Свойства гидратов - Гидраты природных газов

Природные газовые гидраты представляют собой метастабильный минерал, образование и разложение которого зависит от температуры, давления, химического состава газа и воды, свойств пористой среды и др.

Морфология газогидратов весьма разнообразна. В настоящее время выделяют три основных типа кристаллов:

    - Массивные кристаллы. Формируются за счет сорбции газа и воды на всей поверхности непрерывно растущего кристалла. - Вискерные кристаллы. Возникают при туннельной сорбции молекул к основанию растущего кристалла. - Гель-кристаллы. Образуются в объеме воды из растворенного в ней газа при достижении условий гидратообразования.

В пластах горных пород гидраты могут быть как распределены в виде микроскопических включений, так и образовывать крупные частицы, вплоть до протяженных пластов многометровой толщины.

Благодаря своей клатратной структуре единичный объем газового гидрата может содержать до 160--180 объемов чистого газа. Плотность гидрата ниже плотности воды и льда (для гидрата метана около 900 кг/мі).

Рис.1. Фазовая диаграмма гидрата метана

При повышении температуры и уменьшении давления гидрат разлагается на газ и воду с поглощением большого количества теплоты. Разложение гидрата в замкнутом объеме либо в пористой среде (естественные условия) приводит к значительному повышению давления.

Кристаллогидраты обладают высоким электрическим сопротивлением, хорошо проводят звук, и практически непроницаемы для свободных молекул воды и газа. Для них характерна аномально низкая теплопроводность (для гидрата метана при 273 К в пять раз ниже, чем у льда).

Для описания термодинамических свойств гидратов в настоящее время широко используется теория Ван-дер-Ваальса (внук)-- Платтеу. Основные положения данной теории:

    - Решетка хозяина не деформируется в зависимости от степени заполнения молекулами-гостями либо от их вида. - В каждой молекулярной полости может находиться не более одной молекулы-гостя. - Взаимодействие молекул-гостей пренебрежимо мало. - К описанию применима статистическая физика.

Несмотря на успешное описание термодинамических характеристик, теория Ван-дер-Ваальса -- Платтеу противоречит данным некоторых экспериментов. В частности, показано, что молекулы-гости способны определять, как симметрию кристаллической решетки гидрата, так и последовательность фазовых переходов гидрата. Помимо того, обнаружено сильное воздействие гостей на молекулы-хозяева, вызывающее повышение наиболее вероятных частот собственных колебаний.

Похожие статьи




Свойства гидратов - Гидраты природных газов

Предыдущая | Следующая