Какими свойствами обладает газ: Какими основными свойствами обладает газ?…

Идеальный газ — определение, свойства, условия

В жизни мы встречаем вещества в газообразном состоянии, когда чувствуем запахи. Запах очень легко распространяется, потому что газ не имеет ни формы, ни объема (занимает весь предоставленный объем) и состоит из хаотично движущихся молекул, расстояние между которыми больше, чем размеры молекул.

Агрегатных состояний точно три?

На самом деле есть еще четвертое — плазма. Звучит как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ — газ, в котором, помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.

Модель идеального газа

В физике есть такое понятие, как модель. Модель — это что-то идеализированное, она нужна в случаях, когда можно пренебречь некоторыми параметрами объекта или процесса.

Идеальный газ — это модель реального газа. Молекулы идеального газа представляют собой материальные точки, которые не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, но взаимодействуют при столкновениях друг с другом или со стенками сосуда. При работе с идеальным газом можно пренебречь потенциальной энергией молекул (но не кинетической).

Важно знать

Модель идеального газа не может описать ситуацию, когда газ сжимают так сильно, что он конденсируется — переходит в жидкое состояние.

В повседневной жизни идеальный газ, конечно, не встречается. Но реальный газ может вести себя почти как идеальный. Такое случается, если среднее расстояние между молекулами во много раз больше их размеров, то есть если газ очень разреженный.

Свойства идеального газа

1. Расстояние между молекулами значительно больше размеров молекул.

2. Молекулы газа очень малы и представляют собой упругие шары.

3. Силы притяжения между молекулами пренебрежимо малы.

4. Молекулы взаимодействуют только при соударениях.

5. Молекулы движутся хаотично.

6. Молекулы движутся по законам Ньютона.

Среднеквадратичная скорость

Потенциальной энергией молекул газа пренебречь можно, а вот кинетической — никак нельзя. Потому что кинетическая энергия — это энергия движения, а мы не можем пренебрегать скоростью движения молекул.

На графике показано распределение Максвелла — то, как молекулы распределяются по скоростям. Судя по графику, большинство молекул движутся со средним значением скорости. Хотя есть и быстрые, и медленные молекулы, просто их значительно меньше.

Но наш газ идеальный, а в идеальном газе случаются чудеса. Одно из таких чудес — то, что все молекулы идеального газа двигаются с одинаковой скоростью. Эта скорость называется средней квадратичной.

Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!

Давление идеального газа

Молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.

Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, за одну секунду на каждый квадратный сантиметр молекулы воздуха наносят столько ударов, что их количество выражается двадцатитрехзначным числом.

Хотя сила удара отдельной молекулы мала, действие всех молекул на стенки сосуда приводит к значительному давлению. Представьте, что комар пытается толкать машину — она не сдвинется с места. Но если за работу возьмется пара сотен миллионов комаров, то машину получится сдвинуть.

Эксперимент

Чтобы смоделировать давление газа, возьмите песок и лист бумаги, зажатый между двумя книгами. Песчинки будут выступать в роли молекул газа, а лист — в роли сосуда, в котором этот газ находится. Когда вы начинаете сыпать песок на лист бумаги, бумага отклоняется под воздействием множества песчинок. Так же и молекулы газа оказывают давление на стенки сосуда, в котором находятся.

Зависимость давления от других величин

Зависимость давления от объема

В механике есть формула давления, которая показывает, что давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую эта сила оказывается.

То есть если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы толкали грузовой автомобиль, — просто потому, что легковушка меньше грузовика. Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за его меньшей площади.

Рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.

Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, потому что его площадь меньше. А раз меньше площадь сосуда, то меньше и его объем. Значит, давление зависит от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление, и наоборот.

При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):

Зависимость давления от объема называется законом Бойля-Мариотта. Она экспериментально проверяется с помощью такой установки:

Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.

Зависимость давления от температуры

Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Исследования в этой области впервые провел французский изобретатель Жак Шарль в XVIII веке.

В ходе эксперимента газ нагревали в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Незначительным увеличением объема колбы при нагревании можно пренебречь, как и столь же незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке. Таким образом, объем газа можно считать неизменным.

Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, ученый измерял температуру газа термометром, а давление — манометром.

Эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.

С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейной:

Эта зависимость называется законом Шарля в честь ученого, открывшего ее.

Основное уравнение МКТ

Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами: массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа или кратко — основным уравнением МКТ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три положения.

1. Все вещества образованы из мельчайших частиц — молекул, которые состоят из атомов.

   Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, то есть состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами, которые имеют электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Мы уже выяснили, что причина давления газа на стенки — это удары молекул. Давление напрямую зависит от количества молекул — чем их больше, тем больше ударов о стенки и тем больше давление. А количество молекул в единице объема — это концентрация. Значит, давление газа зависит от концентрации.

