Связанная вода

Типичные экспериментальные кривые фазовых проницаемостей приведены на рис. 1.6 (кривая / относится к более смачивающей жидкости-воде, кривая 2 к менее смачивающей-нефти кривая Г относится к случаю, когда первая фаза является газом - газонасыщен-ность). Отметим некоторые характерные особенности этих кривых. Для каждой фазы существует предельная насыщенность (5, и 1 — 5 ), такая, что при меньших значениях насыщенности эта фаза неподвижна. Движение первой фазы может происходить только в том случае, если (для водонефтяной системы 5, называют насыщенностью связанной водой). Для второй фазы связанная насыщенность равна 1 — 5 и называется остаточной нефтенасыщенностью. Таким образом, совместное течение двух фаз имеет место лишь в следующем интервале изменения насыщенности водой / [c.27]

Рассмотрим задачу о непрерывном нагнетании в полубесконечный пласт водного раствора активной примеси с концентрацией с°. В начальный момент водонасыщенность в пласте равна насыщенности связанной воды s . Процесс вытеснения описывается решением системы уравнений [c.307]

Рассмотрим отдельный малопроницаемый блок, у которого только один торец открыт и соприкасается с водой, а остальная поверхность непроницаема для жидкости. Вода под действием капиллярных сил начнет впитываться в блок, а нефть будет двигаться в противоположном направлении. Этот процесс носит название противоточной капиллярной пропитки. Дифференциальное уравнение одномерной противоточной капиллярной пропитки можно получить из общего уравнения (9.52) при Др = О и при условии, что суммарная скорость фильтрации н> = н, + + и = 0. Из рещения этого уравнения следует, что при начальной водонасыщенности блока ( - насыщенность связанной водой) [c.368]

Содержание адсорбированной и химически связанной воды в катализаторах может меняться в широких пределах. Это зависит от структуры и химических свойств катализаторов, от условий их получения, хранения и эксплуатации, от влажности окружающей среды и т. п. Поэтому при анализе катализаторов приходится учитывать их влажность и отдельные показатели качества относить к массе сухой или прокаленной навески. [c.50]

В фосфорном катализаторе полимеризации определяют содержание химически связанной воды для расчета состава кислоты на носителе. [c.51]

Формирование газовых и нефтяных залежей в благоприятной для этих целей ловушке происходит путем вытеснения воды из пористых пород газом и нефтью. Этот процесс протекает длительно за тот или иной отрезок геологического времени. При этом не вся вода вытесняется из пористой системы пород, ибо для-этого не хватило в достаточной мере сил капиллярного вытеснения. Вода частично остается в порах породы в виде так называемой остаточной, или реликтовой, связанной воды. Лучший термин — остаточная вода. Ее количество тем больше, чем меньше диаметр пор, и зависит также от минералогии глинистого цемента и его содержания. [c.366]

Прокаливание адсорбента-катализатора. Активность катализаторов и адсорбентов окончательно складывается в процессе прокаливания их при более высоких температурах. Шарики после гидротермальной сушки под давлением сохраняют до 12—15% адсорбционной, химически связанной воды. Для удаления этой влаги их прокаливают при 650—700° С (и выше) в течение 10 ч. В результате качество катализатора-адсорбента повышается. Анализ структуры пор показывает, что количество пор у шарикового алюмосиликатного [c.127]

Исследования состояния влаги в пористых телах давно уже привели к выводу об особом характере ее свойств вблизи поверхности частиц и о существовании так называемой связанной воды в дисперсных системах [1]. Отличия связанной воды от свободной объясняются перестройкой сетки межмолекулярных водородных связей в ее структуре под влиянием поля поверхностных сил. Моделирование структуры воды численными методами Монте-Карло и молекулярной динамики позволило получить некоторые количественные характеристики структурных изменений вблизи твердых поверхностей различной природы. При этом межмолекулярная водородная связь описывается различными потенциалами, правильность выбора которых проверяется путем сравнения рассчитанных и экспериментальных физических констант объемной воды. Поскольку численным методам посвящен ряд специальных статей этой монографии, остановимся только на основных результатах, важных для дальнейшего обсуждения. [c.7]

