23,24,25,26,28.Основные физические свойства

Плотность (d, ) молекулярная масса (М), вязкость (,), температура начала кипения (НК), плавления (или потери текучести), поверхностное натяжение, оптические свойства - люминисценция, оптическая активность.

Зависят от фракционного, группового и химического состава и структуры, входящих в нефть компонентов.

Плотность. Плотность природных (сырых) нефтей - от 0,78 до 0,99 г/см3. Плотность - масса вещества в единице объема (г/см3 или кг/м3), величина аддитивная – на величину плотности нефти оказывают влияние все входящие в нее компоненты пропорционально их концентрации. Для нефтей чаще используется относительная плотность - d420 Плотность нефти определяется либо пикнометрическим, либо ареометрическим методом .Для большинства нефтей плотность измеряется при 20С, для вязких - высокосмолистых или высокопарафинистых нефтей - при 70С.В США определяют плотность при 60F, что соответствует 15,56С и используют для выражения плотности градусы АНИ (°АPI):d15,615,6 = 141,5 / (API + 131,5).Плотность индивидуальных соединений, входящих в состав нефти, изменяется от 0,61 до 1,05 г/см3, а самих природных (сырых) нефтей - от 0,78 до 0,99 г/см3.Нефть качества «Brent» - плотность 31API (0,871 г/см3),содержание S не более 0,1-0,2%.

Показатель преломления обычно определяется для прозрачных жидкостей, ими могут быть легкие нефти, ГК, бензиновые и керосиновые фракции. Показатель преломления (nDt) - это показатель преломления монохроматического луча определенной длины волны, проходящего через слой измеряемой жидкости, находящейся между двумя призмами рефрактометра. Рефрактометры чаще всего настроены на длину волны 589,3 нм - желтой линии горения натрия (D). Величина nDt зависит от температуры, при которой его измеряют (t). nDt – также как и плотность величина аддитивная

Для индивидуальных соединений эта величина, как и плотность, является константой, так, для бензола nD20 =1,5011, циклогексана - 1,4262, гексана - 1,3749, он и уменьшается в этом ряду, как и плотность.

При одинаковом числе атомов С d420 и nDt наибольший у аренов, меньше у нафтенов и еще меньше у алканов. Причина - в молекулах алканов расстояние между атомами С составляет 1,54 Å, в циклических УВ расстояние между углеродными атомами в кольце в циклоалканах - 1,50 Å, в аренах - 1,40 Å, и количество атомов Н в этом ряду уменьшается.

Вязкость - свойство молекул текучих тел сопротивляться их взаимному перемещению, которое зависит от размера перемещающихся поверхностей, Т и скорости их перемещения.

Вязкость нефти определяется структурой слагающих нефть УВ и гетероатомных соединений. Наибольшей вязкостью среди УВ обладают нафтеновые, наименьшей – парафиновые УВ, увеличивается с ростом цикличности. Абсолютная вязкость (t) - скорость истечения жидкости из определенного объема. измеряется в пуазах (г/см·сек), в системе СИ - паскаль в сек (Па·сек.)Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью.Кинематическая (t) вязкость - отношение абсолютной вязкости к плотности жидкости при температуре определения: 20 = 20/d420.Обычно вязкость измеряют при 20С, 50С.

За единицу кинематической вязкости принимают стокс, который равен кинематической вязкости жидкости с динамической вязкостью 1Па·сек и плотностью 1 кг/м3 . 1стокс = 1·10-4 м2/сек., 1 сСт = 1мм2 / cек (сантистокс). Условная вязкость рассчитывается по времени истечения одного и того же объема воды и нефти.

Измеряют вязкость визкозиметрами.Является одной из важнейших характеристик нефти и нефтепродуктов, определяет подвижность нефти при миграции, характеризует подвижность нефтепродуктов в условиях эксплуатации двигателей машин и механизмов.

Молекулярная масса

Молекулярная масса (М) нефти и фракций - масса усредненной (гипотетической) молекулы. Аддитивны обратные величины молекулярных масс: 1/Мср.=1/М1+1/М2+...+1/Мi, пропорционально концентрации компонентов. М большинства нефтей изменяется от 180 до 250, для тяжелых нефтей достигая величины 450 и более. Самую высокую М из нефтяных компонентов имеют асфальтены - до 10000.