Также давление пропорционально квадрату скорости, так как чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа имеет следующий вид.

Коэффициент 1/3 обусловлен трехмерностью пространства: во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Важный нюанс: средняя квадратичная скорость сама по себе не в квадрате! Ее формула указана выше, а в основном уравнении МКТ (да и не только в нем) она возведена в квадрат. Это значит, что формулу средней квадратичной скорости нужно подставлять не вместо v², а вместо v — и потом уже возводить эту формулу в квадрат. Это часто провоцирует путаницу.

Мы знаем, что кинетическая энергия вычисляется по следующей формуле:

Для молекулы газа формула примет вид:

Из этой формулы можно выразить m₀v² и подставить в основное уравнение МКТ. Подставим и получим, что давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Хранение и транспортировка газов

Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое или если газ необходимо длительно хранить, его помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.

Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.

Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или пытаться сделать в них отверстие — даже после использования.

Газ аргон – химические свойства и сфера применения

В переводе с греческого «argon» означает «медленный» или «неактивный». Такое определение газ аргон получил благодаря своим инертным свойствам, позволяющим широко его использовать во многих промышленных и бытовых целях.

Химический элемент Ar

Ar – 18-й элемент периодической таблицы Менделеева, относящийся к благородным инертным газам. Данное вещество является третьим после N (азота) и O (кислорода) по содержанию в атмосфере Земли. В обычных условиях – бесцветен, не горюч, не ядовит, без вкуса и запаха.

Другие свойства газа аргона:

• атомная масса: 39,95;
• содержание в воздухе: 0,9% объема и 1,3% массы;
• плотность в нормальных условиях: 1,78 кг/м³;
• температура кипения: -186°С.

На рисунке название химического элемента и его свойства

Данный элемент был открыт Джоном Стреттом и Уильямом Рамзаем при исследовании состава воздуха. Несовпадение плотности при различных химических испытаниях натолкнуло ученых на мысль, что в атмосфере помимо азота и кислорода присутствует инертный тяжелый газ. В итоге в 1894 г. было сделано заявление об открытии химического элемента, доля которого в каждом кубометре воздуха составляет 15 г.

Как добывают аргон

Ar не поддается изменениям в процессе его использования и всегда возвращается в атмосферу. Поэтому ученые считают данный источник неисчерпаемым. Он добывается как сопутствующий продукт при разделении воздуха на кислород и азот посредством низкотемпературной ректификации.

Для реализации этого метода применяются специальные воздухоразделительные аппараты, состоящие из колонн высокого, низкого давления и конденсатора-испарителя. В результате процесса ректификации (разделения) получается аргон с небольшими примесями (3-10%) азота и кислорода. Чтобы произвести очистку, примеси убираются с помощью дополнительных химических реакций. Современные технологии позволяют достичь 99,99% чистоты данного продукта.

Представлены установки по производству данного химического элемента

Хранится и транспортируется газ аргон в стальных баллонах (ГОСТ 949-73), которые имеют серый окрас с полосой и соответствующей надписью зеленого цвета. При этом процесс наполнения емкости должен полностью соответствовать технологическим нормам и правилам безопасности. Детальную информацию о специфике заполнения газовых баллонов можно прочитать в статье: баллоны со сварочной смесью – технические особенности и правила эксплуатации.

Где применяется газ аргон

Данный элемент имеет достаточно большую сферу применения. Ниже приведены основные области его использования:

1. заполнение внутренней полости ламп накаливания и стеклопакетов;
2. вытеснение влаги и кислорода для долгого хранения пищевых продуктов;
3. огнетушащее вещество в некоторых системах тушения пожара;
4. защитная среда при сварочном процессе;
5. плазмообразующий газ для плазменной сварки и резки.

В сварочном производстве он применяется как защитная среда в процессе сварки редких металлов (ниобия, титана, циркония) и их сплавов, легированный сталей разных марок, а также алюминиевых, магниевых и хромоникелевых сплавов. Для черных металлов, как правило, применяют смесь Ar с другими газами – гелием, кислородом, углекислотой и водородом.

Вид защитной среды при сварочном процессе, которую создает аргон

Являясь тяжелее воздуха, аргоновая струя надежно защищает металл во время сварки. Инертный газ на протяжении длительного времени является защитой для расплавленной и нагретой металлической поверхности. Больше о сварочном процессе с применением аргоновой защитной среды читайте в статье: сварка аргоном – технология и режимы работы оборудования.

Меры предосторожности при эксплуатации

Данный химический элемент не представляет абсолютно никакой опасности для окружающей среды, но при большой концентрации оказывает удушающее воздействие на человека. Он нередко скапливается в районе пола в недостаточно проветриваемых помещениях, а при значительном уменьшении содержание кислорода может привести к потере сознания и даже смертельному исходу. Поэтому важно следить за концентрацией кислорода в закрытом помещении, которая не должна падать ниже 19%.

Еще мы советуем посмотреть третью часть обучения сварке в защитной среде аргона:

Жидкий Ar способен вызвать обморожение участков кожи и повредить слизистую оболочку глаз, поэтому в процессе работы важно использовать спецодежду и защитные очки. При работе в атмосфере этого газа с целью предотвращения удушения необходимо применять изолирующий кислородный прибор или шланговый противогаз.

Заправить баллоны аргоном можно в компании «Промтехгаз», где соблюдается правильная технология заправки и предоставляется качественное обслуживание.

Если вы интересуетесь другими техническими газами, информацию можете найти здесь.

Специалисты ОАО «Предгорныйрайгаз» провели в школах уроки по безопасному использованию газа в быту

             В рамках акции «Безопасный газ» специалисты ОАО «Предгорныйрайгаз» провели для школьников уроки на которых познакомили ребят с правилами безопасного использования  газа в быту. Уроки прошли для учащихся 2-4 классов школ станицы Суворовской и поселка Нежинский Предгорного района Ставропольского края.  В мероприятиях приняли участие более 300 детей. В игровой форме газовики рассказали школьникам, что такое природный газ, как он добывается, какими свойствами обладает и что необходимо делать в чрезвычайных ситуациях.   Специально для тематических занятий специалистами  газовой службы  был разработан конспект урока, который в дальнейшем смогут использовать не только газовики, но и учителя. 

                   Для лучшего понимания и усвоения материала во время уроков детям были показаны увлекательная презентация  и детский анимационный фильм «Секреты природного газа». Для закрепления полученных знаний школьникам предложили сыграть в интерактивную игру-викторину «Агент домашней безопасности», по итогам которой самым активным участникам были вручены дипломы.В завершении занятий сотрудники газовой компании всем ребятам подарили памятки с правилами безопасного использования газа в быту в виде закладок. В ближайшее время открытые уроки «Секреты природного газа для школьников» пройдут еще в трех школах Предгорного  района.

Справка:

В рамках акции «Безопасный газ»  специализированные уроки в школах Предгорного района проводятся ежегодно в начале и в конце отопительного сезона. Их цель – профилактика аварийных ситуаций, обеспечение жизни и здоровья детей, а также повышение культуры и безопасности использования газа в быту. С октября 2010 года специалисты газораспределительной организации ОАО «Предгорныйрайгаз» провели около 50 уроков для более чем 2000 школьников Предгорного района.

Поделиться в соц.сетях

Все, что вы хотели знать об отравляющем веществе VX

Часто задаваемые вопросы

(Если у вас возникнут дополнительные вопросы, свяжитесь с автором, оставив комментарий к этой статье. Автор ответит вам при первой возможности)

Что такое VX?

VX – это боевое отравляющее вещество, которое используется в качестве компонента химического оружия. Оно принадлежит к группе боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия, которые получили такое название потому, что поражают нервную систему человека. Нервно-паралитические отравляющие вещества могут принадлежать к серии G или V. В серию G входят, например, табун, зоман и зарин. VX – один из главных представителей серии V. К ней же относится инсектицид амитон (VG), который уже давно не применяется в сельском хозяйстве в силу своей токсичности.

Что означает название VX?

VX не является ни аббревиатурой, ни сокращением. Некоторые источники считают, что название серии V происходит от английского слова «venomous» – «ядовитый», однако это предположение ничем не доказано.  Настоящее название этого вещества слишком длинное и сложное: S-2-диизопропиламиноэтиловый, О-этиловый эфир метилтиофосфоновой кислоты.

Название VX оно получило с подачи НАТО. НАТО присваивает состоящие из двух букв коды всем боевым отправляющим веществам. Так, зарин имеет обозначение GB, а иприт, или горчичный газ, – HD.

Правильно ли называть это вещество «VX-газ»?

Нет, это неверно. Как вы еще узнаете из этой статьи, VX имеет очень низкий показатель упругости паров и высокую температуру кипения. Это жидкость. По сути, сама фраза «газ нервно-паралитического действия» некорректна, так как при нормальной температуре все нервно-паралитические вещества находятся в жидком состоянии.

Является ли вещество VX летучим?

В некоторых источниках VX упоминается как летучее вещество, однако термин «летучий» часто используется неправильно. В химии под «летучестью» понимается способность вещества (в твердом или жидком состоянии) легко и быстро испаряться в обычных условиях. Если следовать этому определению, то VX не является летучим.  Это вещество имеет крупные, тяжелые молекулы, и называть его «газом» неправильно.

Является ли VX стойким?