Другим характерным свойством связанной воды — воды граничных слоев вблизи гидрофильных поверхностей, по современной терминологии, — является ее пониженная, по сравнению с объемной водой, растворяющая способность. Это также является следствием измененной структуры воды. Как известно, под действием внешнего давления и температуры меняется растворяющая способность и объемной воды. Пониженную растворяющую способность граничных слоев воды использовали, в частности, для количественных оценок содержания связанной воды в дисперсных системах. При этом в качестве индикаторов, слабо проникающих в связанную воду, брали электролиты и сахарозу [1]. [c.9]

СОСТОЯНИЕ связанной ВОДЫ в ДИСПЕРСНЫХ СИЛИКАТАХ [c.31]

Коллоидно-химическую науку, однако, интересуют формы молекулярно связанной воды. Нами ранее [71—74] было показано, что следует выделять сорбционно (прочно) связанную воду, воду граничных слоев и осмотически связанную воду. Свойства и отличительные особенности указанных категорий молекулярно связанной воды удобно рассмотреть применительно к слоистым и слоисто-ленточным силикатам, которые обладают большой вариабельностью коллоидно-химических свойств в зависимости от особенностей строения, состава обменного комплекса, и в последнее время находят все возрастающее применение в качестве эффективных сорбентов, катализаторов, наполнителей полимерных сред, загустителей, пластификаторов, компонентов буровых растворов и т. д. [c.31]

А. В. Думанский показал, что количество прочно связанной воды (Л) более правильно определять по той предельной величине адсорбции, при которой теплота смачивания (Q) близка к нулю [1]. Из наших данных [66] следует, что величину А можно найти по изотерме адсорбции при относительном давлении паров воды р/р5 = 0,95. Для количественной оценки гидрофильности дисперсных материалов может служить отношение Q/A. В зависимости от типа материала оно изменяется от 30 ООО до 420 Дж/моль [66]. Условной границей между гидрофильными и гидрофобными материалами можно считать отношение Р/Л = 3750 н-4200 Дж/моль. [c.32]

Чаще всего исследуемой характеристикой связанной воды является ее плотность. Это объясняется кажущейся простотой пикнометрического метода, обычно используемого для таких определений. В целом ряде работ [1, 64, 75—77] были получены значения плотности связанной слоистыми силикатами воды, равные 1,5—1,28 г/см . Вместе с тем еще в работах [78, 79] [c.32]

Повышенное или пониженное значение плотности прочно связанной воды по сравнению с обычной жидкой водой будет зависеть от того, какой из двух факторов — усиление энергии связи или разупорядочивающее влияние подложки — окажется преобладающим. Для слоистых силикатов (см. табл. 2.2),кремнезема [87], цеолита NaX [88] плотность адсорбированной воды выше единицы. Это обусловлено высокой энергией связи при относительно небольшом разупорядочивающем влиянии подложки. Последнее объясняется хорошим структурным соответствием между узором поверхностных атомов кислорода (и гидроксильных групп в случае кремнезема) слоистых силикатов и кремнеземов, с одной стороны, и элементами структуры воды — с другой. Недаром получившая широкое распространение первая модель структуры адсорбированной слоистыми силикатами воды представляла собой плоский вариант структуры льда [89]. Н. В. Белов подметил идентичность формы и размеров полостей цеолита X и крупных додекаэдрических молекул воды Н20 20а<7 и на основе этого предположил, что [c.35]

Для изучения свойств граничных слоев связанной воды толщиной 7,5—10 нм в качестве модельных объектов обычно используются дисперсии На- и Ь1-монтмориллонита. Эти препараты самопроизвольно диспергируются в воде вплоть до элементарных силикатных слоев толщиной 0,94 нм [102]. Обладая развитой поверхностью (5 — 750 м /г [66]), частички Ыа- и Ь1-монтмориллонита иммобилизуют большое количество воды, что безусловно облегчает изучение ее свойств. [c.38]

