Межмолекулярное взаимодействие. Парафиновые углеводороды

При осуществлении технологического процесса следует учитывать склонность парафиновых углеводородов при определенных условиях к образованию ассоциатов.

Межмолекулярные взаимодействия высокомолекулярных(ВМ) алканов обусловленыводородными связямитипа С–Н …С с энергией 2–4 кДж/моль идисперсионными силами [11–13].

С понижением температуры число молекул углеводородов в парафиновом ассоциате возрастает, т.к. парафиновая цепь из зигзагообразной формы переходит в распрямленную, линейную и в этом состоянии молекулы ВМ парафинов являются склонными к межмолекулярному взаимодействию (ММВ) и образуют надмолекулярные структуры.

Температура началаобразования ассоциата повышается с увеличением молекулярной массы углеводородов:

н-пентан – –60С;

н-гексадекан – +80С.

Число молекул углеводорода в ассоциате тем больше, чем ниже температура:

н-гексадекан при +20С –3молекулы.

н-октан при –50С –31молекула.

Это объясняется ослаблением теплового движения молекул углеводородов с понижением температуры и усилением энергии ММВ алканов с ростом длины цепи.

Парафиновые надмолекулярные структуры могут существовать в нефтяной системе только в области низких температур и полностьюдезагрегируются при повышении температуры.

Склонность к ассоциации ВМ парафиновых углеводородов определяется:

• длиной цепей;

• наличием в них разветвлений;

• концентрацией и соотношением парафиновых и других ВМ углеводородов;

• растворимостью парафиновых углеводородов;

• температурой системы и др. факторами.

Расчет средней степени ассоциации молекул н-алканов на основе вязкостно-температурных свойств позволяет количественно оценить их склонность к ассоциации в широком температурном интервале [13].

Температура, °С	Число молекул в ассоциате н-алканов
	С5Н12	С7Н16	С10Н22	С14Н30
–90	14,9	14,9	-	-
–60	1,5	4,7	-	-
–50	1,4	1	-	-
–20	1	1	5,1	-
0	1	1	2,2	-
20	1	1	1,5	3,4
50	1	1	-	1,4
90	-	1	-	1

Интенсивность ММВ алканов существенно ниже по сравнению с углеводородами других классов, присутствующими в нефтяных системах.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы)

В отличие от парафиновых углеводородов с тем же числом атомов углерода циклоалканы находятся в ассоциированном состоянии при более высокой температуре. Число молекул в ассоциате от 2 до 4–5 в зависимости от температуры и строения.

Температура, °С	0	10	20	30	40	50	60
Число молекул в ассоциате
Циклогексан	—	—	4,5	4,5	4,4	3,9	3,5
Метилциклогексан	2,0	2,0	1,9	1,8	1,8	—	—
Этилциклогексан	1,7	1,7	1,6	1,4	1,4	—	—

На основе исследования вязкостно-температурных свойств алкилзамещенных моноциклогексанов в широком интервале температур выяснено, что заместитель по мере его удлинения уменьшает среднюю степень ассоциации молекул.

Циклоалканы, в отличие от н-алканов с таким же числом углеродных атомов, находятся в ассоциированном состоянии при более высокой температуре.