В военной среде VX классифицируют как стойкое отравляющее вещество, что означает, что оно сохраняет свои поражающие свойства в течение долгого времени после применения.

Правильно ли называть VX токсином?

Нет. Термин «токсин» тоже часто используют неправильно. Согласно определению, токсин – это яд биологического происхождения. Например, яд змеи – это токсин. VX представляет собой синтетическое вещество, поэтому токсином не является.

Какими физическими свойствами обладает VX?

Ниже приведена таблица со страницы II-27 полевого устава США 3-11-9 (январь 2005 года), в которой даны основные физические характеристики VX. Эта информация находится в открытом доступе.

Ниже приведены наиболее важные пункты из этой таблицы:

• При любых условиях, кроме, экстремальных арктических, VX представляет собой густую маслянистую жидкость. Зимой на Южном полюсе может находиться в твердом состоянии.
• Температура разложения VX выше, чем точка кипения, то есть перевести его в газообразное состояние путем выпаривания, по крайней мере при нормальном атмосферном давлении, невозможно.
• Не имеет цвета и запаха
• Упругость паров у этого вещества очень низкая. Обладает летучестью примерно в 500 раз меньше, чем у вазелина. То есть VX испаряется очень медленно
• Низкая упругость паров означает, что VX оказывает наиболее губительное действие на организм при контакте с жидкостью.
• Пары, которые VX выделяет в незначительном количестве при нормальной температуре, в 9 раз тяжелее воздуха. Вполне возможно, что пройдя через помещение с VX на полу, человек не получит смертельную дозу через дыхательные пути. Отравиться VX, находящимся в открытой емкости, также сложно. Надышаться парами этого вещества можно в том случае, если большой объем жидкого VX находится в закрытом пространстве.
• VX имеет низкую летучесть, однако это не значит, что его нельзя разбрызгивать в виде аэрозоля из мелких капель. Аэрозоль VX действует примерно так же, как газ. Это единственный способ получить смертельную дозу через органы дыхания, и именно на нем основываются некоторые виды химического оружия, содержащего VX.
• Негорючий
• Некоррозионный
• Невзрывоопасный
• В относительно чистом состоянии стабилен и может храниться в течение долгого времени. VX, изготовленное в США в 1960-х гг., не утратило своих свойств более чем за 50 лет хранения.

Насколько VX стоек на местности?

Ввиду жидкого состояния и очень низкой летучести VX может оставаться в окружающей среде в течение очень долгого времени – в зависимости от свойств поверхности, на которой оно находится, а также температуры и влажности. При определенных условиях оно может продержаться несколько месяцев.

Какое действие VX оказывает на человека?

Подобно другим отравляющим веществам нервно-паралитического действия, VX поражает нервную систему. VX может проникнуть в организм через кожный покров или слизистую оболочку глаза. В силу слабой летучести вещества попадание через органы дыхания наиболее вероятно в форме спрея или аэрозоля. Кроме того, VX может быть усвоен с пищей или жидкостью.

Для правильной работы нервной системы человека химические вещества в ней должны находиться в равновесии, которое очень легко нарушить. VX формирует связь с ферментом под названием ацетилхолинэстераза и таким образом нарушает ход электрохимических реакций, которые обеспечивают нормальное функционирование организма. В результате воздействия VX происходит накопление ацетилхолина, что приводит к возникновению синдрома, известного под названием «холинергический криз». По сути дела, в нервной системе происходит непрерывная активация рецепторов, в результате чего мышцы и железы начинают работать в избыточном режиме.

Признаки и симптомы, а также та очередность, с которой они появляются, зависят от способа воздействия. Ниже приведена информация из главы учебника по военной медицине, посвященной боевым отравляющим веществам:

Контакт с кожей в жидком состоянии

Скорость действия: От нескольких минут до нескольких часов

Воздействие средней степени тяжести: Местная мышечная судорога (фасцикуляция), повышенное потоотделение, тошнота, рвота, слабость

Тяжелое воздействие: Указанные выше симптомы, а также затрудненное дыхание, мышечные судороги по всему телу, слабость, паралич, конвульсии, недержание мочи и кала.

Необходимо отметить, что в случае контакта с VX в форме жидкости миоз (сужение зрачка) часто появляется только на поздней стадии.

Вдыхание аэрозоля VX

Скорость действия: От нескольких секунд до нескольких минут

Воздействие средней степени тяжести: Миоз (сужение зрачка), помутнение зрения, головная боль, насморк, повышенное слюноотделение, ощущение тяжести в грудной клетке

Тяжелое воздействие: Указанные выше симптомы, а также затрудненное дыхание, мышечные судороги по всему телу, слабость, паралич, конвульсии, недержание мочи и кала

Насколько опасен VX?

