АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Общие сведения об электролитах, применяемых при бурении скважин

Читайте также:
  1. A. Общие.
  2. AutoCAD 2005. Общие сведения
  3. CAC/RCP 1-1969, Rev. 4-2003 «Общие принципы гигиены пищевых продуктов»
  4. H.1 Общие требования
  5. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  6. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  7. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  8. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  9. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  10. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  11. I. Общие правила
  12. I. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ КАТАЛИЗА

 

К электролитам относят щелочи, кислоты, соли, легко диссоциирующие в воде на ионы, вследствие высокой их гидрофильности и слабой связи между ионами. Щелочи - хорошо растворимые в воде основания. Чаще это соединения одновалентных металлов с гидроксиланионами:

Na – O – H K – O – H.

Прочность связи в гидроксиланионе О – Н выше, чем между металлами и гидроксиланионами (в гидроксиланионе она составляет 427 кДж/моль между

Na+ и ОН- 329 кДж /моль, между К+ и ОН- -347 кДж / моль).

В качестве катионов электролитов-щелочей выступают одновалентные и двухвалентные металлы с большим ионным радиусом, например, Ва (ОН)2 (ионный радиус Ва2+ 1,43 А°).

Основания двухвалентных металлов с малыми ионными радиусами в воде малорастворимы, например, Са(ОН)2 (ионный радиус Са 1,06 А°), или нерастворимы, например, Мg(ОН)2 (ионный радиус Мg 0,78 А°).

Кислоты - это химические соединения, диссоциирующие в воде с образованием в качестве катионов ионов водорода. К сильным кислотам относят кислоты со слабыми связями водорода с высокоотрицательными анионами: Cl, Вг, I, и кислородсодержащими анионными группами (при наличии в них не менее, двух атомов кислорода с двойными связями).

 

 

 

Вследствие малых ионных радиусов металлоиды (S- 0,35 А0, Р- 0,35 А°, N - 0,2 А°, С - 0,2 А°) с атомами кислорода образуют прочные связи (S–О 517 кДж/моль, Р-О 594 кДж/моль, С-О 1071 кДж/моль). Связи водорода с кислородсодержащими анионными группами ослаблены вследствие высокой электроотрицательности кислорода (для кислорода она равна Э = 3,5, для серы Э = 2,5, фосфора Э = 2,1, азота Э = 3,0, углерода Э = 2,5). Электронное облако в результате этого смещается в сторону несвязанного водородом кислорода. Связь металлоида с кислородом становится полярной. На полюсе металлоида положительный, на полюсе кислорода - отрицательный заряд. Электронное облако кислорода, связанного с водородом, в свою очередь смещается в сторону металлоида, а прочность связи водорода с кислородом понижается.

 

 

Чем больше атомов кислорода с двойной связью, выше полярность аниона, тем ниже прочность связей водорода с анионной группой. Так, сильные кислородсодержащие кислоты имеют не менее двух таких атомов: H2S04, НNОз, НМnO4 и т.д.

Эффективность электролита определяется количеством ионов, появившихся в растворе при его диссоциации. Наиболее полно диссоциируют кислоты с одновалентными анионами (галогенами). Причем с увеличением ионного радиуса галогена прочность связей ионов понижается, степень диссоциации повышается.

Степень диссоциации в химии обычно определяют по константе диссоциации

,

где в числителе указаны концентрации ионов (продуктов диссоциации), а в знаменателе - концентрация недиссоциированных молекул.

В табл.4.1 показаны константы диссоциации наиболее широко распространенных кислот.

Соли-электролиты - это соли со слабыми связями гидрофильных ионов (соли сильных кислот и соли слабых кислот одновалентных металлов). Их можно разделить на три группы: щелочные, кислотные и нейтральные.

К кислотным солям относят соли поливалентных металлов, после диссоциации активно взаимодействующих с молекулами воды и образующих в результате гидролиза ионы водорода Н+, например,

А1С1з=А13+ +ЗСl-

Al3++H2O=Al(OH)2++H+

Al(OH)2++ H2O= Al(OH)++H+

Al(OH)++ H2O = А1(ОН)3 + H+

Таблица 4.1.

Константы диссоциации кислот при 250С

Слабая кислота Константа Сильная кислота Константа
Сернистая H2SO3 К1=2*10-2 К2=6*10-8 Серная H2SO4 K1=103 K2=10-2
Азотистая HNO3 K=4*10-4 Азотная HNO3 K=43.6
Угольная H2CO3 K1=4,5*10-7 К2=4,7*10-11 Марганцевая HMnO4 K=2*102
Кремниевая H2SiO3 K1=10-10 К2=10-12 Хлороводородная К=107
Ортофосфорная Н3РО4 К1=8*10-3 К2=6*10-8 Бромводородная К=109
Фтороводород HF К=7*10-17 Йодоводородная К=1011

 

Глубина реакции катионов с молекулами воды (степень гидролиза) зависит от рН среды, которая, в свою очередь, зависит от концентрации соли. В кислых средах не все катионы оказываются связанными с гидроксиланионами, поэтому в растворе присутствуют наиболее активные трех и двух валентные катионы Аl3+ и А(ОН)2+.

В нейтральных и щелочных средах степень гидролиза возрастает, а в растворе появляется больше менее активных катионов А1(ОН)2+ и А1(ОН)3.

Способность электролита подвергаться гидролизу определяется константой гидролиза

, (4.1)

где - степень гидролиза (отношение концентрации гидролизованной части вещества к общей концентрации вещества в растворе).

Степень гидролиза солей и продуктов его реакции (в первую очередь концентрации водорода) зависит, как отмечено выше, от природы соли (константы гидролиза Кr) и концентрации соли.

Для определения влияния концентрации соли на ее гидролиз были проведены замеры рН различных солей. Известно, что с разбавлением раствора степень гидролиза увеличивается, наиболее интенсивная степень гидролиза наблюдается при низких концентрациях, поэтому наиболее полно рассматривались зависимости рН растворов с низкими концентрациями (от 0 до 1%). Результаты замеров сведены в табл.4.2.

К "нейтральным" солям относят соли, диссоциирующие на ионы, слабо взаимодействующие с молекулами воды, соли с одновалентными анионами (галоиды): NaCI, КСl, CaC12 и др.

К щелочным солям относят соли слабых кислот чаще одновалентных металлов с поливалентными анионами, способными образовывать (после диссоциации) в растворе связи с водородом воды и ионы ОН- : карбонаты, нитраты фосфаты и др.

Na232О=2Nа+НСО3+ +ОН-

Растворимость (диссоциация) соли зависит от прочности связей анионов с катионами и их гидрофильности. Хорошо растворяются соли с одновалентными ионами. Значительно труднее растворяются соли, образованные двухвалентными анионами и катионами. За величину, характеризующую способность электролита растворяться в воде, в химии принята величина, называемая произведением растворимости (табл.4.3.)

Пр=[К+] [А],

где [К+] и [А] - концентрация катионов и анионов.

Таблица 4.2


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)