5.4. Растворы лабораторная работа №14

ИЗМЕРЕНИЕ рН, ОБЩЕГО СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ, СОЛЕНОСТИ, УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРА С ПОМОЩЬЮ КОМБИНИРОВАННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ «SevenMulti».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: измерение pH, общего солесодержания, солености, удельной электропроводности, удельного сопротивления раствора.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ: распад молекул различных веществ в растворах называется электролитической диссоциацией. Часть молекул воды под влиянием слабого электричества также распадается на ионы, которые обозначаются Н+ (свободные водородные ионы) и ОН- (гидроксильная группа). Когда содержание тех и других равно, говорят, что вода имеет нейтральную реакцию. В такой воде диссоциирует одна молекула на каждые 10 млн. или одна на 10⁷ (десять в седьмой степени). Степень и берется за показатель кислотно – щелочного равновесия, обозначается рН и вычисляется как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. рН =- log (Н+). У нейтральной воды рН = 7, а нейтральной называется вода, в которой либо вообще нет кислот и щелочей, либо они присутствуют в ней в равном количестве. В воде, содержащей щелочи (в состав которых входит группа ОН), концентрация ионов водорода будет меньше, и показатель рН начнет возрастать, а если в воде есть кислоты (в состав которых входит Н), то снижаться. Шкала показателей рН представляет собой прямую линию от 0 до 14, где рН нейтральной воды находится посредине. Влево от него идут кислые воды, вправо – щелочные.

Удельное электрическое сопротивление вещества – величина, численно равная сопротивлению проводника длиной, равной единице длины, и площадью поперечного сечения, равной единице площади – ом^.м ( м,ом.м).

Удельная электрическая проводимость g вещества – величина, обратная удельному электрическому сопротивлению:

G = 1/

(1)

единица – сименс на метр (S/m,См/м).

Под измерением общего солесодержания понимается общее содержание солей в растворе, прошедшем через фильтр с размером пор 0,45 микрон. В эту категорию обычно попадают следующие ионы: карбонат-анион, бикарбонат-анион, хлорид-анион, сульфат-анион, фосфат-анион, нитрат-анион, катионы кальция, магния, натрия, органические ионы и некоторые другие ионы.

Общее солесодержание рассматривается как критическая величина для поддержания жизни в воде, поскольку для существования водных организмов необходима определенная концентрация ионов в воде. Общее солесодержание может также использоваться для определения качества питьевой воды.

Соленость Sppt раствора в единицах ppt при температуре от 10^оС<Т<31^оС. 1ppt – это кубический сантиметр (он же миллилитр) на кубический метр (см³/м³).

Рассчитывается по следующей формуле:

Sppt = -0.08996+28.2929729R +12.80832R²-10.67869R³+5.98624R⁴-1.32311R⁵

Где С_sample = УЭП (удельная электропроводность) измеряемого раствора

С = 42,914 mS/cm УЭП копенгагенского стандарта морской воды

R_т = С_sample(Т)^.С(Т)

R = R_т+10^-5 R_т(R_т-1)(T-15)[96.7-72.0 R_т + 37.3 R_т² – (0,63+0,21 R_т²)(1-15)]

Плотность пластовых вод возрастает с увеличением концентрации солей, и в связи с широким изменением минерализации плотность пластовых вод может быть различной. Известны рассолы, насыщающие породы, плотность которых достигает 1,45 г/см³ при концентрации солей 0,64 г/см³. Приблизительная зависимость плотности воды _в от количества растворенного минерального вещества Q приведена в таблице 5.4.1

Таблица 5.4.1

в при 15,50 С, г/см3	1.02	1.04	1.06	1.08	1.1	1.12	1.14
Q, г/л	27,5	55,4	83,7	113,2	143,5	175,8	210,0

Разработка многих нефтяных и газовых месторождений серьезно осложнена выпадением неорганических солей из попутно извлекаемой воды в нефтепромысловом оборудовании и на различных участках пласта.

Основные компоненты в большинстве отложений: карбонат кальция (СаСо₃), сульфат кальция (гипс CaSO₄*2H₂O и ангидрит CaSO₄), сульфат бария (BaSO₄). В значительных количествах в составе отложений имеются различные примеси: сульфат стронция (SrSO₄), карбонат стронция (SrCO₃), карбонат бария (BaCO₃), карбонат магния (MgCO₃), хлорид натрия, сульфат радия. Встречаются механические примеси, продукты коррозии (окислы железа Fe₂O₃, сульфид железа FeS₂) и др. В призабойной зоне нагнетательных скважин в составе неорганических осадков часто встречаются продукты жизнедеятельности бактерий.

Рис. 5.4.1. Описание прибора «SevenMulti».