VX крайне опасен при контакте с кожей и слизистой глаза. Как уже упоминалось выше, отравление этим веществом через органы дыхания возможно только в том случае, если оно находится в форме спрея или аэрозоля (мелкие капли, которые можно вдохнуть). Других опасных свойств, кроме нервно-паралитического воздействия, у VX нет. Оно не является горючим, коррозионным или взрывоопасным. То есть при обращении с VX важно защитить кожу, а в остальном оно не представляет угрозы. Для хранения и транспортировки VX подходят пластиковые, стеклянные и металлические емкости.

Откуда взялось вещество VX?

Вещество VX было открыто британскими учеными, работавшими на химическое предприятие под названием ICI. Они занимались исследованием пестицидов. Амитон, близкий по строению к VX, какое-то время применялся в сельском хозяйстве в качестве ядохимиката, пока его не запретили. Получив информацию о VX от британского правительства, США начали изготовлять это вещество для применения в качестве химического оружия. Считалось, что VX заменит иприт. С 1962–1968 гг. VX производили на предприятии в городе Ньюпорт (шт. Индиана). В Советском Союзе разработали похожее вещество, имевшее практически такие же свойства, но несколько иное строение молекулы. Его часто называют «советский V-газ». Известно, что VX также производили в Ираке. На фрагментах боевых частей ракет из Ирана, обнаруженных после ирано-иракской войны, были найдены следы этого вещества.

В рамках долгосрочной программы по химическому разоружению большая часть запасов VX, имевшихся у США, была ликвидирована, а остатки планируется уничтожить в обозримом будущем. Уже в течение нескольких десятилетий военная доктрина США не предусматривает использования VX и прочих смертоносных веществ ни в ходе боев, ни в процессе учений.

Какое боевое применение имеет VX?

В целом, за одним известным исключением, химическое оружие с VX в качестве компонента предназначено для распространения вещества во взвешенном состоянии, что приводит к человеческим жертвам (быстрая смерть в случае вдыхания или контакта с кожей) или к стойкому загрязнению местности или оборудования и техники. Поэтому соответствующее химическое оружие в основном предназначено для рассеивания или разбрызгивания отравляющего вещества над уровнем земли. Известны следующие виды оружия, применяемого для распространения VX:

• Артиллерийские снаряды
• Ракеты
• Боевые части ракет
• Бомбы, сбрасываемые с воздуха
• Распылители
• Мины (единственная наземная система распыления отравляющих веществ в США)

VX считался оружием для воспрещения действий противника в заданном районе. Он подходил для заражения аэродромов и портов, а также скопления военного оборудования, например в местах хранения вооружения, техники и боеприпасов, готовых к немедленному использованию (во времена Холодной войны у США было несколько таких площадок в Западной Европе).

Сложно ли изготовить VX?

Получение VX – непростой процесс. Особых усилий требует изготовление больших объемов и обеспечение достаточной чистоты вещества, без которой оно не подлежит длительному хранению. Наладить производство промышленных объемов VX в Ньюпорте (шт. Индиана) стоило большого труда. Чтобы решить проблемы, возникающие при изготовлении этого вещества, понадобились долгие годы и масштабные исследования. При этом при наличии прекурсоров (применение которых запрещено или ограничено) VX в небольших количествах можно получить в лабораторных условиях. Последователи религиозной экстремистской секты «Аум синрикё» вложили очень много средств и усилий, но в итоге им удалось изготовить небольшой объем VX.

Известны ли случаи использования VX при покушении?

Секта «Аум синрикё» применила VX при покушении на жизнь троих людей, в итоге один из них погиб. Этот инцидент произошел в конце 1994 – начале 1995 гг. Его описание можно найти в нескольких документах и в Интернете (здесь и здесь).

Какую помощь оказывают людям, подвергшимся действию VX?

Для оказания помощи пострадавшим от VX необходимы как общая поддерживающая терапия и санитарная обработка, так и специальные медикаменты. В рамках общей поддерживающей терапии медицинский персонал обеспечивает проходимость дыхательных путей, поддержку дыхания и кровообращения. Под санитарной обработкой понимается систематическое удаление и / или обезвреживание отравляющего вещества, находящегося на теле пациента. При отсутствии специальных средств в этих целях можно использовать мыльный раствор. Медикаментозное лечение обычно включает атропин (блокирует излишний ацетилхолин), в настоящее время используется пралидоксим (высвобождает ацетилхолинэстеразу из соединений с молекулами VX), а также противосудорожные препараты, например валиум (избавляет от конвульсий и спазмов). Подробное обсуждение лечения в случае отравления нервно-паралитическими веществами см. в публикации «Медицинские аспекты химической безопасности» по этой ссылке (на английском языке).

Существует ли профилактика – есть ли медикамент, способный предотвратить отравление VX?

Профилактика отравления нервно-паралитическими веществами существует. В общих чертах она подразумевает прием препаратов из семейства карбаматов (например, бромида пиридостигмина), которые формируют временное соединение с ацетилхолинэстеразой в организме. Это соединение быстро разрушается при принятии противодействующих препаратов. Профилактические меры не делают организм менее уязвимым и не предотвращают появление симптомов отравления. Единственное, в чем они помогают, – повышают эффективность одного вида противоядия, оксимов. Профилактику рекомендовали на случай воздействия советского нервно-паралитического вещества зомана (GD), обладающего настолько высокой токсичностью, что период действия противоядия на основе оксимов при поражении очень недолог.  В настоящее время вопрос об эффективности профилактики на случай контакта с VX является открытым (обсуждение см. здесь – на англ. яз.).

Что такое «бинарное отравляющее вещество VX»?

Бинарное химическое оружие – это боевые отравляющие вещества, которые образуются в результате реакции двух менее опасных компонентов. Американские военные ученые изобрели способ получения VX из химического компонента, известного под названием QL (изопропил аминоэтилметил фосфонит), и серы. Подробная информация засекречена, известно только, что бомба Bigeye, разработанная для этого вида оружия, имела очень сложную конструкцию, в которой компоненты подвергались нагреву и смешению в особых условиях, однако к тому времени, как эту программу свернули, процесс еще не был доведен до совершенства. Исходя из рассекреченных документов американского правительства, можно предположить, что получение бинарного VX было сопряжено со значительными проблемами и трудностями.

Ученые НИТУ «МИСиС» открыли способ массового и дешевого производства наночастиц

В поисках совершенного металлического стекла — аморфного металла ученые НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) натолкнулись на эффект, с помощью которого можно устроить революцию в производстве нанометаллов, а также усовершенствовать сразу несколько технологий. Статья исследователей под руководством профессора Дмитрия Лузгина опубликована в журнале Intermetallics.

Аморфные металлы часто называют «материалами будущего». Из-за отсутствия кристаллической решетки они проявляют самые необычные свойства, которые уже нашли свое применение в сердечниках трансформаторов, всевозможных датчиках, сверхпрочных композитах… Правда, большинство аморфных металлов не только очень прочные, но и безумно хрупкие. Поэтому основным посылом для мировых научных работ на данный момент стало получение композитных материалов путем термической кристаллизации. Цель — добиться получения пластичных материалов. Она пока не достигнута, поэтому мировое научное сообщество живо интересуется тем, как же эта самая кристаллизация происходит. Какие фазы образуются в результате кристаллизации, какими свойствами они обладают…

«Мы тоже находимся в процессе таких поисков, можно сказать, в тренде, — рассказывает сотрудник кафедры материаловедения цветных металлов НИТУ „МИСиС“ Андрей Базлов. — И в процессе таких поисков мы первыми в мире обнаружили интересное свойство аморфного сплава на основе алюминия: если нагревать аморфный сплав с большой скоростью, получается один материал, а если медленно — другой. Это само по себе необычно, так как, как правило, разницы в конечных продуктах при изменении скорости нагрева металлических стекол не возникает».

Особенностью нового материала стало то, что в процессе быстрой кристаллизации в нем возникают наночастицы алюминия сферической формы. Их размер около 10 нм. Как рассказал Андрей Базлов, этот материал вдвое тверже своего «медленного» аналога. Однако при этом он такой же хрупкий. Но, как оказалось, в данном случае это неплохо.

Дело в том, что обычно наноалюминий (как и многие другие наночастицы) получают довольно сложными методами: либо осаждением из газовой фазы, либо взрывным диспергированием. В любом случае, это очень энергоемкие процессы. «Мы готовим наш материал классическими металлургическими методами, которые требуют на порядки меньше энергии. Фактически, это литьё, — поясняет Андрей Базлов. — Не совсем классическое, но литьё, плюс обычная термическая обработка — отжиг».

Для изготовления нового материала не нужно создавать каких бы то ни было новых уникальных установок. Его можно массово получать в промышленности уже сегодня. При этом хрупкость данного материала подразумевает то, что он легко разрушается. И легче всего рушиться будет аморфная фаза. А наночастицы при этом останутся целыми. То есть, поместив материал в условную шаровую мельницу, можно в больших количествах извлекать из него наноалюминий.

Столь фундаментальная на первый взгляд работа может иметь вполне практическое применение. Наноалюминий обладает несколькими важными особенностями: при поджигании экзотермическая (с выделением тепла) реакция у него начинается уже при 660 градусах Цельсия, хотя микронный порошок не реагирует до 1000 градусов. Скорость детонации наноалюминия почти на треть выше, а при добавлении его в ракетное топливо импульс ракеты увеличивается на 70 %. Одинаковый размер частиц очень важен при использовании их как основы для композитных материалов, потому что позволяет точнее контролировать свойства получаемого вещества. Кроме того, как и любой наноматериал, он весьма перспективен как катализатор.

Данную методику можно применить и к другим аморфным алюминиевым сплавам, отметил ученый. Это может привести к целому ряду новых композитов на основе аморфного алюминия.

Почему для надувания шариков выбирают гелий и почему гелиевые шарики летают

Надутые гелием шарики – красочный аксессуар, создающий атмосферу праздника и веселья. К сожалению, некоторые недобросовестные продавцы наполняют шары некачественным, а порой и вовсе опасным для здоровья газом. Почему шары с гелием летают, как отличить некачественный гелий и какие еще газы способны поднять шарики в воздух – читайте в статье.

Особенности и свойства гелия

Чтобы поднять шарик из фольги или латекса в воздух, газ, наполняющий его, должен быть намного легче, чем воздух. Гелий легче воздуха в семь раз, поэтому идеально подходит для этих целей. Добывают этот газ из нефтяных и природных источников. Наполнение воздушных шариков – это всего лишь один из способов использования гелия, наверное, самый весёлый и незамысловатый. На самом деле гелий очень востребован, а его применение в научных и медицинских целях приносит огромную пользу.

Какими свойствами обладает гелий? Он абсолютно инертен, не вступает в реакции ни с одним известным химическим веществом, нетоксичен, негорючий. Он не имеет запаха и цвета, в воздухе подымается вверх и растворяется в верхних шарах атмосферы. Согласно российских и европейских стандартов пожарной безопасности, при надувании воздушных шаров разрешено использовать только такие газы, как гелий и обычный воздух. Если гелиевый
шарик
лопается, что встречается повсеместно – это не несёт угрозы жизни и здоровью людей, находящихся поблизости.

Чем еще надувают шарики

Какой еще газ, помимо гелия способен поднять в воздух латексные и фольгированные шары? Такой газ только один – водород. По своей массе водород является самым лёгким из всех известных газов, второе место с небольшим отрывом занимает гелий. Все остальные газы намного тяжелее и не подойдут, если ваша цель – заставить воздушный шар летать.

Однако водород разительно отличается по своим химическим свойствам от гелия: он очень активен, чрезвычайно взрывоопасный и горючий. А теперь представьте, что бы могло случиться, если наполнить обычный надувной шарик водородом? Это было бы чрезвычайно опасно для жизни и здоровья окружающих.

Как распознать качественный гелий

Если вы хотите приобрести для бизнеса или для частного пользования баллоны с гелием, советуем не прельщаться дешевизной, доверяясь сомнительным продавцам. Того, что на баллонах, которые он продаёт, написано слово «гелий», недостаточно. На самом деле, там может быть всё что угодно. Часто недобросовестные продавцы разбавляют гелий воздухом, неоном, азотом.

Марки гелия А и В – идеально подходят для наполнения шариков. Гелий марки А очень качественный и чистый, поэтому его используют в медицинских целях. Цена на него, соответственно более высокая. Гелий марки В ничем не хуже, а цена у него намного меньше, поэтому именно его чаще всего используют для фольгированных и латексных шаров.

Покупая баллоны с гелием, всегда проверяйте у продавца документы на товар, интересуйтесь происхождением баллонов, попробуйте разузнать о репутации фирмы в Интернете.

Свойства газов

Свойства газов

Свойства газов

Газы обладают тремя характерными свойствами: (1) их легко сжимать, (2) они
расширяться, чтобы заполнить свои сосуды, и (3) они занимают гораздо больше места, чем жидкости или
твердые тела, из которых они образуются.

Сжимаемость

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой хороший пример легкости, с которой газы могут
быть сжатым. В типичном четырехтактном двигателе поршень сначала вытягивается из
цилиндр для создания частичного вакуума, который втягивает смесь паров бензина и воздуха в
цилиндр (см. рисунок ниже). Затем поршень вдавливается в цилиндр, сжимая
бензино-воздушной смеси до доли ее первоначального объема.

Отношение объема газа в цилиндре после первого такта к его объему
после второго такта степень сжатия двигателя. Современные автомобили ходят
при степени сжатия около 9:1, что означает бензино-воздушную смесь в цилиндре
сжимается в девять раз во втором такте. После того, как бензино-воздушная смесь
сжимается, свеча зажигания в верхней части цилиндра воспламеняется, что приводит к взрыву.
выталкивает поршень из цилиндра на третьем такте.Наконец, поршень толкается
обратно в цилиндр на четвертом такте, очищая выхлопные газы.

