4.3 Насыщенные и перенасыщенные растворы.

С увеличением концентрации ионов в растворе количество связанной воды возрастает, а количество свободной воды понижается. Растворы, в которых все молекулы воды оказываются связаными и дальнейшее растворение электролитов прекращается, называют насыщенными растворами.

Насыщенные растворы широко применяют при бурении соленосных отложений. Насыщенность раствора электролитами зависит от температуры раствора. С увеличением температуры повышается растворимость соли и насыщенные при относительно низкой температуре соли оказываются ненасыщенными, что способствует растворению соли стенок скважины. Это особенно наблюдается при бурении глубоких скважин, в которых при увеличении их глубины температура может повышаться до 200 ° c и выше.

Циркулирующий поток жидкости, поднимаясь к устью скважины снижает растворимость, соли кристализируется и выпадает в осадок на стенках скважины.

Для предотвращения изменения растворимости соли в глубоких скважинах в Уфимском горном институте была разработанна технология бурения соленосных отложений перенасыщенными растворами.

Если охлаждение насыщенного при высокой температуре раствора производить осторожно и медленно, защитить раствор защитными реагентами, то выделение кристаллов из раствора не произойдет. В этом случае насыщенный раствор даже при поверхностной температуре сохранит повышенное содержание электролита в растворе.

Растворяющая способность солевого раствора с увеличением валентности катиона понижается вследствие большей его активности. Если промывать скважину в соленосных отложениях солей одновалентны металлов растворами солей поливалентных металлов растворяющая способность растворов понижаетя, стенки соленосных пород растворятся слабо (например растворение галита растворами бишофита будет значительно меньше, чем растворами галита). Наоборот бурение солей поливалентных металлов растворами соли одновалентных металлов растворимость перебуриваемой соли будет максимальна. Ионы солей из горной породы будут переходить в раствор, вывтесняя одновалентные катионы.

Поэтому растворяющая способность перенасыщенных магниевых растворов меньше растворяющей способности перенасыщенных солей одновалентных металлов

4.4 Кристаллизация растворов электролитов

Как отмечено выше гидрофильных ионов в водном растворе прочно связывается с молекулами воды, образуя гидраты катионов и анионов. Прочность связей ионов зависит от активности ионов и их концентрации С.

α = f ∙ C

В насыщенных растворах при понижении температуры раствора и снижении броуновского движения из гидратов поливалентных ионов образуются кристаллогидраты ионов. Гидрофильные (поливалентные) катионы образуют комплексные соединения (аквакомплексы) в которых в качестве лигандов выступают молекулы воды:

[Mg ∙ 6 H₂O]²⁺ [Al ∙ 6 H₂O]³⁺ и т.д.

Весьма активными анионы с высокоотрицательными атомами (азото - и кислородо - содержащими атомами) также образуют гидратные комплексы например,

[Fe ∙ 6 H₂O]²⁺ [SO₄ ∙ H₂O]^2-

В результате кулоновского взаимодействия комплексы соединяются друг с другом, образуя кристаллогидраты молекул (табл 4.4.)

Таблица 4.4

KCl	NaCl	CaCl ∙ 6 H2O	FeCl2 ∙ 4 H2O
KNO3	NaNO3	Ca(NO3)2 ∙ 4 H2O	FeCl3 ∙ 6 H2O
K2SO4	Na2SO4 ∙ 10 H2O	CaSO4 ∙ 2 H2O	FeSO4 ∙ 7 H2O
KOH ∙ 2 H2O	NaOH ∙ H2O	MgCl2 ∙ 6 H2O	Al(NO3)3 ∙ 9 H2O
K2CO3 ∙ 2 H2O	Na2CO3 ∙ 10 H2O	Mg(NO3)2 ∙ 6 H2O	Al2(SO4)3 ∙ 18 H2O
	Na3PO4 ∙ 12 H2O	MgSO4 ∙ 7 H2O	H2(SO4) ∙ 4 H2O

Из таблицы видно, что электролиты представленные одновалентными катионами и одновалентными анионами кристаллогидратов не образуют

Из натриевых солей образуют кристаллогидраты соли с активными анионами ,РО4, СО3) и соли способные при растворении образовывать щелочи.

Из кальциевых солей хорошо растворяются соли с одновалентными анионами. С поливалентными анионами Ca²⁺ образует прочные связи соли слаборастворима и содержит в кристаллогидрате всего две молекулы воды. Соли с гидрофильными поливалентными катионами Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ и полярными поливалентными анионами хорошо растворяются в воде и активно образуют кристаллогидраты.