Министерство образования и науки Российской Федерации

Управление образования Администрации г. Твери

Муниципальное образовательное учреждение

«Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа № 2» г. Твери

Конкурса ученических рефератов «Кругозор»

Реферат на тему:

Изучение нефти Дмитрием Ивановичем Менделеевым

Автор:

ученик 10-в группы МОУ ВСОШ № 2 г. Твери

Добряков Артур

Руководитель:

учитель химии высшей категории

МОУ ВСОШ № 2 г. Твери

Баранова Надежда Владимировна

ТВЕРЬ 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1.Биография Д.И. Менделеева 4

2.Происхождение нефти 9

2.1 Органическая теория 9

2.2 Неорганическая теория 10

2.3 Космическая теория 11

2.4 Гипотеза Д. И. Менделеева 13

3. Переработка нефти 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 25

Введение

История науки создается выдающимися трудами талантливых ученых.

В истории химии остались имена таких русских ученых, как М.В.Ломоносов, Н.Н.Зинин, В.В.Марковников, А.М.Бутлеров и, безусловно, Д.И.Менделеев.

Гений – явление довольно редкое, поэтому привлекает преимущественное внимание современников и потомков. Меня неслучайно заинтересовала личность Д.И.Менделеева – для России он является истинным гением.

Периодический закон и периодическая система стали важнейшим вкладом Д.И.Менделеева в развитие естествознания. Но они составляют лишь часть огромного творческого наследия ученого, собранного в 25 томов, представляющих собой подлинную энциклопедию знаний.

Менделеев сослужил «три службы Родине». В научной деятельности ученый видел, по его словам, свою «первую службу Родине». Вторая служба – педагогическая деятельность, которую он начал старшим учителем географии Симферопольской гимназии и продолжил в качестве преподавателя в лучших учебных заведениях Петербурга.

Многогранной и полезной была «третья служба Родине» - на ниве промышленности и сельского хозяйства, проблемы которых рассматриваются им в докторской диссертации «Стекло и стеклянное производство» и в работах «Уральская железная промышленность в 1899 г.» и «Учение о промышленности». Д.И.Менделеев детально изучал способы добычи нефти и дал много ценных рекомендаций по их усовершенствованию, предложил теорию неорганического происхождения нефти, до сих пор имеющую приверженцев.

Его работы, касающиеся вопроса происхождения нефти, остаются актуальными и по настоящий день, несмотря на более чем столетие, прошедшее с момента их появления, и активнейшее развитие нефтяной промышленности сегодня. Учение Менделеева о происхождении нефти я рассмотрю подробнее в своем реферате.

1. Биография Д.И. Менделеева

Родословная Д.И.Менделеева берет начало в Удомельском крае. На рубеже XVIII-XIX веков в небольшой деревянной сельской церкви в деревне Касково на Тихомандрицком погосте служил священником Павел Максимович Соколов – дед будущего великого ученого-химика Д.И.Менделеева. У него было четыре сына и пять дочерей. Сыновья были определены по традиции в Тверскую духовную семинарию, где были записаны на разные фамилии: старший, Тимофей, сохранил родительскую – Соколов, а Ивану дали фамилию соседнего помещика – Менделеев.

Географический пункт, который связан с биографией ученого, - это деревня Касково, родина И.П.Менделеева.

Что сюда людей влечет?

Чем окрестность славится?

Здесь красавица течет

Речка Тихомандрица.

Здесь когда-то крест вознес

Над землей касковскою

Тихомандрицкий погост

С церковью Покровскою.

Отчий Павел говорил

Здесь слова елейные,

Тот, кто миру подарил

Внука Менделеева.

(Н. А. Архангельский, 2005 г.)

Через деревню Касково протекает речка Тихомандрица. На севере от Каскова находятся останки Покровско-Тихомандрицкого погоста. На рубеже 18-19 веков в этой церкви служил священником Павел Максимович Соколов. Его прихожанами были дворяне Аракчеевы – родители графа Алексея Андреевича [1,2].

Еще одно село – Млево – важная веха в жизни Д. И. Менделеева.

Село Млево (ныне Мстинский сельский округ) расположено на восточном берегу реки Мста. По нему протекает ручей Млевка. Название села происходит от старославянского «мель» - мелкий. Село впервые упоминается в 1551 году в Писцовой книге Бежецкой пятины, а вообще-то появление Млева следует отнести к 947 году, когда великая княгиня Киевская Ольга проплывала по реке Мсте, «ставила погосты и дани». И лучшего места в верховьях Мсты для погоста не было. Известно [2], что в 1050 году во Млеве была построена деревянная церковь, служба в которой шла восемь столетий. В 1824 году усилиями жителей началось строительство каменного храма. Его возводили 25 лет, причем служба в деревянной церкви продолжалась до тех пор, пока не начал действовать новый храм на ее месте. Во Млеве к 1849 году был построен Спасо-Георгиевский храм при непосредственном участии Т. П. Соколова – дяди ученого, который и стал первым ее священником. Строили церковь по проекту известного архитектора Львова. Одновременно с нею строился и дом для семьи священника, который сохранился и поныне. Именно в нем, летом 1852 года, на втором этаже проживал студент Дмитрий Менделеев[2].

Д. И. Менделеев родился 27 января (8февраля) 1834 г. в Тобольске в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны, происходившей из обедневшего купеческого рода.

Известно [1], что Дмитрий был последним, семнадцатым ребенком у Ивана Павловича Менделеева, сына П. М. Соколова. После окончания Тобольской гимназии он поступил в 1850 году учиться в Главный педагогический институт в Петербурге, который окончил первым по выпуску с золотой медалью в 21 год. После учебы Дмитрий Иванович был оставлен при институте для подготовки к званию магистра, но врачи рекомендовали ему ехать на юг.

В начале октября 1855 года Менделеев выехал в Симферополь, где должен был занять место старшего учителя естественных наук в гимназии, но шла Крымская война и гимназия была закрыта.В конце октября 1855 года Менделеев переехал в Одессу, где получил место преподавателя гимназии при Ришельевском лицее. В апреле 1856 года он приехал в Петербург, где в мае успешно сдал магистерские экзамены, а в сентябре в 22 года защитил выпускную диссертацию на тему: «Изоморфизм в связи с другими отношениями формы к составу» [1]. В 1857 году Менделеев в должности приват-доцента Санкт-Петербургского университета приступил к чтению курсов теоретической и органической химии. В 1859 году он направлен в командировку Гейдельберг «для усовершенствования в науках» (здесь работали крупные ученые Кирхгоф и Бунзен), во время которой побывал во многих странах Европы, участвовал в работе Международного съезда химиков в г. Карлсруэ (1860). За границей ученый находился 22 месяца. После возвращения на родину с 1861 по 1867 год Менделеев преподает в Санкт-Петербургском университете, Институте корпуса инженеров путей сообщения, Николаевской инженерной академии и училище, во 2-м Кадетском корпусе, в Технологическом институте. Все эти годы будущий «Великий русский ученый» живет в нищете.

На базе собственного курса лекций Менделеевым был создан первый учебник по органической химии на русском языке, за который в 1862 г. Менделеев был удостоен Демидовской премии Академии наук в 1000 рублей - по тем временам большие деньги. С 1862 года (28 лет) Менделеев — адъюнкт, доцент Санкт-Петербургского университета, с 1864 года (30 лет) - профессор Технологического института. В 1865 году он защитил докторскую диссертацию«О соединении спирта с водой» и был утвержден сначала экстраординарным профессором, затем ординарным профессором по кафедре технической химии университета [2]. В 1867 году Менделеев стал преемником своего учителя А. А. Воскресенского по кафедре неорганической химии, которую возглавлял на протяжении двадцати трех лет. В 1876 году он был избран член-корреспондентом Петербургской академии наук. В 1890 из-за конфликта с министром народного просвещения И. Д. Деляновым, который отказался принять от него петицию студентов, ученый оставил университет и перешел в Морское ведомство, а в 1892 году – в Главную палату мер и весов, где проработал до конца жизни [2].

Дмитрий Иванович Менделеев был дважды женат. Первый раз Менделеев женился в возрасте 28 лет на Феозве Никитичне Лещевой. В этом браке родились двое детей: Владимир (1865) и Ольга (1868 год, в замужестве Трирогова) [3]. В1877 году 43-летний Менделеев был представлен 17-летней Анне Ивановне Поповой, в которую он тут же, и как казалось, безнадежно, влюбился. В течение5 лет, отвергаемый семьей, осуждаемый обществом и церковью, Дмитрий Иванович пытался получить развод в первом браке и жениться на Анне Ивановне. В канун 1882 года у Дмитрия Ивановича и Анны Ивановны родилась дочь Люба (ставшая впоследствии женой А. А. Блока).Вскоре после этого из духовной консистории пришло решение о долгожданном разводе. После этого в апреле 1882 года, в маленькой церковке под Кронштадтом Дмитрий Иванович обвенчался с Анной Ивановной. В 1883 году родился сын Иван Дмитриевич, а в 1886 — близнецы Василий и Мария (в замужестве Кузьмина) [1,2].

Научная деятельность Д. И. Менделеева охватывает многочисленные отрасли знаний. По свидетельству Д. И. Менделеева [2,3], четыре предмета составили его имя: изучение упругости газов; понимание растворов, как ассоциаций; периодический закон; «Основы химии». Всемирную же славу Менделееву принесло открытие 1 марта (по новому стилю) 1869 года периодического закона, который установил связь между свойствами химических элементов и их соединений и атомных масс химических элементов. Периодическая система элементов – величайшее достижение человеческой мысли. Конечно, ее создание занимало не один день, но датой открытия считается 1 марта 1869 года. В этот день Дмитрий Иванович собирался поехать в Тверскую губернию для осмотра артельных сыроварен. Утром он получил письмо от химика А. М. Ходнева, на обороте которого сделал первый набросок расположения элементов. Поездка была отложена. Целый день Менделеев работал над таблицей. Утомленный сверх меры, он уснул и увидел (по свидетельству близкого друга А. А. Иностранцева) таблицу во сне, где элементы расставлены как надо (только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка). Вечером того же дня набело переписанную таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» он отправил в типографию [1].

