Углекислый газ растворимость в воде

Диоксид углерода растворимость в воде

В интервале pH 5,6—11 растворимость кальцитов является функцией растворенного количества углекислого газа, поэтому наблюдается пропорциональность разрушения поверхности с годовым количеством осадков и содержанием в них растворенного диоксида углерода. При pH менее 5,5 скорость разрушения пропорциональна концентрации катионов Н+ в осадках. Перевод карбоната с поверхности в раствор сопровождается последующей перекристаллизацией и образованием гипса по реакции с диоксидом серы. Вода достаточно хорошо проникает в известняк — при давлении 0,3 МПа она проникает в образец со скоростью 0,01 см/с; очень быстро (всего за 13 с) вода, проникшая в поры известняка, насыщается кальцием.[ . ]

В океанических экосистемах во внутренней, водной, окружающей среде лимитирующим максимально возможную метаболическую мощность оказывается (из компонентов атмосферы) кислород, плохо растворяющийся в воде. При 15 °С и атмосферном давлении в 1 см3 воды растворяется 0,036 смэ кислорода. Растворенный в воде кислород находится в физическом равновесии с концентрацией кислорода в атмосфере. Равновесная массовая концентрация растворенного в воде кислорода при 15 °С в 47 раз меньше, чем в атмосфере. Диоксид углерода существенно лучше растворяется в воде, чем кислород. Массовая растворимость диоксида углерода в воде при тех же условиях приблизительно в 50 раз превосходит растворимость кислорода.[ . ]

Диоксид углерода, растворяясь в воде, частично вступает с ней во взаимодействие с образованием угольной кислоты. Отдельно определить содержание диоксида углерода и угольной кислоты в воде трудно, поэтому суммарную концентрацию этих компонентов принимают за концентрацию свободной угольной кислоты. Так как только около 1 % растворенного диоксида углерода образует угольную кислоту, расчет содержания свободной угольной кислоты ведется на диоксид углерода С02своб. Концентрация свободной угольной кислоты в поверхностных водах определяется парциальным давлением диоксида углерода в атмосфере. Растворимость диоксида углерода в воде, отвечающая равновесному состоянию при атмосферном давлении, приведена ниже.[ . ]

Диоксид углерода (С02) повсеместно присутствует в природных водах. Растворимость С02 в воде зависит от давления и температуры При нормальном давлении 1 объем воды при 20°С растворяет 0,88 объема С02, а при 0°С -1,7 объёма. Если при 20°С давление увеличить до 2,5 МПа, то растворимость С02 составит 16,3 объёма газа в одном объёме воды. Вода поверхностных источников содержит незначительные концентрации растворённого С02. Однако в воде глубинных скважин его содержание может быть значительным.[ . ]

В течение этой стадии рост температуры (до 80 °С) и присутствие антимикробных соединений абиотического происхождения приводят к гибели или инактивации патогенных микроорганизмов, таких как Salmonella spp. и вирусы, личинок насекомых и семян растений. Температура используется как индикатор работы свалки [246]. Хотя возрастание ее оказывает положительное влияние, увеличивая активность и скорость роста микроорганизмов, оно отрицательно влияет на растворимость кислорода, который является лимитирующим субстратом. Диоксид углерода в свою очередь может влиять на скорость метаболизма, снижая значение pH, хотя это снижение ускоряет гидролиз полимеров. И наконец, значительное образование воды в ходе микробного метаболизма [247] существенно изменяет ее баланс в системе.[ . ]

Растворимость в воде диоксида углерода зависит от температуры, поэтому в холодных областях происходит его поглощение, а в тропиках — выделение.[ . ]

Десорбция диоксида углерода. Растворимость диокси-а углерода в воде значительна и составляет 169 мг в 100 г воды ри 20 °С и 283 мг в 100 г воды при 5 °С.[ . ]

Абсорбция водой является одним из распространенных методов улавливания диоксида углерода из газов. Основными преимуществами воды как абсорбента для удаления примесей из газа является ее доступность и дешевизна. Применение любого абсорбента, кроме воды, связано с необходимостью создания герметической системы и рекуперации, так как в процессе очистки он «летит» и отходящие газы загрязняют атмосферу. Воду можно применять в простых скрубберах с меньшей опасностью утечки газа. Часто, чтобы увеличить растворимость примеси (например, СО2) в воде, процесс проводят при повышенном давлении. Принципиальная схема процесса приведена на рис. 1-33.[ . ]

