Попалось непростое задание - поддержание постоянной заданной концентрации углекислого газа в замкнутой системе при 20 МПа и циркуляции потока. При введении углекислого газа в сосуд получала заданную концентрацию. Через 12 часов концентрация растворённого газа вырастает в 2-2,5 раза. Никак не могу разобраться с ситуацией. Кто может подсказать по проблеме?
По задумке нужно растворять в солёной воде (плотность до 1,2 г/см3), газ подаётся из специального технического резервуара. Перемешивание между жидкими фазами (газ/вода) происходит постоянно в течение 20 часов. Проба для определения растворённого газа отбирается через 15 минут после введения газа в циклические условия. Затем каждые 10 часов. В начале эксперимента концентрация газа равна примерно 35 мг/л, через 10 часов уже около сотни и держится на таком же уровне до конца цикла (иногда снижается).
С уважением, Ирина.

Не исключено обратимое связывание СО2 растворёнными в воде солями с образованием кислот и гидрокарбонатов (давление-то высокое!) - вот вам и дополнительное поглощение газа. Равновесие достигается не сразу, оно зависит от давления, температуры и (особенно!) присутствующих в растворе ионов.
Кстати, а в самой установке СО2 не может где-то там связываться?
=========================================
П.С. "Солёная вода" для химика - это не только NaCl.

С точки зрения химической кинетики процесс растворения углекислого газа в воде достаточно сложен. Когда СО₂ растворяется в воде, то устанавливается равновесие между угольной кислотой Н₂СО₃, бикарбонатом НСО₃^- и карбонатом СО₃^2-.
H₂O + CO₂ ↔* H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2-
1) H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- рК_а1 = 4,4 x 10^-7
2) HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2- рК_а2= 5,6 x 10^-11
Баланс между углекислым газом, бикарбонатом и карбонатом зависит от pH: здесь действует принцип Ле Шателье - наличие в растворе ионов водорода сдвигает щелочную реакцию среды и кислую сторону (рН до 5,5). И наоборот удаление протонов из системы смещает равновесие реакции влево, когда углекислый газ восполняется из карбоната и бикарбоната. Таким образом, при низком значении pH, в системе преобладает углекислый газ, и фактически ни бикарбоната, ни карбоната не образуется, тогда как при нейтральном значении pH, бикарбонат доминирует над СО₂ и Н₂CO₃. И только при высоком pH, преобладает карбонат.
Поэтому если в соленой воде присутствуют соли летучих кислот, то углекислый газ будет интенсивно запасаться в виде гидрокарбонатов и карбонатов.

У нас всего 4 соли (три хлорида и один сульфат). Может быть,Вы подскажете адекватную методику определения растворённого СО2? Именно тех гидрокарбонат ионов, которые образуются от СО2? Или какой анализатор прикупить?

Ну, начнём с того, что при хорошем перемешивании концентрация углекислоты в воде через некоторое время достигнет насыщения, и при постоянных парциальном давлении СО2 и температуре будет оставаться на этом уровне абсолютно автоматически, без постороннего вмешательства.

Какое оно будет - другой вопрос. Можете изучить, скажем, вот это http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01861a033 и вот это http://www.kgs.ku.edu/PRS/publication/2 ... P1-05.html (там есть ссылки).
Судя по всему, при давлении в 20МПа и в рассоле это концентрация должна быть в районе 20-30 г/л, но никак не 35 мг/л. Возможно, вы просто при отборе пробы сбросили давление, и весь ваш растворённый СО2 улетел, как из открытой бутылки с шампанским?
Вот здесь http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01871a025 описывают, как измеряли концентрацию углекислоты в воде при таких давлениях. Не знаю, какой методикой пользовались вы.

Если вам нужен постоянный контроль - я бы попробовал измерять рН. Растворение такого количества СО2 в воде будет очень сильно её подкислять. Если нет других процессов, которые влияли бы на уровень рН (хз, что у вас там происходит), то это самый простой способ контроля.

Полные статьи в архиве

Спасибо за грамотную консультацию!