11 января 1907 года к Менделееву в Главную палату мер и весов приехал министр торговли и промышленности Д. А. Философов. Дмитрий Иванович, показывая «свои владения», сильно простудился на резком ветру. Болезнь развивалась быстро. 2 февраля (по новому стилю) 1907 года Д. И. Менделеев скончался. Похороны состоялись 5 февраля. В 10 часов в церкви Технологического института прошло отпевание. После панихиды многотысячная толпа почти на версту протянулась на пути к Волковскому кладбищу. Улицы, по которым двигалось похоронное шествие, были совершенно запружены народом. Петербург давно не видел такого выражения общей скорби. В самом начале процессии шли студенты и несли большую белую доску, где была изображена знаменитая Периодическая система химических элементов [3].

Перу Д. И. Менделеева принадлежит множество работ. Но нас интересуют работы, связанные с геологией. В 1877 году Дмитрий Иванович создает химическую теорию происхождения нефти. Им предложен принцип непрерывной перегонки нефти. Его интересовала проблема повышения урожайности сельскохозяйственных культур, и Менделеев приобретает под Москвой имение Боблово, в котором вводит многопольную систему хозяйства. Его опыт изучали профессора сельскохозяйственной академии. Менделеев выдвинул идею химизации сельского хозяйства и провел опыт по внесению химических удобрений в почву.

2. Происхождение нефти

Знакомясь с нефтью, любой заинтересованный в химии человек задается вопросами: когда, где и как она образовалась? На эти вопросы и по сей день нет одного определенного и аргументированного ответа. Д. И. Менделеев рассматривает этот вопрос в книге «О происхождении нефти».

По поводу происхождения нефти существует несколько точек зрения: органическая (биогенная), абиогенная, которая подразделяется на неорганическую и космическую, а также гипотеза Дмитрия Ивановича Менделеева.

2.1. Органическая теория

Остатки различных организмов, продукты их жизнедеятельности состоят из белков, углеводов, жиров и т.д. Углеводороды же встречаются крайне редко и в незначительных количествах. По мере погружения осадков общая направленность процессов преобразования органического вещества состоит в накоплении веществ, устойчивых к действию бактерий. Активная деятельность микроорганизмов проявляется в увеличении скорости биохимических процессов и усреднении состава органического вещества осадков, которое и может явиться исходным материалом образования нефти. Всё это является основным положением органической теории происхождения нефти. Одним из её основателей считается М.В.Ломоносов. Значительный вклад в её становление внесли Н.Д.Зелинский и И.М.Губкин [5].

В 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел опыт по перегонке органического ила растительного происхождения – сапропеля – из озера Балхан. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан. А академик И.М.Губкин в своей книге «Учение о нефти», впервые увидевшей свет в 1932 г., наиболее обстоятельно и полно подвел научный итог тогдашней истории нефтяного и газового дела [5].

В качестве исходного вещества для образования нефти И.М.Губкин рассматривал ил растительно-животного происхождения. В прибрежной полосе моря, где жизнь особенно активна, происходит накапливание этих органических остатков. Через какое-то время они перекрываются более молодыми отложениями, которые предохраняют ил от окисления. Дальнейшие процессы идут уже без доступа кислорода под действием анаэробных бактерий.

По мере погружения пласта, обогащённого органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нём возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть.

Взгляды Р.М.Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы её органического происхождения. В наше время многие её положения расширены и дополнены.

2.2. Неорганическая теория

В 1866 г. французский химик М. Берто высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей точки зрения он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.

В 50-е годы ХХ века Н.А.Кудрявцев собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира.

Прежде всего, Н.А.Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил внимание еще Д.И.Менделеев. Но Н.А.Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их[5].

Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углеводороды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках[6,7].

Исходя из этих теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом возрастает.

3. Космическая теория

Геолог В.Д.Соколов в 1989 г. высказал предположение, что, когда вся наша планета еще представляла собой газовый сгусток, в составе этого газа присутствовали и углеводороды (помните, что в атмосфере некоторых планет были обнаружены соединения углерода и водорода). По мере охлаждения раскаленного газа и перехода его в жидкую фазу углеводороды постепенно растворялись в жидкой магме. Когда же из жидкой магмы пород стала образовываться твердая земная кора, она, согласно законам физики, уже не могла удержать в себе углеводороды. Они стали выделяться по трещинам в земной коре, поднимаясь в верхние ее слои, сгущаясь и образуя здесь скопления нефти и газа.