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА: комбинированный измеритель «SevenMulti» (рис. 5.4.1) состоит из электронного блока с дисплеем, двух измерительных электродов и подставки для электродов. Измерительный электрод, расположенный слева (с черным шнуром), замеряет степень pH , а также значения абсолютной и относительной ЭДС (mV). Измерительный электрод, расположенный справа (с белым шнуром), замеряет удельную электропроводность ( s/cm), величину общего солесодержания (mg/l), соленость раствора (ppt) и удельное сопротивление ( см).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Приготовить для измерения растворы объемом, каждый по 5 мл:

• дистиллированной воды;

• 8-% р-р соляной кислоты;

• 8-% р-р щелочи KOH;

• 1-% р-р соли NaCl;

• пробу водопроводной воды;

дополнительно поставить емкость 200 мл с дистиллированной водой для промывки электродов.

2. Клавишей On/Off включить прибор «SevenMulti». На дисплее прибора появится два окна: :левое окно – для измерения рН и ЭДС, правое – для измерения солесодержания, солености, удельного электрического сопротивления и удельной электропроводности.

3. Подготовить прибор для замера pH:

• погрузить левый измерительный электрод в пробу дистиллированной воды;

• клавишей Left перевести дисплей из двух окон на одно окно для измерения рН, нажать клавишу Mode, в появившемся меню выбрать режим измерения pH;

• клавишей Read произвести замер pH;

• вынуть электрод и промыть в дистиллированной воде;

• погрузить этот электрод в 8-% р-р соляной кислоты;

• клавишей Read произвести замер pH;

• промыть измерительный электрод;

• погрузить этот же измерительный электрод в 8-% р-р щелочи KOH;

• клавишей Read произвести замер pH;

• промыть измерительный электрод.

4. Чтобы подготовить прибор для замера удельной электропроводимости, удельного сопротивления, общего солесодержания и солености необходимо перейти на два окна, для этого нажать клвишу Dual :

• погрузить правый измерительный электрод в дистиллированную воду;

• клавишей Right перевести дисплей на одно окно, нажать клавишу Mode, в появившемся на экране меню выбрать режим измерения Cond. (удельная электропроводимость);

• клавишей Read произвести замер удельной электропроводимости (мсм/см);

• нажать клавишу Mode, в появившемся на экране меню выбрать режим измерения TDS (общее солесодержание);

• клавишей Read произвести замер общего солесодержания (мг/л);

• клавишей SAL определить соленость (ppt);

• клавишей Res определить удельное сопротивление;

• клавишей Read произвести замер удельного сопротивления ( см);

• далее погрузить правый измерительный электрод в 1-% р-р соли NaCl;

• замерить удельную электропроводность, общее солесодержание, соленость и удельное сопротивление 1-% р-ра соли NaCl;

• промыть измерительный электрод;

• погрузить правый измерительный электрод в водопроводную воду;

• замерить удельную электропроводность, общее солесодержание, соленость и удельное сопротивление водопроводной воды;

• промыть измерительный электрод;

• определить качество водопроводной воды, исходя из допустимой санитарной нормы общего солесодержания -1349,5 мг/л.

5. Все данные занести в таблицу 5.4.2

Таблица 5.4.2

Параметры	Водопроводная вода	Дистиллирован-ная вода	8-% HCl	8-% KOH	1-% NaCl
Показатель степени pH
Удельная электропроводность, мс/см
Общее солесодержа-ние, мг/л
Соленость, ppt
Удельное сопротивление, ом.м

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

1. Провести анализ полученных результатов дистиллированной воды.

2. Провести анализ всех результатов в сравнении с базовым - дистиллированной водой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Содержание каких солей определяется общим солесодержанием раствора?

2. Чем отличается соленость раствора от общего солесодержания?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Параметры	Обозначения	Единицы измерения		Соотношение единиц
		система СИ	техническая система
Плотность		кг/м3	кг/м3	г/см3=10-3кг/м3
Пористость	M	доли ед.	доли ед.
Проницаемость	K	м2	Дарси	1Д=1 мкм2=10-12м2
Сила	F	Н	кгс	1 кгс=9.8 Н
Давление	P	н/м2=Па	кгс/см2	кгс/см2=9.8 104Па
Вязкость динамическая		Па . с	Пуаз	1 сП=10-3Па с
Вязкость кинематическая		м2/с	Стокс	1 Ст=10-4м2/с
Межфазное натяжение		Дж/м2; Н/м	кгс/м	кгс/м=9.8 Н/м
Работа	A	Дж	кгс м	кгс м=9.8 Дж
Мощность	N	Вт	кгс м/с	кгс/м=9.8 Н/м