е. в области, когда ориентационная поляризация не очень затруднена. Для этой области мы можем правую часть уравнения выразить двумя константами:

Из теории Дебая следует, что ориентационная поляризация обратно пропорциональна абсолютной температуре. При этом если уменьшение Рор происходит только за счет дезориентации диполей, вызванной возрастанием теплового движения молекул при повышении температуры, то значения дипольных моментов, определенные тем и другим способами, должны совпадать. В результате проведенного исследования было установлено значительное превышение величины дипольных моментов, определенных по температурной зависимости, особенно для смол и асфальтенов, Этот экспериментальный факт также подтверждает существование в бензоле ассоциатов масел, смол и асфальтенов.

Из теории Дебая следует, что ориентационная поляризация молекул обратно пропорциональна абсолютной температуре. Тангенс угла наклона касательных к точкам кривых на рис. 41П является функцией дипольного момента. Таким образом, дипольный момент асфальтенов в растворе бензола может изменяться в зависимости от температуры в широком интервале и даже принимать отрицательное значение. Для объяснения подобных явлений Кирквуд предложил рассматривать полярные молекулы совместно с соседними молекулами как структурно единую единицу. При этом предполагается, что дипольный момент локализован в группе молекул. Для учета числа составляющих ассоциат молекул, а также взаимного расположения диполей, Кирквуд внес некоторые изменения в уравнение Дебая:

Для подтверждения существования молекулярных комплексов в сланцевой смоле и их влияния на величину кажущейся полярности дипольные моменты комплексов смолы определены другим методом, основанным на измерении диэлектрической проницаемости е разбавленного раствора исследуемого вещества при различных температурах. Из теории Дебая следует, что ориентационная поляризация поляр-

где POP — ориентационная поляризация; X — молярная доля компонента в растворе; е — диэлектрическая проницаемость; п — показатель преломления; М — молекулярный вес; d — плотность.

Асимметричное распределение зарядов между отдельными частями молекулы обусловливает наличие постоянных дипольных моментов, которые существуют и в отсутствие внешнего поля. Наложение электрического поля вызывает образование вращательного момента у молекул, которые стремятся повернуться в направлении поля. В электрическом поле молекулы располагаются таким образом, что положительно заряженный полюс одной из них примыкает к отрицательному полюсу средней молекулы, и так до тех пор, пока молекулы не достигнут электрода той своей частью, которая несет противоположный ему заряд. Это и есть ориентационная поляризация.

ному объему молекулы. Второй член — ориентационная поляризация, возникающая при ориентировании постоянных диполей в поле. Ориентационная поляризация зависит от температуры. Для веществ, не имеющих диполей, зависимость суммарной поляризации от 1/Т имеет вид прямой линии, параллельной оси 1/Т. Для полярных веществ поляризация линейно возрастает с ростом 1/Т, и на-

Ориентационное взаимодействие. Когда молекулы жидкости или растворителя и сырья обладают полярностью, то есть динольным моментом , то между различными частями молекул, несущими электрический заряд, в г;—^\ sz—^л зависимости от взаимного их расположения , будет более вероятным и устойчивым. Ориентационные силы притяжения тем больше, чем больше дипольные моменты взаимодействующих молекул. Эти силы межмолекулярного взаимодействия являются функцией температуры: чем выше температура, тем сильнее тепловое движение молекул и тем труднее им взаимно ориентироваться. Ориентационное взаимодействие обратно пропорционально расстоянию между диполями в шестой степени , следовательно, оно короткодействующее. Ориентационному взаимодействию в среде полярных расворителей в большей степени подвержены гетероор — ганические соединения масляного сырья.

Склонность высокомолекулярных компонентов нефти к ассоциативным явлениям, т. е. возникновению связей между ними, как отмечалось выше, обусловлена характером взаимодействия составляющих их структурных звеньев, которое связано с наличием дисперсионных, индукционных и ориентационных сил. Соотношение сил составляющих энергий в первую очередь зависит от полярности высокомолекулярных соединений нефти. В системе слабополярных молекул основными являются силы дисперсионного взаимодействия. С увеличением полярности, что характерно для поли-аренов, большое значение приобретает ориентационное взаимодействие. Увеличение склонности к ассоциации смол, кроме отмеченного выше фактора ароматичности, также зависит от содержания в них полярных функциональных групп и от суммарного содержания в смолах гетеро-атомов .

Ориентационное взаимодействие. В случае двух полярных веществ имеет место ориентационное взаимодействие постоянных диполей. В этом случае вокруг молекул образуется электрическое поле и они стремятся ориентироваться друг относительно друга. Это приводит к их притяжению, в результате чего одно вещество растворяется в другом. Ориентационное взаимодействие молекул двух полярных веществ тем сильнее, чем больше значения их-'дй-польных моментов. Эти силы взаимодействия являются функцией температуры: чем выше температура, тем сильнее тепловое движение молекул и тем труднее им взаимно ориентироваться. .Ориентационное взаимодействие обратно пропорционально г6 ', следовательно, это взаимодействие короткодействующее. ... • . '.'"