Миграция кальция в значительной мере определяется режимом диоксида углерода и низкой растворимостью карбонатов кальция; накопление натрия в почвенных и грунтовых водах существенно не ограничивается, поэтому почвенно-грунтовые воды степной зоны обогащены водорастворимыми соединениями натрия. На территории европейской части России содержание натрия в поверхностных водах степной зоны в десятки раз больше содержания этого элемента в поверхностных водах таежной зоны.[ . ]

Для очистки сточных вод может быть использован известковый шлам с добавлением карбоната магния [184]. Прк этом происходит осаждение Mg(OH)2 и СаС03. Преимущества этого метода: вода в процессе очистки практически не загрязняется минеральными солями, имеется возможность регенерации Mg из осадка путем обработки его диоксидом углерода с образованием растворимого в воде бикарбоната магния, который может быть повторно использован.[ . ]

Фенолы, растворенные в сточных водах, относительно легко окисляются кислородом воздуха. Дальнейшее окисление может привести к образованию диоксида углерода и воды. Глубина превращения фенолов зависит от параметров окисления. Многоатомные фенолы окисляются интенсивнее одноатомных, особенно при pH == 7. Например, степень разложения метилрезорциновой и диметилрезорциновой фракций [368] при температуре сточной воды 40 °С и pH = 9,5 13,0 составляет 30—50%, причем наблюдается образование продуктов уплотнения и конденсации фенолов, плохо растворимых в воде.[ . ]

При термической дегазации воды от растворенного диоксида углерода или кислорода пропускают пар через воду и нагревают ее до температуры кипения при внешнем давлении. В этом случае парциальное давление газа над водой снижается до нуля и растворимость его также падает до нуля. Вследствие нарушения равновесия в системе происходит выделение избыточных тазов из воды (физическая десорбция).[ . ]

Показателем содержания органических примесей в сточных водах является величина ХПК. Окисление органических примесей осуществляется дихроматом калия в присутствии концентрированной серной кислоты. В качестве катализатора окисления для труд-ноокисляющихся веществ применяется сульфат серебра. При действии дихромата калия в сильнокислой среде происходит практически полное окисление растворимых, коллоидных и нерастворимых органических примесей. Конечные продукты окисления — диоксид углерода, вода, аммиак, фосфаты и сульфаты. Но и в этих условиях небольшая часть органических веществ остается полностью или частично неокисленной. Степень окисления органических веществ обычно составляет 95—98%. По данным определения ХПК можно рассчитать, зная состав органического соединения, его содержание в воде. И наоборот, величину ХПК можно вычислить для определенного соединения, используя уравнение реакции его окисления. Теоретическое ХПК обычно выше установленного анализом. Практически при определении ХПК не окисляются пиридин и некоторые другие азотсодержащие органические соединения, а также труднорастворимые углеводороды (бензол, нафталин, парафины). Максимально определяемая данным методом величина окисляемости составляет 104 мг 02/л.[ . ]

Использование для нейтрализации щелочных сточных вод диоксида углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с серной или соляной кислотами. Применение СЮ2 дымовых газов позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости С02 уменьшается опасность перекислвдия нейтрализованных растворов. Образующиеся карбонаты находят большее применение л о сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того, коррозионные и токсичные действия COI- -ионов в воде меньше, чем для ионов SO " и С1з.[ . ]

Растворенный почвенный воздух —газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы. Наиболее хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, диоксид углерода.[ . ]

Очистка растворами карбонатов. Основана на взаимодействии диоксида углерода с водными растворами карбонатов натрия и калия (обычно поташа) с активирующими добавками оксидов поливалентных металлов. Скорость абсорбции практически полностью лимитируется скоростью реакции п жидкой фазе СОг + ОН- —> НСО-3.[ . ]