Космическое неорганическое происхождение нефти раскрывается в работах В.Д.Соколова, который полагал, что углеводороды нефти образовались из рассеянных неорганических компонентов в космическом пространстве и попали в состав земного вещества на стадии формирования нашей планеты[3]. Эта точка зрения отвечает «холодному» начальному состоянию земли. Возможными аргументами в пользу космического прошлого нефти могут быть данные астрофизики о наличии углеводородсодержащих радикалов на звездах и данные геохимических исследований органических соединений в метеоритах.

В областях межзвездного пространства температура достигает порядка 10000С. При этих условиях возможно существование не молекул, а только радикалов: CH, CN, OH, NH, что и зафиксировано приборами. В газовых туманностях температура почти земная – ниже 1000С, где углеводороды вполне вероятны, хотя фактического подтверждения пока нет.

В. Сальников использовал предположение, что некогда у Земли кроме Луны был еще один спутник. Эта планета, имевшая в своем составе большое количество углеводородов, находясь на чересчур низкой орбите, постепенно тормозилась о верхние слои атмосферы и, в конце концов, упала на Землю, как это происходит с искусственными спутниками. Резкий толчок Земли активизировал вулканическую и горообразовательную деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла, мощнейшие грязевые потоки завалили принесенные из космоса углеводороды, похоронили их в глубоких недрах, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

В качестве обоснования для своих выводов В.Сальников указывает на необычное расположение месторождений нефти и газа. Соединив между собой крупные зоны обнаруженных месторождений, он получил систему параллельных синусоидальных линий, которая, по его мнению, весьма напоминает проекции траекторий искусственных спутников Земли [7].

Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна – биогенная. Согласно ей нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория – абиогенная, которая включает в себя космическую и неорганическую теории. Подробно разработал ее Д.И.Менделеев, предположивший, что нефть природе может синтезироваться из неорганических соединений.

3. . Гипотеза Д.И. Менделеева

Впервые Д.И.Менделеев заинтересовался вопросами добычи и переработки нефти в 1863 г., когда по приглашению нефтепромышленника В.А. Кокорева посетил город Баку и дал несколько советов по транспортировке нефти от мест добычи к местам переработки и по перевозке нефтепродуктов по Волге.

Возникшая в результате научных разысканий и эмпирического опыта гипотеза Д.И.Менделеева (1877) о неорганическом происхождении нефти из карбидов тяжелых металлов с течением времени не подтвердилась. Он отверг обоснованную С.Аррениусом (1887) теорию электролитической диссоциации и электронную теорию строения атома (1903). Открытый Рамзаем инертный газ аргон (1894) принял за аллотропное видоизменение азота N3. До конца жизни был твердо уверен в неизменяемости атомов, считая, что взаимопревращаемость элементов подрывает периодический закон[5].

Время и объективные процессы, влияющие на развитие науки, показали ошибочность некоторых взглядов Д.И.Менделеева. Это обычное явление в области знаний о закономерностях развития природы, поскольку сказать «последнее слово» в науке практически невозможно, она развивается столько, столько есть жизнь и человек. Отложив свои прежние занятия, в 1870 году Менделеев обратился к научным и прикладным проблемам изучения нефти.

Следует сказать, что техника добычи и перевозки нефти в Баку в 1860-1870-х гг. была не крайне низком уровне. Нефтепромышленник В.Н. Рагозин отмечал, что до конца 1872 года, т.е. до отмены откупа, нефтяные колодцы, из которых черпали нефть кожаными мешками с помощью верёвок, находились «в том же виде, как завещали их потомству персидские владыки и Бакинские ханы. Научное знание не прикасалось к ним». К «научному знанию» приступил Менделеев, и, прежде всего, к причине образования нефти. Впервые свою гипотезу о происхождении нефти он изложил 16 января 1876 года на заседании Русского химического общества и Физического общества в Санкт-Петербурге. Менделеев проанализировал, в каких пластах земли могла образоваться нефть, при этом утверждал, что «выходы нефти на поверхность показывают стремление её к поднятию по пластам земли, что зависит… от того, что нефть легче воды, всюду находящейся. Следовательно, место образования нефти должно лежать ниже тех мест, где она содержится… трудно допустить образование нефти из организмов по той причины, что тогда бы вместе с нефтью должно было бы происходить много угля»[5,6].

Из сообщения Менделеева следует, что он допускает скопление внутри Земли металлов, особенно железа. Это заключение он сделал, опираясь на гипотезу французского астронома, математика и физика П.С.Лапласа (1749-1827) о происхождении Земли, руководствуясь приложением закона основателя химической атомистики, английского ученого Дж. Дальтона (1766-1844) к парообразному состоянию «составных начал земного шара и рассматривая плотность Земли и плотность паров простых тел» [5]. И далее Менделеев утверждал, что, «предполагая притом существование углеродистых металлов, можно объяснить не только образование нефти, но и все особенности её распределения в тех местах, где пласты земли при подъёме кряжа гор должны были надломиться с внутренней стороны. Через такой надлом должна была проникать к углеродистым металлам вода. Она при высокой температуре и давлении с углеродистым металлом должна была дать оксиды и предельные углеводороды, которые в парах восходили до таких слоёв, где сгущались и пропитывали рыхлые пески, способные удержать много маслообразных веществ»[4].