Согласно трехслойной модели строения гидратной оболочки элементарных пластинчатых частиц слоистых силикатов [71, 72], граничный слой воды толщиной 8—10 нм состоит из двух частей более прочно связанного адсорбционного и анизотропно-доменного слоев. Авторы [120] также выделили непосредственно прилегающую и более прочно связанную с гидрофильной поверхностью часть граничного слоя (по нашей терминологии—адсорбционно связанную воду), состояние которой менее чувствительно к изменениям концентрации электролита. В работе [121] для описания изменения структурной составляющей расклинивающего давления в системе мусковит — связанная вода использована двойная экспонента Пз = Д ехр (—h/l) + + /(оехр(—Н/1о) со значениями / = 0,95ч-1,1 нм и /о = 0,17-ь - 0,30 нм. Толщина внутренней части граничного слоя для мусковита составляет 1 нм [121], что совпадает с толщиной адсорбционно связанного слоя воды в трехслойной модели гидратной оболочки пластинчатых частиц слоистых силикатов [71]. [c.41]

Меньшее число межмолекулярных водородных связей, в которых (в среднем) участвует молекула воды, наряду с наличием противоионов приводит к понижению температуры замерзания граничного слоя. По данным [83, 103, 127], основная масса воды в дисперсиях Ы- и На-монтмориллонита замерзает в интервале от —3 до —5°С. Однако даже при —10 °С около 0,3 г Н2О на 1 г глины (что примерно соответствует количеству адсорбционно связанной воды при p/ps 0,9) еще остается незамерзшей. [c.42]

Представляет интерес вопрос о разграничении внешней части граничного слоя, адсорбционно связанной воды и осмотически связанной воды. Данные по набуханию каолинита в воде [124] ясно показывают, что переход от граничного слоя к осмотически связанной воде диффузен в интервале значений толщины /г = 2,5-ь5 нм наряду со структурной проявляется также ионно-электростатическая составляющая расклинивающего давления, ответственная за осмотически связанную воду. [c.42]

Плотность воды внешней части граничного слоя (р<1 г/см ) отличается от плотности адсорбционно связанной (р>1 г/см= ) и осмотически связанной воды (р— 1 г/см= ). Указанное различие можно в принципе использовать для разграничения трех ее разновидностей. Здесь отметим только, что плотность примерно четырех слоев межслоевой воды, На-монтмориллонита (А [c.43]

Наш опыт изучения гидратационных характеристик слоистых силикатов [66] позволяет, однако, связывать с гидратацией ионов-компенсаторов появление только внутренней части граничного слоя связанной воды. Принятие этой концепции позволяет объяснить большую толщину слоя адсорбционно связанной воды для каолинита по сравнению с мусковитом. Причину появления внешней части граничного слоя мы, как уже указывалось, склонны объяснять структурной необходимостью существования промежуточного слоя между адсорбционно и осмотически связанной водой. Правомочность этого объяснения, кроме всего прочего, подтверждается сильным влиянием гидрофильности — гидрофобности поверхности на развитие структурных сил. [c.43]

Связанная вода в торфе [c.64]

В отличие от ряда минеральных сорбентов, торфу присуща высокая подвижность скелета надмолекулярных структур. Так, в опытах по сорбции воды на торфе в интервале температуры от 20 до 45 °С получено, что объем мономолекулярно связанной воды при 25°С и ф 0,25 увеличивается в 1,2—1,5 раза [211]. В результате рассчитанные значения дифференциальной изостерической теплоты сорбции оказываются меньше теплоты конденсации паров воды. В то же время непосредственно измеренная теплота смачивания торфа водой всегда выше [c.65]

Расчетный дипольный момент молекул сорбированной воды в этом случае получается выше, чем дипольный момент молекулы воды в парообразной фазе [213]. В то же время, по данным исследований методом спинового эха, подвижность протонов связанной воды на два порядка ниже, чем воды в свободном объеме [214]. [c.66]

Рис. 4.1. Влияние термообработки торфа на содержание в нем связанной воды.