Очистка гликолями (ДЭГ, ТЭГ) применяется обычно на промыслах в тех случаях, когда газ содержит большое количество H2S и С02 и нет необходимости в его очистке от этих примесей до требований отраслевого стандарта (ОСТ 51.40—83), а используют его для нужд самого промысла (закачка в пласт для поддержания пластового давления, использование в качестве топливного газа). Применение гликолей упрощает технологию очистки, поскольку для очистки и осушки газа от паров воды используется один абсорбент. Кроме того, основное количество абсорбированных компонентов выделяется из насыщенного абсорбента простой дегазацией, без затрат тепла. Наибольшее распространение в таких процессах очистки получил ДЭГ, растворяющая способность которого по сероводороду и диоксиду углерода характеризуется зависимостями, показанными на рис. 1.24. Видно, что при атмосферном давлении растворимости H2S и С02 близки и очень низки (3—8 мг/м3), а с повышением давления они резко растут — до 80—100 мг/м3 по H2S (при 1,2 МПа) и 10—15 мг/м3 по С02 (при 2,0 МПа). Это свидетельствует о том, что степени очистки сырого газа от H2S и С02 гликолями будут существенно различаться.[ . ]

Из уравнения основного карбонатного равновесия следует, что воды с одинаковым содержанием свободной угольной кислоты, но с различной концентрацией гидрокарбонатов будут проявлять неодинаковую активность по отношению к карбонату кальция. Поэтому маломинерализованные воды вследствие избытка свободной угольной кислоты могут проявлять агрессивные свойства по отношению к бетону. Если концентрация гидрокарбонатов больше, чем это необходимо для осуществления равновесия со свободной угольной кислотой, т. е. вода имеет повышенную щелочность, то карбонатное равновесие снова становится неустойчивым, но уже из-за избытка гидрокарбонат-ионов. Нарушением основного карбонатного равновесия объясняется и образование карбонатной накипи при нагревании воды. С повышением температуры растворимость диоксида углерода в воде уменьшается и поэтому наблюдается смещение карбонатного равновесия в направлении образования свободной угольной кислоты и карбонат-ионов при разложении гидрокарбонатов. С ионами Са2+ карбонат-ионы образуют карбонат кальция, растворимость которого понижается с повышением температуры.[ . ]

Распределение С02 неравномерно и частично зависит от биологической активности в данном районе. Подобно кислороду, содержание С02 в поверхностных слоях воды является функцией его содержания в атмосфере и парциального давления. Однако схемы распределения диоксида углерода и кислорода сильно отличаются друг от друга. Так, поверхностные воды Тихого океана заметно ненасыщены, тогда как поверхностные воды Индийского океана вблизи экватора перенасыщены. Это указывает на аномалию равновесной растворимости С02, т. е. содержание растворенного диоксида углерода в водах Индийского океана повышается при увеличении температуры. Распределение же общего углерода в зависимости от глубины, по-видимому, более единообразно, так как наблюдается единая тенденция к повышению содержания углерода по мере увеличения глубины вследствие оседания продуктов распада погибших организмов из биологически более богатого поверхностного слоя воды.[ . ]

Схема очистки газа от С02 этим методом достаточно проста. Газ промывают холодной водой в башнях с насадкой (скрубберах) под давлением 1,5—2,5 МПа, так как с повышением давления растворимость диоксида углерода в воде возрастает. При этом из газа частично удаляется и сероводород, растворимость которого также увеличивается. Затем давление снижают, и из воды выделяется (десорбируется) газ, содержащий до 85% диоксида углерода (остальное — водород, азот, сероводород), который используют для получения сухого льда, карбамида, соды и других продуктов.[ . ]

Кинетику осаждения или всплывания следует определять сейчас Же после отбора проб сточных вод, так как только в этих случаях получаются результаты, которые могут быть использованы для расчетов аппаратуры. Объясняется это тем, что и содержание грубодисперсных примесей, и дисперсность нерастворимой в воде фазы изменяются при стоянии. Образуются смолы из веществ, растворимых в воде, могут образоваться осадки вследствие выделения водой диоксида углерода или, наоборот, вследствие поглощения ею СОг из воздуха, может произойти агломерация частиц взвешенного осадка, что отразится на кинетике их выпадения, и т. д. Плотность одной и той же смолы при разных ‘Температурах может быть больше или меньше единицы т. ё. при одной температуре смола окажется тонущей, при другой— всплывающей.[ . ]

Аналогично температура океана играет роль положительной обратной связи. При росте температуры морской воды растворимость СО2 уменьшается, а парциальное давление СО2 на водной поверхности растет. Рост концентрации диоксида углерода приводит к дальнейшему росту температуры. Напротив, при уменьшении температуры воды растворимость СО2 возрастет, парциальное давление тоже уменьшится, что приведет к дальнейшему падению температуры. Мировой океан является резервуаром гигантского количества СО2. Огромные массы воды океана содержат количество СО2, в 50 раз превышающее его количество в атмосфере, в 20 раз — в биоте. Огромная емкость океана по СО2 обусловлена его стратификацией — температура поверхностных ёод много выше температуры нижележащих слоев, имеющих температуру около 4°С. Этим объясняется важная роль океана в глобальной климатической системе.[ . ]