Менделеев представлял процесс образования нефти как продукта неорганической природы, при этом он полагал, что дальнейшие детальные исследования могут подтвердить или не подтвердить существование и минеральной, и органической идей о происхождении нефти. В то время предполагали, что нефть образована из остатков животных и растительных организмов.

Весной 1876 г. Д.И.Менделеев был командирован Министерством финансов на промышленную выставку в Филадельфию (США), чтобы основательно изучить имеющие место методы добычи и переработки нефти в штате Пенсильвания. Вернувшись из двухмесячной командировки, Д.И.Менделеев написал объемный труд «Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе». Он посвящен в большей мере методам добычи нефти, и в связи с этим в нем дан подробный экономический анализ состояния нефтяной промышленности в Америке, и при сопоставлении данных с европейским рынком нефтепродуктов сделано заключение, благоприятное для Бакинской нефтяной промышленности [7].

И в этой работе он посчитал необходимым поднять вопрос о происхождении нефти, возможно в разных нефтяных районах имеющий отличия, например, связь между месторождениями нефти и вулканами. Главное, от чего отталкивается ученый, – это факт, что нефть не образуется на поверхности Земли (тогда она испарилась бы, оставив остаток смолы) и на дне вод (она всплыла бы на поверхность воды и соприкасалась с атмосферой). Таким образом, нефть можно искать только в глубине Земли. В чем же причина ее появления там? Менделеев наблюдал нефть под микроскопом, но не обнаружил в ней «следов органических тканей».

Причины образования, по мнению Менделеева [7], важны потому, что они дают возможность знать, где искать нефть. Довольно подробно Менделеев изложил сведения об элементах, составляющих Землю, применив совокупность знаний из разных наук. Вопрос о расположении веществ «в земной атмосфере» можно решить законом, установленным Дальтоном, «для смешения паров и газов» (закон парциальных давлений) и данным об изменении температуры атмосферы на разных высотах. Менделеев учитывал также вывод Дальтона: «Всякий газ или пар в смеси с другими распределяется так, как распределялся бы он один». «Из этого, несомненно, следует, - продолжает Менделеев, - что в верхних слоях атмосферы должны преобладать газы, которых плотность d мала, а в нижних слоях должны преобладать те газы, которых плотность D велика» [6,7].

Д.И.Менделеев рассматривает причины охлаждения газов и другие явления, связанные с изменением физического состояния вещества, и, ссылаясь на французского химика А.Сент-Клер Девиля (1818-1881), осуществившего в 1857 г. классические исследования в области термической диссоциации, принимает во внимание, что к процессам изменения химического состояния приложимы те же закономерности, что и к изменению физического состояния. «С охлаждением начинаются химические соединения», – писал Д.И.Менделеев.

Сформулировав положения, определяющие образование химических соединений, Д.И.Менделеев сделал вывод, что в центре Земли происходит скопление простых веществ с большой плотностью пара, другими словами, веществ, образованных из элементов с большим атомным весом и таким же молекулярным (у Д.И.Менделеева «частичным») весом. Подтверждается это явление тем, что более легкие элементы (с атомным весом от 1 до 40) от водорода до кальция находятся на поверхности Земли (хотя, конечно, Менделеев указывает на то, что по закону Дальтона возможно, что внутрь Земли могут попасть легкие элементы, а на поверхность – тяжелые).

Рассуждения Д.И.Менделеева весьма обстоятельны с научной точки зрения. Они приводят к выводу о том, что больше всего в Земле находится железа: «Возможно допустить, что внутри Земли железо содержится, хотя отчасти, в виде неокисленном и в соединении с углеродом. А тогда происхождение нефти в глубинах будет весьма легко объяснимо»[4]. Объяснение состоит в том, что камни метеоритов, представлявшие, как и Земля, часть Солнечной системы, «произошли из начальной массы Солнца». Эти камни, как правило, представляют железо, а могут содержать и «углеродистое железо». Они находятся в недрах Земли, в которой от разных причин появляются трещины. Вода проникает глубоко в земные недра, железо (или другой металл) соединяется с кислородом воды, образуется оксид, выделяется водород – «частью свободный, а частью соединенный с углеродом, т.е. углерод, бывший в соединение с металлом, дает углеводород – вещество летучее - это нефть».