Ориентационное взаимодействие. В случае двух полярных веществ имеет место Ориентационное взаимодействие постоянных диполей. В этом случае вокруг молекул образуется электрическое поле и они стремятся ориентироваться друг относительно друга. Это приводит к их притяжению, в результате чего одно вещество растворяется в другом. Ориентационное взаимодействие молекул двух полярных веществ тем сильнее, чем больше значения их ди-польных моментов. Эти силы взаимодействия являются функцией температуры: чем выше температура, тем сильнее тепловое движение молекул и тем труднее им взаимно ориентироваться. Ориентационное взаимодействие обратно пропорционально г6 , следовательно, это взаимодействие короткодействующее.

При депарафинизации применяются неполярные растворители— пропан и узкая бензиновая фракция , а также полярные растворители — ацетон, метилэтилкетон, дихлорэтан. Неполярные растворители полностью растворяют жидкую часть масла, а полярными растворителями она растворяется слабо. Твердые углеводороды также гораздо лучше рг створяются неполярными растворителями. Чтобы повысить растворяющую способность полярных растворителей, к ним добавляют органические неполярные углеводороды; такие полярные растворители, как ацетон, метилэтилкетон, дихлорэтан, используются только в смеси с бензолом и толуолом или только в смеси с толуолом. Механизм действия бензола и толуола на растворяющую способность полярных растворителей до конца не изучен. Вероятно, молекулы ароматического растворителя под действием полярной группы основного растворителя приобретают некоторый индукционный дипольный момент, происходит ориентационное взаимодействие их с молекулами полярного растворителя, которое ведет к усилению дипольного момента системы. Одновременно в присутствии бензольного ядра усиливается дисперсионное взаимодействие.

Ориентационное взаимодействие обусловливается наличием двух полярных молекул, причем с увеличением температуры энергия этого взаимодействия снижается. Взаимодействие двух молекул, одна из которых является постоянным диполем, а в другой диполь наводится первой, называется индукционным; величина энергии индукционного взаимодействия не зависит от температуры. Дисперсионное взаимодействие наблюдается как между полярными, так и неполярными молекулами; оно вызвано взаимным возмущением электронных орбиталей, в результате чего образуются два мгновенных диполя. Соотношение всех перечисленных видов взаимодействий зависит от степени полярности компонентов НДС. В системе слабополярных молекул основными являются силы дисперсионного взаимодействия, а с увеличением полярности возрастают силы ориента-ционного взаимодействия.

Ориентационные силы обусловлены электростатическим взаимодействием молекул, обладающих вследствие несимметричного распределения зарядов постоянным дипольным моментом. Вокруг полярных молекул образуется электрическое поле, в котором молекулы ориентируются относительно друг друга, что приводит к их притяжению и образованию гомогенного раствора. Ориентацией -ные силы притяжения тем больше, чем больше дипольные моменты взаимодействующих молекул. Тепловое движение молекул нарушает их взаимную ориентацию, поэтому ориентационное взаимодействие является функцией температуры. При использовании полярных растворителей для очистки и разделения нефтяного сырья аривнтационные силы взаимодействия проявляются главным образом при растворении неуглеводородиых компонентов сырья в полярных растворителях.

Несмотря на аддитивность электростатических сил, ориентационное взаимодействие, как правило, неаддитивно вследствие наличия в большинстве случаев внешних факторов, нарушающих фиксированное положение молекул, например теплового воздействия, а также влияния соседних молекул при взаимной ориентации одной молекулы относительно другой. Наиболее ярко ориентационное взаимодействие проявляется для сильно полярных молекул.

Дисперсионное взаимодействие, как правило, вносит наиболее существенный вклад в суммарную энергию взаимодействия в случае проявления дальнодействую-щих сил. При этом ориентационное взаимодействие значительно только в случае полярных молекул, а индукционное взаимодействие обычно проявляется наиболее слабо.

Ориентационное взаимодействие обусловливается наличием двух полярных молекул, причем с увеличением температуры энергия этого взаимодействия снижается. Взаимодействие двух молекул, одна из которых является постоянным диполем, а в другой диполь наводится первой, называется индукционным; цели-чина энергии индукционного взаимодействия не зависит от температуры. Дисперсионное взаимодействие наблюдается как между полярными, так и неполярными молекулами; оно вызвано взаимным возмущением электронных орбиталей, в результате чего образуются два мгновенных диполя. Соотношение всех перечисленных видов взаимодействий зависит от степени полярности компонентов НДС. В системе слабополярных молекул основными являются силы дисперсионного взаимодействия, а с увеличением полярности возрастают силы ориента-ционного взаимодействия.