Энергия связи воды с металлом определяется целям рядом факторов [303]. Исследования, выполненные с использованием воды, меченной тритием, показали, что в связанном состоянии в пленке оксидов железа содержится Ы0 молекул воды на 1 см (при потенциале ф=1,1 В). Во внешнем слое оксидов находится 9,3-10 5 молекул воды на 1 см т. е. 90% всей связанной воды. Состав внешнего слоя отвечает формуле РегОзХ Х1,5Н20. и лишь небольшое количество воды находится во внутреннем слое оксида (Рез04) [304]. [c.292]

Силикагель — двуокись кремния плюс небольшое количество связанной воды. Он приготовляется обработкой силиката натрия минеральными кислотами, серной или соляной. Образовавшийся гель отстаивается, затем выщелачивается водой для удаления солей и избытка кислоты, а продукт сушится и просеивается. Высокая селективность и большая пропускная способность делают силикагель ценным для аналитического разделения ароматики, олефинов, парафинов и циклопарафинов. Промышленное отделение ароматики от парафинов и циклопарафинов уже разработано и испытано в полузаводском масштабе [5, 6, 33]. [c.266]

Коллоидов, образующих тиксотропные структуры, характерные для систем с больщнм количеством связанной воды. Это относится также к латексам, сополимер которых содержит гидрофильные группы (например, карбоксильные) [36, 37]. При достаточном содержании таких групп вязкость может возрастать в несколько десятков раз [38]. [c.590]

Глины состоят из гидросиликата алюминия (монтмориллонита) с заметным содержанием окиси железа, небольшим содержанием окисей щелочноземельных металлов и с еще меньшим содержанием щелочей. Вода содержится в них как в химически связанном виде, так и в гигроскопическом состоянии освобождение от последней улучшает активность глин. Это объясняется тем, что при удалении гигроскопической воды, расположенной между пластинками монтмориллонита и вокруг его кристаллов, освобождается большая адсорбционная поверхность, которая может быть усилена при активации. Удаление химически связанной воды приводит к понижению обесцвечивающей способности глин. Химический состав отбеливающих глин и земель не является показателем их адсорбирующей способности последняя зависит прежде всего от физического состояния вещества — оно должно быть коллоидно-алюрфным. Особенностью для коллоидных систем является их сильная склонность образовывать тела со значительно развитой поверхностью, способной адсорбировать различные вещества. В целях увеличения обесцвечивающей и каталитической способности бентонитовые глины должны пройти [c.71]

Анализ протекающих процессов затруднен, однако, тем, что свойства воды в дисперсных системах в результате ее взаимодействия с поверхностью частиц или со стенками пор отличаются от свойств объемной воды. Изучение свойств воды в дисперсных системах ведется уже давно, но лишь в последнее время благодаря развитию физико-химических методоц удалось получить существенно новые и более полные результаты. Уточнены ранее сложившиеся представления о свойствах связанной воды. Это относится прежде всего к данным об ее плотности, которые чаще всего оказывались сильно завышенными. Как сейчас становится ясным, изменения плотности не превышают нескольких процентов от плотности объемной воды. Значительно меньшими оказались и изменения вязкости, сложились иные представления о неподвижности граничных слоев воды. Многие процессы переноса оказались более сложными, чем это представлялось ранее. Это связано с выяснившейся необходимостью учета влияния образования и перекрывания в тонких порах диффузных адсорбционных слоев молекул и ионов, изменения физических свойств и структуры воды как функции расстояния от поверхности. Резко возрос в последнее время интерес к структурным силам, возникающим при перекрывании граничных слоев воды с измененной структурой. Эти силы, в добавление к молекулярным и электростатическим, играют важ- [c.4]

В сильноувлажненных системах типа торфов, связывающих значительные количества воды, ее свойства и состояние играют особенно важную роль, определяя выбор технологических рещений. В этом случае, как и в случае минеральных адсорбентов, новые возможности открываются при модифицировании поверхности различными физико-химическими методами. Эти способы воздействия оказываются актуальными и в случае горных пород, механические свойства которых зависят от количества связанной воды и характера ее взаимодействия с твердой фазой сложных геологических образований. [c.7]