Для количественной характеристики степени гидролиза удобно пользоваться концентрацией водородных ионов в растворе или pH. Изменяя pH раствора, можно регулировать течение процесса в желаемом направлении и обеспечить полный гидролиз введенного в воду коагулянта. Для этого необходимо связать образующиеся при гидролизе ионы водорода в педиссо-циированные молекулы, а также удалить один из продуктов гидролиза из сферы реакции. Хотя гидроксиды алюминия и железа имеют малую растворимость (0,6—1,5 мг/л), все же эти величины при небольших дозах коагулянта (до 150 мг/л) достаточны для торможения процесса гидролиза. Поэтому pH среды играет большую роль в процессе коагуляции. В этом отношении положительное буферное действие оказывают растворенные в воде бикарбоиатные соли. В совокупности с растворенным в воде диоксидом углерода они образуют буферную систему с pH, близким к нейтральной точке. В тех случаях, когда емкости буферной смеси не хватает для нейтрализации образующейся кислоты, воду подщелачивают, вводя известь, соду и т. п.[ . ]

Водяной пар для отгонки адсорбированных веществ может быть заменен нагретым выше температуры их кипения инертным газом (азотом, диоксидом углерода), а в случае отгонки веществ, не образующих взрывчатых смесей, и нагретым возду—хом [3, 20]. Эта замена целесообразна прежде всего для отгонки веществ, обладающих высокой растворимостью в воде (на- пример, при отгонке из угля уксусной кислоты).[ . ]

В итоге большей относительной растворимостью углекислый газ обязан химическому связыванию его водой, чего не происходит ни с кислородом, ни с азотом. Рассмотрим внимательнее кислотные свойства угольной кислоты, применив закон действия масс и приняв во внимание, что [H2O] = const:

СО2+Н2О-Н++НСО3-; К1 = [Н+][HCO3-]/[CO2] = 4•10-7
НСО3—Н++СО3—; К2 = [H+][CO3—]/[HCO3-] = 5,6•10-11

здесь К1 и К2 – константы диссоциации угольной кислоты по 1 и 2-ой ступени.

Ионы НСО3- называются гидрокарбонатами (в старой литературе бикарбонатами) , а ионы СО3— -карбонатами. Порядок величин К1 и К2 говорит о том, что угольная кислота является весьма слабой кислотой (К1 К2).

Углекислый газ поступает в атмосферу (наземную и подземную) преимущественно за счет окисления, брожения и гниения органических остатков и дыхания водных организмов. В атмосфере его содержание при парциальном давлении 0,0003 атм невелико — около 0,03%.

В 1 л чистой воды при таком давлении и температуре 15°С может раствориться всего лишь 0,59 мг углекислого газа. В земных недрах на значительных глубинах его содержание может достигать очень больших значений, и источником этого газа чаще служат глубинные процессы выделения его из вещества мантии и нижней литосферы. Источником углекислого газа могут быть природные минералы — карбонаты. Растворимость углекислого газа в воде повышается с уменьшением температуры (рис. 1.5), поэтому процессы углекислотной коррозии бетона в холодное время года идут интенсивнее.

Рис. 1.5. Растворимость углекислого газа в воде при различной температуре

Химический состав природных вод весьма разнообразен. Существует множество классификаций их, построенных по разным принципам. В настоящее время все природные воды по преобладающему аниону делят на три класса:

• 1) хлоридные;
• 2) сульфатные;
• 3) гидрокарбонатные.

По содержанию катионов каждый класс подразделяется в свою очередь на три группы:

По преобладающему растворенному газу воды могут быть подразделены на азотные, сероводородные, углекислые и т.д. Самыми главными и наиболее распространенными компонентами в природных растворах являются хлор, а затем натрий, далее следуют анионы: сульфат SO| _ , гидрокарбонат НСО§ и карбонатной СО§

; катионы: кальция Са 2+ , магния Mg 2+ и др (табл. 1.1).

Основные компоненты, растворенные в воде мирового океана