По мнению Д.И.Менделеева [7] углеводороды нефти могли образоваться следующим образом:

2FeC + 3H2O Fe2O3 + C2H6

Но откуда же могло появиться столь значительное количество карбида железа? Ведь это нестойкое соединение, и в природных условиях высока вероятность его окисления. Образование карбида железа могло произойти на определенном этапе охлаждения Земли в интервале 1800 – 19000С. При температуре 1000-1500С карбид железа (II) взаимодействует с парами воды, что приводит к образованию углеводородов. Но в этих условиях углеводороды нестойки и распадаются на углерод и водород, т.е. получается система: Fe, H2,C, CO, CO2. При более низких температурах эта система вновь трансформируется в карбид железа, который в более мягких условиях с водой генерирует углеводороды. Последние в газообразном состоянии поднимаются к поверхности, где при охлаждении и собираются в пористой породе осадочного слоя в залеж.

Процесс образование залежей карбида железа может быть представлен и более простой схемой, при которой железо взаимодействует с графитом при высоких температурах и недостатке кислорода. Как известно, имеется несколько типов карбидов железа (FeC, Fe2C, Fe3C и т.д.), которые могут быть источниками образования углеводородов.

В состав газовой смеси, образующейся при разложении карбидов, входят оксид углерода (II) и водород. И в природном горючем газе имеются водород и оксид углерода (II); в газах вулканического происхождения также отмечено их присутствие.

Водород мог получиться при взаимодействии оксидов железа, рассеянных в значительном количестве в породах, с водой:

6FeO + 2H2O 2 Fe3O4 + 2H2

Н.Д.Зелинский полагал, что водород выделяется при действии -излучения на воду.

Как известно, синтез углеводородов при взаимодействии углерода (II) и водорода рассматривается как промышленный метод получения углеводородов:

CO + 3H2 CH4 + H2O

6CO + 4H2 C3H8 + 3CO2

И так, и этот путь синтеза углеводородов в принципе возможен в глубинах Земли. Но можно представить еще более простую схему неорганического синтеза углеводородов:

(n + m/2)C + mH2O CnH2m + m/2CO2

Приведенные схемы синтезов углеводородов из неорганического материала по своей сути не могут вызвать возражений, хотя их осуществление требует либо наличия специальных катализаторов, либо достаточно высоких температур и давлений. В последнем случае сохранность углеводородов от термического разложения обеспечивается миграцией в холодные слои осадочного слоя. Таким образом, неорганическое происхождение нефти объясняется исходным материалом, которым глубинные слои Земли должны располагать в избытке, а условие образования залежей нефти – поступлением нефти в коллектор. Ими могут быть глубинные разломы [5,6,7].

Это гипотеза Д.И.Менделеева о минеральном, или неорганическом, происхождении нефти.

Большое значение придавал Д.И. Менделеев знанию природы нефти, не соглашаясь с практиками, которым «нет дела до теории». «Геологам необходима руководящая идея для плодотворного бурения скважин, - настаивал Менделеев. - Если практики-нефтепромышленники хотят соблюсти истинную экономию труда и капитала, они должны ясно понять ту выгоду, которую они могут получить от знакомства с теорией дела», - писал он.

В начале 1880-х гг. ясных представлений о составе нефти, в частности Бакинской, которая привлекала наиболее пристальное внимание Менделеева, не существовало. Было известно, что в ее состав входят парафины (предельные углеводороды). Анализы показывали, что большую массу нефти составляли углеводороды, отвечающие формуле CnH2n.

Ученые России довольно интенсивно исследовали кавказскую нефть. В конце 70-х гг. прошлого века А.А. Летний впервые доказал, что при пропускании нефти накальные железные трубы с углем образуются ароматические углеводороды: бензол, толуол, нафталин, антрацен, фенантрен. Кстати, производство бензола и его производных было тогда очень важным для возрождавшейся в России промышленности красок.

В XIX в. уже довольно успешно развивался органический синтез, в связи с чем ряд углеводородов, содержавшихся в нефти, были ранее получены в лабораториях на Западе и в России вне исследований нефти. Например, толуол впервые был открыт в 1838г. во Франции при приготовлении светильного газа из сосновой смолы, а в 1841 г. там же выделен из толуанского бальзама. В 1864 г. толуол был синтезирован в Германии по реакции:

C6H5Br+CH3I+2NaC6H5CH3+NaBr+NaI

Ф.Р.Вреден, петербургский химик-органик, нагревая бензол и его гомологи с HI и P, получил углеводороды CnH2n и, основываясь на близости удельных весов некоторых фракций нефти и гексагидробензола, гексагидротолуолагексагидроксилола, высказал мнение об их тождестве[5].

Это мнение было подтверждено опытами Ф.Ф. Бейльштейна и А.А. Курбатова в 1881г. анализами Бакинской нефти.

В начале 1880-х гг. исследованиями кавказской нефти занимались В.В.Марковников и В.Н. Оглобин. Эти исследования привели к открытию класса алициклических углеводородов, которые В.В. Марковников назвал нафтенами (полиметиленовые углеводороды). Исследователи установили различия в химическом составе американской (пенсильванской) и кавказской нефти.