В основе современных представлений о гидрофильности дисперсных систем лежит учение о связанной воде [1, 64]. Исследователи уже давно пытались разделить связанную воду на различные типы. Одна из первых попыток классифицировать воду по формам ее связи с дисперсными материалами была предпринята С. Маттсоном в 30-е годы [65]. Он разделял воду на структурно связанную (эту воду сейчас принято называть конституционной), гигроскопическую, при взаимодействии молекул которой с дисперсными материалами выделяется теплота смачивания (такую воду сейчас называют сорбционно связанной или прочносвязанной [661), капиллярную воду и воду осмотического впитывания. Классификации различных типов связанной воды, близкие к приведенной, были предложены также А. В. Думанским [1] и П. А. Ребиндером [67]. [c.31]

В табл. 2.2 приведены основные величины, необходимые для расчета плотности связанной воды в однослойных и двухслойных гидратах Ыа-форм монтмориллонита и вермикулита [68, 81, 82], и значения самих плотностей р. Значения,. находили вычитанием толщины элементарных слоев монтмориллонита (0,94 нм) и вермикулита (0,92 нм) из величин первых базальных отражений. Объемы межслоевых катионов и дитригональ-ных лунок на поверхности силикатных слоев в расчетах р не учитывали принималось, что они взаимно компенсируют друг друга. Из анализа приведенных в табл. 2.2 данных видно, что плотность воды в двухслойных гидратах слоистых силикатов с расширяющейся структурной ячейкой превышает плотность жидкой воды (1,0 г/см ). Более низкое расчетное значение р для двухслойного гидрата ковдорского вермикулита объясняется неточным учетом числа нерасширяющихся флогопитоподобных пакетов в его структуре [66]. [c.34]

В результате проведенного выше анализа данных по плотности прочно связанной воды можно сделать вывод, что высокая энергия взаимодействия ее молекул с активными центрами гидрофильной поверхности и, как следствие, друг с другом еще не предопределяет повышенной по сравнению с объемной плотности связанной воды. Поверхность навязывает адсорбционным слоям структуру, зависящую от топографии и природы активных центров, т. е. в определенном смысле оказывает разу-порядочивающее действие на связываемую воду. Конечно, подвижность адсорбированных на гидрофильных поверхностях молекул воды, как это следует из анализа изменений энтропии при адсорбции [85] и данных ЯМР (см., например, [86]), намного ниже, чем в жидкой воде. Но приспособление адсорбционного водного слоя к топографии активных центров приводит к нарушению в нем целостности сетки межмолекулярных водородных связей в ИК-спектрах сорбированной воды полосы валентных колебаний слабо нагруженных ОН-групп воды существенно выше, чем в жидкой воде [66]. [c.35]

Правда, доказано, что доминирующими центрами адсорбции воды в монтмориллоните и вермикулите являютск поверхностные атомы кислорода и обменные катионы — компенсаторы отрицательного заряда, а саму адсорбцию воды предложено рассматривать как образование аквакомплексов [Ме(Н20) ]+0 , где Ме+ — обменные катионы, 0 — поверхностные атомы кислорода [66]. Тем не менее метод ИК-спектроскопии позволяет выделить в минералах монтмориллонитовой группы четыре вида молекул прочно связанной воды [66, 92, 93] [c.36]

Наличие внутренней и внешней частей граничного слоя может быть объяснено резкими различиями в структурах адсорбционно (внутренней части граничного слоя) и осмотически связанной воды. Первая подчинена геометрии подложки и гид-ратационным характеристикам ее активных центров. Вторая, если учесть, что в диффузную часть двойного электрического слоя глинистых частиц переходит менее 2% обменных катионов [124], может быть в первом приближении описана структурой очень разбавленного раствора электролита. Переход от слоя адсорбционно связанной к слою осмотически связанной воды осуществляется через промежуточный (внешняя часть граничного слоя) переходный слой конечной толщины [125]. [c.42]

Таким образом, чисто структурные соображения диктуют необходимость существования внешней части граничного слоя, являющегося как бы связующим элементом между резко различающимися структурами адсорбционно и осмотически связанной воды. Стремление к сочетанию с обеими указанными категориями связанной воды естественно приводит к относительно разупорядоченной структуре внешней части граничного слоя число молекул воды с разорванными Н-связями в ней выше, чем в объемной жидкости. Поскольку действие активных центров поверхности на молекулы воды внешней части граничного слоя ослаблено, то ее плотность должна быть ниже, чем у объемной воды, что и подтверждается уже обсуждавшимися данными [104]. Анализируя структуру воды вблизи твердой заряженной поверхности, Ю. В. Гуриков [126] также пришел к трехслойной модели связанной воды за слоем прочно связанных с поверхностью молекул воды располагается слой с нарушенной структурой, затем следует невозмущенный раствор. [c.42]

Главной причиной существования слоя осмотически связанной воды в гидратной оболочке гидрофильных коллоидных частиц слоистых силикатов является гидратация отдиссоциирован- [c.43]

В заключение отметим, что формирование слоев связанной воды вблизи поверхности силикатных частиц коллоидных размеров тесно связано с формированием коагуляционной сетки в дисперсии. Из работ [132—134] следует, что формирование гиксотропной структуры в дисперсиях монтмориллонита приводит к заметному увеличению так называемого всасывающего давления я — величины, которая измеряется с помощью тен-зиометров и характеризует способность почвы при соприкосновении с чистой водой впитывать ее в себя. По величине я легко определить изменение химического потенциала связанной воды граничного слоя по сравнению с объемной, а по зависимостям я от температуры — парциальные молярные энтальпии и энтропии связанной воды. Перемешивание дисперсий (разрушение тиксотропной структуры) приводило к резкому уменьшению значений я. Получаемые на их основе парциальные термодинамические функции связанной воды практически не отличались от таковых для объемной воды. Тиксотропное структу-рообразование, наоборот, вызывало повышение значений я, а термодинамические характеристики связанной в структурированной дисперсии воды были существенно иными, чем в объемной воде [133]. [c.44]

Эти результаты прямо указывают на то, что иммобилизация воды в дисперсиях гидрофильных веществ и структурообразо-вание тесно связаны между собой. Тиксотропная коагуляционная структура, по-видимому, формируется при взаимном влиянии поверхности гидрофильных частиц на структуру полислоев воды и их свойства, а структура гидратных оболочек — на характер ориентации и силы сцепления частиц твердой фазы друг с другом. Связанная вода во многом обусловливает те свойства, которые присущи коагуляционным структурам пониженную механическую прочность, способность к замедленной упругости и т. д. [135]. Вместе с тем в результате формирования коагуляционной сетки в дисперсии заметно снижается молекулярная подвижность иммобилизованной воды [136], изменяется также кинетика ее удаления из дисперсии [137]. Уже отмечалось, что в процессе структурообразования дисперсий монтмориллонита (перехода золь — гель) наблюдается обратимое увеличение объема дисперсии. Это указывает не только на понижение плотности граничных слоев воды при структуриро- [c.44]

Таким образом, с привлечением обобщенной теории ДЛФО классификация молекулярно связанной воды на адсорбционно (прочно связанную) воду, воду граничных слоев и осмотически связанную воду получает надежное теоретическое обоснование. Первые две категории воды в теории ДЛФО рассматриваются как внутренняя, более прочно связанная с гидрофильной поверхностью, и внешняя часть граничного слоя, обладающего измененной по сравнению с объемной водой структурой. Формирование слоя осмотически связанной воды регулируется ионноэлектростатической составляющей расклинивающего давления. [c.45]

Дисперсионная среда торфяных систем представляет собой сложный водный раствор органических и минеральных соединений, концентрация которых зависит от условий торфообразо-вания и соотношения твердой и жидкой фаз. Развитая поверхность конденсированных структур торфа и высокая их насыщенность функциональными группами обусловливает широкий спектр поверхностных явлений в межфазных слоях материала, предопределяющий в итоге специфику процессов связывания и переноса воды в торфе и продуктах его переработки. От состояния связанной воды во многом зависит выбор оптимальных технологических схем обезвоживания, сушки торфяного сырья, получения продуктов с заданными свойствами. [c.63]