142
Большая концентрация азота в асфальтенах объясняется большим количеством
азотсодержащих гетероциклов типа пиррола в порфированых структурах,
встроенных в карбоидные пластины асфальтена.
Карбоидные пластины совместно с порфиринами могут иметь на своих краях
алкановые цепочки и гетероатомные молекулы вместе с молекулами воды, которые
удерживают соседние пластины, как в горизонтальном, так и в вертикальном
положении, чем и обеспечивается пластичность асфальтенов.
Различными физическими методами определялись размеры асфальтеновых
пластин и их упаковка [28]. Средний размер ароматической пластины асфальтена
на основе данных рентгеноструктурного анализа (РСА) составляет 1,4-1,7 нм.
Методами РСА и электронной микроскопии было установлено, что асфальтены
имеют кристаллоподобную структуру с несовершенной гексагонально-плоскостной
упаковкой атомов С. Количество слоев в пачках в среднем равно пяти и ассоциаты
имеют плоское строение. Электронной микроскопией были обнаружены пластины
со средним поперечным размером до 1-3 мкм.
Автор считает, что асфальтеновый ассоциат – это сэндвичевая структура,
состоящая из карбоидных и порфириновых пластин, содержащих атомы металлов и
сопровождающих их гетероатомных молекул и молекул воды.
В асфальтенах присутствует достаточно большое количество гетероатомов,
таких как N, O, S и атомов некоторых металлов, которые имеют на свой
поверхности собственные квадруполи.
При смешении (попадании) мелкодисперсных частиц (капель) воды в
асфальтены,
происходит
квадруполь-квадрупольное
взаимодействие
атома
кислорода молекулы воды с атомами N, S и О в составе молекул, входящих в
состав асфальтенов, а также входящих атомов металлов ванадия, никеля, железа.
Это взаимодействие приводит к существенному увеличению вязкости флюида
особенно при понижении давления в трубе, по которой производится откачка
нефти из скважины вплоть до образования плотных пробок.
11.14. О парамагнитных центрах в конденсированной ароматике.
Считается, что асфальтены имеют большое количество свободных радикалов и
что они принадлежат конденсированным ареновым структурам. Чем больше
ароматичности, тем больше число парамагнитных центров.
Отмечается [28], что устойчивость надмолекулярных образований обусловлена
присутствием свободных радикалов в асфальтенах. Асфальтены обладают
достаточно высокой парамагнитностью - 10
1 8
-10
1 9
спин/г, что характерно для
высоко-конденсированных ареновых колец. Заключаем, что таких центров ни в
асфальтенах, ни в конденсированных ареновых структурах просто нет!
Рассмотрим природу образования парамагнитных центров в ароматических
кольцах. В главае 3, на рис. 7 и схемах 1-5 была приведена схема строения
кристалла атома углерода. Опираясь на механизм формирования кристаллов атомов
элементов и, в частности, атома углерода (см. табл. 4) видно, что тетраэдрический
кристалл атома С имеет четыре валентных диполя, которые представлены одним
атомом трития, двумя атомами дейтерия и одним атомом водорода. Валентный
диполь, состоящий из атома водорода, имеет наименьшую энергию, диполи,
представленные атомами дейтерия, обладают большей энергией, и самую большую
энергию имеет валентный диполь, представленный атомом трития. Из этого
следует, что под действием внешних сил, воздействующих на атом С, первым
будет разрушен диполь атома Н, вторым – диполь атома дейтерия и так далее.
Ранее нами было предложено строение молекулы бензола. Эта молекула
состоит из трех пар сдвоенных атомов С. Представим, что имеем два
тетраэдрических кристалла атома углерода С
1
и С
2
, и будем их изображать в виде
прямоугольников: