Растворимость газов в водных растворах солей

Растворимость газов в растворах снижается в присутствии в них электролитов. Снижение растворимости газов в растворах электролитов связано с процессами сольватации ионов молекулами растворителя. Ионы в водных растворах образуются вследствие диссоциации солей. Молекулы растворителя прочнее связываются с ионами электролитов, чем с молекулами газа в растворе. Значительная часть молекул растворителя расходуется на сольватацию ионов и выключается из участия в растворении газов. Число свободных молекул растворителя в растворе снижается в процессе растворения газа и вследствие этого количество растворённого газа в жидкости уменьшается. Кроме того, сольватные оболочки имеют более высокую плотность и в этих оболочках растворение газа затрудняется.

Молекулы газа вытесняются из сольватной оболочки внутренним давлением, развиваемым в оболочке силами ММВ. Это явление называется высаливанием.

Закон, отражающий растворимость газов в растворах электролитов был открыт Сеченовым И. М. (1892 г.). В экспоненциальной форме закон выглядит следующим образом:

, (30)

где с(х₂) – растворимость газа в растворе, содержащим электролит;

с_о(х₂) – растворимость газа в чистом растворителе;

с_эл – концентрация электролита (соли);

К_с – константа Сеченова.

Константа Сеченова, являющаяся эмпирическим коэффициентом, и зависит от природы газа, природы электролита и температуры. В выражении (4.36) все концентрации должны быть выражены в одних единицах. В логарифмическом виде закон Сеченова выглядит так:

. (31)

В выражении (31) отношение c_o(х₂)/c(х₂) показывает, во сколько раз снижается растворимость газа в растворе электролита относительно его растворимости в чистой воде.

Для растворов электролитов количество растворённого газа в растворе можно рассчитывать определяют с использованием ионной силы раствора (I), которая равна произведению полусуммы концентрации ионов в растворе (c_i) на квадрат их заряда (z_i):

(32)

Для расчёта количества растворённого газа в растворе с ионной силой (I) и концентрацией недиссоциированных молекул электролита (c_эл) уравнение используется в такой форме:

, (33)

где a и b  коэффициенты, которые определяют на основе опытных данных.

Концентрация солей оказывает значительное влияние на вид кривых, определяющих зависимость растворения газа в водном растворе.

Например, из эксперимента известно, что при давлении 3,5 МПа и температуре 35 °С нефтяной газ растворяется в воде (V_г/V_ж) в количестве = 1 м³/м³. При повышении давления в 10 раз, до 35 МПа, растворимость газа увеличилась всего в 4 раза и составляет 4 м³/м³. То есть с повышением давления газа растворимость в водном растворе снижается вследствие проявления эффекта высаливания.

С увеличением давления возрастает также и растворимость солей в воде, то есть увеличивается их концентрация. При увеличении концентрации солей в воде растворимость газов, в том числе и углеводородных в растворе уменьшается, как показано на рисунке 8 на примере пластовой воды.