Реакции с газами

Протекают на поверхности графита с образованием

и последующим разрушением поверхностного соединения. При этом графит выступает не только как реагент, но и как катализатор.

4) Синтез углерода из газовой фазы, из конденсированной фазы, из пеков.

1. Из газовой фазы

Упорядоченная структура формируется из полностью неструктурированной. Сажа и фуллерены получаются в процессах, протекающих в реакционном объеме, пироуглерод и алмазы – при охлаждении атомов углерода на твердой подложке.

2. Из конденсированной фазы

дегидроциклизация

sp³ – гибридизация sp² – гибридизация

Изолированные плоские

ароматические кольца конденсированные молекулы

3 .Синтез углерода из пеков

Пеки - конденсированные ароматические и нафтеновые структуры.

Стадии синтеза:

1) Деструкция по связям С-С с образованием легких у/в радикалов и тяжелых макрорадикалов при t = 350-360⁰C.

2) Конденсация макрорадикалов и образование пакетов (жидкая фаза) - мезофаза (промежуточное состояние).

3) При t = 500⁰C переход реакционной массы в твердое состояние, называемое коксом.

4) Твердофазные процессы (термодеструкция, конденсация и упорядочение структуры).

5) Источники образования ТГИ. Характеристика основных групп соединений, составляющих исходный материал

Источники ТГИ:

Остатки отмерших живых организмов, в первую очередь растительных.

Исходный растительный материал состоит из:

• белков,

• углеводов,

• липоидов (жиры, воски и смолы),

• лигнина.

Характеристика основных групп соединений:

Под групповым составом ТГИ понимают группы веществ по их отношению к различным реагентам и растворителям.

Выделяют 5 основные группы веществ:

1) Битумы A, B, C – их извлекают орг. растворителями в экстракторах при t кипения

(# битумы группы А извлекают смесью спирт: бензол = 1: 1)

2) Водорастворимые (ВРВ) и легкогидролизуемые (ЛГВ) – извлекают из торфа холодной водой и горячей водой.

3) Гуминовые кислоты – извлекают раствором щелочей (чаще всего 0, 1 н NaOH). При этом получают гуматы натрия.

4) Целлюлоза – извлекают 80% H₂SO₄

5) Негидролизуемые вещества – лигнин, кутин, суберин, гумин, остаточный уголь

6) Схема углеобразовательного процесса. Характеристика процессов гумификации, углеобразования, сапропелеобразования.

Схема углеобразовательного процесса:

Уголь – это твердая, горючая горная порода, образовавшаяся из отмерших растений в результате их биохимических, химических и физических изменений. Кроме органических составляющих, в угле всегда содержатся минеральные примеси, количество которых может достигать значений от 1 до 50 % (масс.). Превращение отмерших растений в уголь происходит в результате непрерывного процесса, в котором принято выделять две основные фазы:

1) гумификация – превращение отмерших растений в торф;

2) углефикация – превращение торфа последовательно в бурый, каменный угли и антрацит.

а. Диагенез угля, в ходе которого торф превращается в бурый уголь под влиянием преимущественно биохимических превращений за счет жизнедеятельности микроорганизмов.

б. Метаморфизм, в течение которого бурый уголь под влиянием физических факторов – повышенной температуры и давления горных пород – превращается в каменный уголь и антрацит. Характер и глубина диагенеза и метаморфизма угля определяются степенью углефикации (низшей, средней и высшей)

3) Сапропелеобразование:

Первичные превращения отмерших низших растений и остатков микроорганизмов называются сапропелеобразованием. Согласно представлениям Г.Л. Стадникова, сапропели – это продукт полимеризации ненасыщенных жирных кислот с образованием циклических многоосновных кислот, которые декарбоксилируются, давая сложные углеводороды циклического строения. Превращенный исходный материал богат жирами, белками, восками (мало лигнина, целлюлозы, смол). Дальнейшее преобразование торфов, сапропелей и первичных отложений липтобиолитов в угли происходит при погружении их в более глубокие слои земной коры и покрытии их минеральной кровлей (уменьшается влажность, снижается доступ воздуха). В этих условиях микробиологическая деятельность замедляется. Биохимические процессы гумификации сменяются геохимическими процессами углефикации до той или иной степени химической зрелости остаточного углеродистого материала.

7) Литотипы каменных углей.

Литотип – это макросккопически различимые части угля, различающиеся по блеску, цвету, изломы, структуре, наличию трещин.

8) Элементный и групповой состав ТГИ. Характеристика битумов, полисахаридов, гуминовых кислот и гумина.

Элементный состав ТГИ:

Групповой состав ТГИ:

Под групповым составом ТГИ понимают группы веществ по их отношению к различным реагентам и растворителям.

Выделяют 5 основные группы веществ:

1) Битумы A, B, C – их извлекают орг. растворителями в экстракторах при t кипения

(# битумы группы А извлекают смесью спирт: бензол = 1: 1)

2) Водорастворимые (ВРВ) и легкогидролизуемые (ЛГВ) – извлекают из торфа холодной водой и горячей водой.

3) Гуминовые кислоты – извлекают раствором щелочей (чаще всего 0, 1 н NaOH). При этом получают гуматы натрия.

4) Целлюлоза – извлекают 80% H₂SO₄

5) Негидролизуемые вещества – лигнин, кутин, суберин, гумин, остаточный уголь

Характеристика:

1) Битумы содержат воски и смолы, которые на начальных стадиях углефикации сравнительно мало изменены относительно их растительных аналогов, входящих в состав липидов и липоидов, особенно это касается восков.

2) Полисахариды (в основном целлюлоза) достаточно быстро разлагаются микроорганизмами, причем из них образуется набор продуктов средней молекулярной массы различного агрегатного состояния: газы (СО, СО2), вода, моно- и олигосахариды, твердые высокомолекулярные соединения непостоянного состава. Газообразные и водорастворимые фрагменты удаляются из формирующегося угольного пласта, а твердые вещества переходят в состав вещества угля. При этом в макромолекулах сохраняются гетероциклические и функциональные группировки атомов. Последние частично участвуют в реакциях конденсации, за счет которых постепенно увеличивается средняя молекулярная масса соединений угля, а доля гетероатомов падает.

3) Гуминовые кислоты (ГК) – природные высокомолекулярные соединения. Вероятно, предшественниками их являются целлюлоза и лигнин, т.к. ГК содержат ароматические циклы, фенольные и спиртовые гидроксилы, метоксильные группы, хиноидные и карбоксильные группы, азот- и кислородсодержащие гетероциклы. Карбоксильные группы образуются при окислении органических веществ исходного растительного материала. Возможен и другой путь образования ГК – из продуктов разложения углеводного комплекса и белков по меланоидиновой реакции. Молекулярная масса ГК находится в интервале 300–10000 у.е. (условные единицы). Гуминовые кислоты подразделяются на группы с различной средней молекулярной массой по их растворимости в экстрагентах.

4) Гумины и остаточный уголь. Их можно рассматривать как продукты превращения углеводного комплекса, белков и гуминовых кислот, причем химизм этих процессов аналогичен химизму термодеструкции ГК и сопровождается потерей функциональных групп, в первую очередь карбоксильных и метоксильных. Гумины и остаточный уголь могут быть превращены в ГК, например, продукты окисления угольного вещества (окислители – Н2О2, КМnО4, О3, НNО3) идентичны по составу и свойствам природным ГК.