Менделеев получил недостаточно чистые циклогексан и его изомер метилциклопентан, идентифицировать и выделить которые из нефти удалось значительно позднее.

Таким образом, в России проводилось интенсивное исследование нефти, сопровождавшееся дискуссиями, в которых принимали участие такие выдающиеся химики, как Д.И. Менделеев, В.В. Марковников, М.И. Коновалов и др.

Д.И. Менделеев посвятил нефтяному делу немало статей, детально освещая различные вопросы, однако он постоянно занимался решением нефтяной проблемы в России в целом. Одним из таких вопрос была гипотеза о происхождении нефти, она подтверждалась экспериментально: действием кислот на богатый углеродом чугун Менделеев получил жидкие углеводороды, по составу и сходные с нефтью.

Некоторые ученые поддержали гипотезу Менделеева, противостоящую гипотезе об органическом происхождении нефти. В 1914 г. Н.М. Кижнер подтвердил, что нигде нет запаса ископаемых белков или жиров. В середине нашего столетия Н.А. Кудрявцев и ряд других ученых выступили в поддержку гипотезы Менделеева. В то же время существует теория происхождения нефти из органических остатков под воздействием анаэробных бактерий, способных жить в почве, воде, донных отложениях в отсутствие атмосферного кислорода [4,5].

Многие идеи Д.И. Менделеева не потеряли своей значимости и теперь, особенно те, которые касаются бережного отношения к природным запасам нефти. Он считал необходимым привлечением в нефтяную промышленность иностранного капитала, поскольку в России ощущался недостаток средств для организации новых производств. С необыкновенной энергией ученый боролся за развитие отечественной нефтяной промышленности.

3. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Основным (первичным) процессом переработки нефти (после стабилизации, обезвоживания и обессоливания) является ее перегонка, в результате которой, в зависимости от поставленной цели, отбирают следующие нефтепродукты: бензин авиационный или автомобильный или их компоненты; лигроин; реактивное и газотурбинное топливо; керосин, дизельное топливо; мазут. К вторичным процессам переработки нефти, связанным с изменением структуры углеводородов, входящих в ее состав, относятся: крекинг, риформинг, гидроформинг, платформинг, алкилирование, ароматизация нефтепродуктов, изомеризация, полимеризация, гидрогенизация (деструктивная), пиролиз, коксование. Нефтепродукты, полученные при первичных или вторичных процессах переработки нефти, подвергают очистке. Для дальнейшего повышения качества полученных нефтепродуктов к ним добавляют различные присадки [5].

Д.И. Менделеев разработал теорию о неорганическом происхождении нефти. В своей книге «Нефтяная промышленность в Пенсильвании и на Кавказе», вышедшей в 1877 г. [1], он изложил получившую широкую известность карбидную гипотезу, согласно которой нефть формируется в глубинных недрах земли в результате взаимодействия воды с карбидом железа. Вот как писал Д.И. Менделеев об этом: «Мне стало очевидным, что нефть образовалась в пластах более глубоких, чем самые древние слоистые образования, происшедшие во время существования воды на земной поверхности, и я составил гипотезу, объясняющую происхождение нефти проникновением воды в трещины земли до внутреннего земного ядра, в котором можно предположить, на основании многих данных, существование углеродистого железа, подобного метеоритному железу и объясняющего большую плотность всей земной массы сравнительно с плотностью верхних ее слоев. От действия протекающей воды на сильно накаленное внутреннее металлическое ядро земли должны были образоваться, по моему мнению, углеродистые водороды, тождественные с нефтью»[1,7]. Д.И. Менделеев проводил исследования углеводородов нефти в основном в 1880-1885гг. В 1881 г. на заводе в Константинове вблизи Ярославля он наблюдал многократные разгонки Бакинских бензинов, выражая результаты каждой из них графически. Получить индивидуальные углеводороды из-за несовершенства приборов не было возможности, но графические изображения привели Менделеева к выводу, что углеводороды каждого класса – парафины, нафтены, ароматические углеводороды и т.д. – отличаются друг от друга изменением удельного веса в зависимости от температуры. Касаясь химических свойств, Менделеев считал углеводороды нефти весьма лабильными, поэтому проводили их разделение без какой-либо предварительной обработки посредством химических реагентов и растворителей.

В 1881 г. Д.И.Менделеев делает в своей записной книжке следующую запись[1,7]: «Провести через раскаленные трубы 300-400°C», которая показывает, что он пришел к выводу о возможности термической обработки нефти, идее, приведшей затем к разработке технологами России термического крекинга нефти. Заинтересовавшись вопросом о действии жара на тяжелые масла нефти еще в 1877 г., Д.И.Менделеев затем предложил использовать серную кислоту для очистки солярового масла, нейтрализацию щелочным раствором и осветление очищенного солярового масла пропусканием его через раздробленный кирпич, обработанный известью. Для очистки он также предлагал использовать пемзу и уголь.

