Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ (стр. 39 )

Механизм же диффузионного флюидозамещения, основанный на действии СРПС, не прекращает действие в самых тонкозернистых породах даже со 100 %-ным количеством связанной воды, и он еще более усиливается по мере сужения микропор, как это показано выше. Он действует также и в широких порах диаметром менее двух предельных расстояний между растворенными молекулами.

Поэтому объяснение причины миграции молекул углеводородов при образовании нефтяных месторождений более удовлетворительно может быть дано на основе механизма диффузионного флюидозамещения за счет действия СРПС (Шабалин, 20003). Эти молекулы, зарождаясь внутри органогенных нефтепроизводящих толщ и соударяясь со стенками микропор, под действием О-СРПС создают микропородиффузионный каталитический эффект, выталкивающий их из узких микропор в более широкие поры и трещины, где они способны образовать углеводородные комплексы типа коллоидных частиц окруженные под действием Т-СРПС связанной водой. Эти частицы, перемещаясь вдоль пор и трещин в песчаниках, концентрируются в благоприятных зонах-ловушках в виде месторождений нефти.

5.8. Роль в избирательной проницаемости мембран в жидкостях

В своих предыдущих работах я связывал избирательную проницаемость мембран в жидких средах с действием МДК-эффекта, т. е. с осмотической составляющей СРПС. Сейчас я изменил свои представления и считаю, что она обусловлена действием одновременно температурной и осмотической составляющей СРПС, как это происходит в охарактеризованных выше газовых мембранах. В них Т-СРПС, создавая разуплотненный поверхностный слой, способствует возникновению таких же условий для молекулярного течения веществ, какие создаются в вакууме. Иначе говоря, каждая мембрана, с обеих сторон окружена разуплотненными поверхностными слоями газа, являющимися аналогом вакуума, необходимого для разделения смесей сквозь поры.

Подобное же свойственно мембранам в жидких, и в первую очередь водных, средах. Здесь вода на обеих поверхностях мембран за счет действия Т-СРПС создает разуплотненный поверхностный слой; количество молекул в его частях, прилегающих непосредственно к стенке, близко к вакууму. Значит, здесь, так же как и для газовых мембран, создаются условия для избирательного прохождения молекул растворенных в воде веществ. Вследствие такого вакуума, каждая более быстро двигающаяся молекула имеет возможность пройти расстояние в пределах поверхностного слоя между стенкой мембраны и плотной жидкостью, например, в 2 раза быстрее. Следовательно, она будет в 2 раза чаще ударяться о стенку и для нее в 2 раза больше вероятность того, что она совершит скачок в направлении поры в мембране и далее сквозь нее на другую сторону.

Если бы разуплотненного слоя не было, то более быстро двигающиеся молекулы, соударяясь с молекулами воды и растворенных веществ у стенки мембраны, не имели бы возможности реализовать свое различие в скорости. Чем больше их скорость, тем чаще они соударялись бы с другими молекулами и тем чаще как бы подталкивали их к прохождению сквозь микропоры, не имея от этого никакого преимущества. В условиях же вакуума разуплотненного слоя, не сталкиваясь с другими молекулами, они свободно проявляют свою скорость и способны быстрее проходить сквозь микропоры мембран. Причем общее расстояние, которое они проходят в пределах разуплотненного поверхностного слоя, не равно толщине этого слоя, а гораздо больше, так как, прежде чем молекула попадет в микропору в процессе случайных соударений со стенкой, она пройдет длинный путь.

Но как показано выше на примере газов, одного только различия в скоростях движения молекул недостаточно для избирательной проницаемости мембран в течение какого-либо определенного промежутка времени. Необходимо еще действие О-СРПС, благодаря которой “решетчато-пружинный” механизм диффузионного движения растворенных веществ способствует созданию большей скорости движения диффузионного фронта более быстрых молекул. Поэтому последние быстрее подходят из глубины к поверхностному слою и таким образом поддерживают постоянство потока быстрых молекул, движущихся через микропоры мембраны.

Господствует точка зрения о том, что микропоры мембран в воде не пропускают одни молекулы и пропускают другие потому, что диаметры первых больше диаметра микропор, а вторых – меньше. При этом считается, что снижению пропускной способности молекул содействует гидратация ионов, т. е. окружение их оболочкой из ориентированных дипольных молекул воды, которые образуют как бы “шубу” вокруг них, увеличивая таким образом диаметр жесткой сферы растворенных молек8, 1986), приведены убедительные данные о том, что степень гидратации ионов существенно влияет на избирательную проницаемость мембран.

Эти данные не противоречат вышеотмеченным, изложенным мною, представлениям. Гидратация ионов способствует увеличению веса молекул и поэтому усиливает дифференцированность их прохождения сквозь микропоры мембран. Но только для этого обязательно, чтобы диаметр микропор был меньше диаметра гидратной “шубы”. Главное условие для микропор – их диаметр должен быть меньше толщины поверхностного разуплотненного слоя жидкости, когда и появляется их избирательная проницаемость.

Избирательная проницаемость мембран в жидких средах и в первую очередь в воде имеет важнейшее значение при обмене веществ в биологических клетках растений и живых организмов.

Глава 6. СРПС ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Поскольку я выдвинул идею о существовании силы разуплотнения поверхностного слоя жидких и газообразных веществ, представляется вполне логичным предположить существование такой же силы и в твердых веществах, тем более что наличие в них разуплотненного поверхностного слоя отмечается в ряде научных работ (Джапаридзе, 1976; Каур и др., 1991). Попытаемся представить себе реальность такой силы, анализируя явление под тем же углом зрения, что и для жидкостей и газов.

Известно, что твердые вещества очень быстро осуществляют передачу тепла от одного участка к другому. Причиной этого процесса являются тепловые колебания атомов около узлов кристаллической решетки. Если бы таких колебаний не было, то, сколько бы ни нагревали металлический стержень с одного конца, это тепло не распространилось бы не только по его длине, но даже за пределы первого слоя поверхностных атомов этого стержня. Передача тепла осуществляется за счет того, что создаваемое нагреванием ускорение колебания атомов передается соседним атомам, а те передают его другим и т. д. Это передается по веществу. Значит, колебания атомов определенным образом взаимосвязаны между собой, т. е., образно говоря, они ощущают колебания соседних атомов, которые передаются им.

Известно, что в твердых веществах передача тепла производится быстрее, чем в газах и жидкостях. Это обусловлено тем, что если в газах и жидкостях ускорение атомов передается хаотически сразу во множестве направлений и только потом, когда в процессе многочисленных соударений молекул определится общее направление в сторону меньшей температуры, начнется движение фронта нагревания, то в твердых веществах эти колебания передаются по прямой от атома к атому по кристаллической решетке.

Такая взаимообусловленность колебаний атомов позволяет предполагать, что они осуществляются путем то сближения, то удаления друг от друга, но в среднем колеблясь около узлов кристаллической решетки. Вероятно, это сближение не приводит к взаимному соударению атомов, но, по-видимому, эффект от него близок к этому процессу, так как по мере сближения атомов все более возрастает сила отталкивания их друг от друга. Причем их прямому соударению препятствуют силы притяжения этих атомов со стороны других атомов в соседних узлах кристаллической решетки.

Если атомы совершают колебания около узлов решетки и эти колебания взаимообусловлены с соседними атомами, значит, возможны флюктуации амплитуды в этих колебаниях, т. е. случайные отклонения в сторону то больших, то меньших амплитуд. Но благодаря случайностям несколько соседних атомов в одном ряду могут совершить колебания в одну сторону: первый отклонится в сторону второго, тот, получив от него энергию, также отклонится в этом же направлении, увеличив амплитуду колебания, третий вследствие более сильного импульса еще более увеличит эту амплитуду и т. д. Следовательно, среди всей массы атомов амплитуда колебаний различна. Амплитуда колебания некоторых атомов, получивших по цепочке большую энергию, большая, хотя при этом они не уходят из узлов кристаллической решетки.

Подобным образом это осуществляется и в жидкости, что описано в ряде классических работ. Некоторые молекулы, после серии соударений с соседними молекулами в одном направлении, разгоняются до повышенных скоростей и делают скачок сквозь жидкость на расстояние, пропорциональное полученной ими энергии: как бы “прострел” сквозь жидкость.

А что же происходит с атомами в твердом теле, когда они оказываются на поверхности, например, при появлении трещины? Колебания атомов в сторону поверхности ограничены, только силой притяжения соседних атомов. Следовательно, атомы отклоняются в эту сторону с амплитудой, которую им позволяют делать их флюктуирующие колебания, т. е. атомы, получившие большую энергию колебания, отклоняются сильнее, а получившие меньшую энергию, отклоняются на ту же величину, что и в среднем в глубине твердого тела. Поэтому на поверхности в целом должно существовать разуплотнение атомов за счет различий в величине их теплового колебания в сторону поверхности и возможности атомов свободно и с большей амплитудой проявить ее.

Подобное было описано выше для жидкостей: молекулы воды, обладающие наибольшей энергией движения и делающие скачки в жидкости, совершают такие же скачки и на поверхности в сторону газовой фазы, кратковременно подскакивая над поверхностью и возвращаясь назад, но тем самым уже создавая разуплотнение поверхностного слоя воды.

В твердом теле это разуплотнение, так же как и в жидкости, должно создаваться мгновенно при появлении новой поверхности и с большой силой температурного расширения. Толщина этого разуплотненного поверхностного слоя не превышает нескольких диаметров атомов. Значит, здесь, как и в жидкостях и газах, должна существовать сила разуплотнения поверхностного слоя – СРПС, или точнее Т-СРПС.