Методы измерения молекулярной массы: эбулиоскопический, где сравниваются Ткип. чистого растворителя и Ткип раствора нефти или фракции в этом растворителе; криоскопический, где сравниваются Тпл. растворителя и Тпл раствора фракции в нем; метод изотермической дистилляции.

Температура застывания нефти или правильнее, потери подвижности в стандартных условиях, может быть выше нуля (до +16С) и ниже (до 20С). Зависит от содержания высокомолекулярных соединений - твердых парафинов и САВ. Нафтеновые нефти имеют Т застывания обычно ниже нуля, смазочные масла из этих нефтей не замерзают даже при 50С (месторождение Русское, Западная Сибирь). Потеря подвижности нефти связана с явлениями фазовых переходов вещества и переходов его из области обычной вязкости в структурную. В нефти, содержащей большое количество твердых парафинов, такой переход вызван образованием кристаллов, которые формируют кристаллический каркас по всему объему, внутри него нафтено-ароматические УВ остаются не застывшими.Нефть, не содержащая высокомолекулярных парафиновых УВ, теряет подвижность вследствие перехода в коллоидное (стеклообразное) состояние – при этом ее вязкость возрастает.

Поверхностное натяжение. Когезия - это сцепление молекул физических тел друг с другом под действием сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение - результат действующих между молекулами сил когезии, направленных внутрь. При повышении температуры  жидкостей снижается приближенно к прямолинейному закону. Из всех жидкостей самое большое  у воды, которое в 3 раза больше, чем у нефти, что определяет разные скорости движения этих флюидов по капиллярам в породах.

При увеличении плотности нефти  на границе с воздухом увеличивается, а на границе с водой уменьшается.

Парамагнетизм был обнаружен в нефти в 1956 году.Это явление связано с наличием не спаренных электронов в асфальтенах нефти – ванадий, входящий в состав порфиринов, а также ненасыщенные связи в сложных полиароматических структурах и радикалах. На каждую частицу асфальтенов приходится до 10 не спаренных электронов. Парамагнетизм асфальтенов составляет 1018 – 1021 спин/г. Количество свободных радикалов варьирует с изменением температуры, наибольшее их количество возникает при 140 – 180

Оптические свойства.

Люминесценция - способность некоторых веществ флюоресцировать под действием света разной длины волны. Люминесценция свойственна органическим молекулам, имеющим хромофорные группы. В составе нефти под действием ультрафиолетовых (УФ) лучей чаще всего люминесцируют ароматические УВ или гибридные молекулы, где присутствует бензольное кольцо.Хромофорными группами в них являются сопряженные связи - чередование простых и двойных связей в углеродном скелете молекулы.

Свечение в УФ лучах происходит только в растворе нефти в органических растворителях, либо свечение легких фракций. Свойство органических молекул люминисцировать в ультрафиолетовом свете широко используется в люминисцентно-битуминологическом анализе ОВ пород и нефтей.

Оптическая активность - способность некоторых органических молекул поворачивать плоскость, в которой происходят колебания плоско поляризованного света, либо вправо, либо влево..

Этим свойством обладают молекулы, где есть асимметрический атом углерода (хиральный центр) - атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями (атомами или группами атомов). В нефти такими соединениями могут быть изоалканы (например, изопреноиды), тетрациклические и пентациклические нафтены - стераны и гопаны, а также кислородсодержащие соединения.

В формулах буквы  и  обозначают ориентацию атома водорода в соответствующих

хиральных центрах. В регулярных стеранах это 5, 10, 13, 14, 17, 20 углеродные атомы и 24 для стеранов состава С28 - С29 С20 и С24 асимметрические атомы углерода находятся в изопреноидной цепи радикала.

Угол вращения плоскости поляризации измеряют при помощи поляриметра.

Открытие в нефти УВ, обладающих оптической активностью, стало дополнительным доводом в пользу органической концепции генерации нефти из ОВ, поскольку многие природные биомолекулы также оптически активны