Побывав в 1867 г. на всемирной промышленной выставке в Париже, Менделеев опубликовал описание действовавших в то время некоторых химических производств, в том числе работу, одна из глав которой называется «Производство керосина, парафина и других осветительных материалов минерального происхождения». В этой работе он указывает на основное препятствие в развитии нефтяной промышленности в России – нефтяной откуп, т.е. предоставление частным лицам права на сбор налогов, купленного у государства, который следовало отменить. (Нефтяной откуп был отменён в 1873 г.).

Заботясь о техническом прогрессе в нефтяном промысле, Д.И. Менделеев указывал на необходимость расширения добычи и переработки нефти и удешевления основного в то время нефтепродукта – керосина.

Д.И. Менделеева был убежден, что развитию и подъему нефтяной промышленности должна способствовать наука, поэтому он проводил целую серию исследований – экспериментальных, технических и экономических. С ними связана рационализация переработки нефти и использования нефтепродуктов, тогда не находивших сбыта, например тяжелых смазочных масел. Ученый поставил цель использовать соляровое масло, которое было дешевле керосина, для освещения регионов, где крестьянское население пользовалось лучиной. Он предлагал выпускать в продажу осветительные керосиновые лампы. По этому вопросу, а также по вопросу введения акциза (дополнительного налога) на нефть, считая, что акциз на нефть неприемлем, он полемизировал с Бакинского заводчиком Л.Э. Нобелем, племянником А.Б. Нобеля, учредителя Нобелевской премий. Л.Э. Нобель отстаивал интересы нефтезаводчиков, что и вызывало резкую критику со стороны Д.И. Менделеева.

Казалось, получили конечные продукты из нефти и все. Но нет, возможен обратный процесс. Например, из резины (шины) можно получить нефть.

Идея венгерского инженера Э. Брезнаи, который искал новые способы утилизации изношенных автомобильных шин, заключалась в том, чтобы разлагать резину без доступа воздуха. А для этого он предложил окунуть измельченные покрышки в расплавленный чугун – прямо в доменную печь. При высокой температуре резина разлагается, образуются углеводородные газы и твердый остаток, который может частично заменить кокс – служить и топливом и восстановителем. Стальной корд плавится и смешивается с чугуном. А в газопромышленной воде скруббера в достаточно значительных количествах собирается органическая жидкость, близкая по составу к нефти.

Оригинальная идея в течение трех лет проверялась на крупном металлургическом комбинате. Домна, подпитываемая покрышками, работала вполне приемлемо. Правда, пока не удалось до конца решить все технические вопросы, например, - как выделить органику из газопромывной воды. Но главное доказано: из старых покрышек в домне можно выплавлять нефть [6].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научная деятельность Д. И. Менделеева охватывает многочисленные отрасли знаний. Общее число его научных работ – 401, из них 40 посвящено химии и 106 физико-химии. В кратком биографическом обзоре просто невозможно перечислить все достижения Дмитрия Ивановича на научном, государственном и общественном поприщах.

Один из современных ученых недавно написал: «Как учитель Д. И. Менделеев не создал и не оставил после себя школы. Но целые поколения русских химиков могут считаться его учениками». С этим, несомненно, нельзя поспорить. Дмитрий Иванович – человек многих наук, «Великий русский химик», как его окрестили в народе. Его интересы были разносторонними. Его увлекало всё: начиная от изучения областей химии и физики, заканчивая интересом к сельскому хозяйству и изучению свойств нефти (Менделеев одним из первых предложил дробный, или фракционный, способ ее перегонки). Лично участвовал в разработке технологий для первого в России завода по производству машинных масел – в поселке Константиновском Ярославской губернии.

Об увлечении Менделеева минералогией наглядно свидетельствует его личная коллекция минералов, по сей день бережно хранимая Музеем кафедры минералогии Санкт-Петербургского университета.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Макареня, А.А. Люди науки. Д.И.Менделеев / А.А. Макареня, Ю.В.Рысев. – М.: Просвещение, 1988. – 128 с.
2. Разина, Т. Ф. Д. И. Менделеев и Удомельский край / Т. Ф. Разина. – Удомля, 2009. – 16 с.
3. //100 человек, которые изменили ход истории. Дмитрий Менделеев. 2009. № 78. С. 16-17, 28-31.
4. Летопись жизни и деятельности Д.И. Менделеева. Л. 1984.
5. Табер А. М. Нефть – прошлое, настоящее, будущее / А.М. Табер. – М.: Просвещение, 1987. – 128 с.
6. Озимок Н.М. Нефть, выплавляемая в домне / Н.М.Озимок // Химия и жизнь. 1980. № 9. С. 14.
7. Шептунова З.И. Д.И.Менделеев: гипотеза о происхождении нефти / З.И. Шептунова. 1998. № 4. С. 89 – 93.
8. // The Chemical Journal. 2009. С. 42-47.