Жидкости гораздо труднее сжать, чем газы. Их так трудно сжать, что
гидравлические тормозные системы, используемые в большинстве автомобилей, работают по принципу
практически никакого изменения объема тормозной жидкости при воздействии на нее давления
жидкость. Большинство твердых тел еще труднее сжать. Исключения составляют лишь редкие
класс соединений, который включает натуральный и синтетический каучук.Большинство резиновых мячей, которые кажутся
легко сжимаются, например ракетный мяч, наполнены воздухом, который сжимается при
мяч сжат.

Возможность расширения

Любой, кто заходил на кухню, где пекли хлеб, испытал на себе этот факт.
что газы расширяются, чтобы заполнить свои сосуды, так как воздух на кухне становится наполненным
чудесные запахи.К сожалению, то же самое происходит, когда кто-то взламывает гнилую
яйца и характерный запах сероводорода (H ₂ S) быстро рассеивается
через комнату. Поскольку газы расширяются, чтобы заполнить свои сосуды, можно с уверенностью предположить, что
объем газа равен объему его сосуда.

Объемы газов в сравнении с объемами жидкостей
или твердые вещества

Разница между объемом газа и объемом жидкости или твердого вещества из
которые он образует, можно проиллюстрировать следующими примерами.Один грамм жидкого кислорода
при температуре кипения (-183 ^o C) имеет объем 0,894 мл. То же количество O ₂
газ при 0 ^o С и атмосферном давлении имеет объем 700 мл, что составляет почти 800
раз больше. Аналогичные результаты получаются, когда объемы твердых тел и газов
в сравнении. Один грамм твердого CO ₂ имеет объем 0,641 мл. При 0 ^o С и
атмосферном давлении такое же количество газа CO ₂ имеет объем 556 мл, что
более чем в 850 раз больше. Как правило, объем жидкости или твердого
увеличивается примерно в 800 раз, когда он образует газ.

Последствия этого огромного изменения объема часто используются для выполнения работы. То
паровой двигатель, совершивший промышленную революцию, основан на том, что
вода кипит, образуя газ (пар), который имеет гораздо больший объем. Таким образом, газ уходит
из контейнера, в котором он был сгенерирован, и выходящий пар можно заставить делать
работай.Тот же принцип работает, когда динамит используется для взрыва камней. В 1867 г.
Шведский химик Альфред Нобель обнаружил, что известное очень опасное жидкое взрывчатое вещество
так как нитроглицерин мог впитываться в глину или опилки, образуя твердое вещество, которое было намного
более стабилен и, следовательно, более безопасен в использовании. При взрыве динамита нитроглицерин
разлагается с образованием смеси CO ₂ , H ₂ O, N ₂ и O ₂
газы.

Поскольку на каждые четыре моля разлагающейся жидкости образуется 29 молей газа, а
каждый моль газа занимает объем примерно в 800 раз больше, чем моль жидкости, это
реакция производит ударную волну, которая разрушает все вокруг себя.

То же самое происходит в гораздо меньших масштабах, когда мы готовим попкорн. Когда ядра
попкорн нагревают в масле, жидкости внутри ядра превращаются в газы. Давление
который накапливается внутри ядра, огромен, и ядро ​​в конечном итоге взрывается.

Давление в зависимости от силы

Объем газа является одним из его характерных свойств.Еще одна характеристика
свойство — это давление , которое газ оказывает на окружающую среду. Многие из нас
мы впервые испытали давление газа, когда ехали в соседний газовый
Станция для проверки давления в шинах нашего велосипеда. В зависимости от типа велосипеда мы
мы подкачивали шины воздухом до тех пор, пока манометр не показывал от 30 до 70 фунтов в секунду.
квадратный дюйм (фунт/дюйм ² или psi). Можно выделить два важных свойства давления.
полученный из этого примера.

1. Давление газа увеличивается по мере того, как в контейнер добавляется больше газа.

2. Давление измеряется в единицах (например, фунт/дюйм ² ), которые описывают силу
сила газа, разделенная на площадь , над которой действует эта сила.
распределенный.

Первый вывод можно свести к следующему соотношению, где P
давление газа, а n количество газа в баллоне.

Поскольку давление увеличивается по мере добавления газа в контейнер, P напрямую
пропорционально n .

Второй вывод описывает связь между давлением и силой. Давление
определяется как сила, действующая на объект, деленная на площадь, на которую действует сила
распределенный.

Разницу между давлением и силой можно проиллюстрировать аналогией, основанной на
10-пенсовый гвоздь, молоток и кусок дерева, показанные на рисунке ниже. Отдыхая
гвоздь на острие, и ударив молотком по головке, мы можем забить гвоздь в
древесина. Но что произойдет, если мы перевернем гвоздь и упримем шляпку гвоздя в
древесина? Если мы ударим по гвоздю с той же силой, мы не сможем заставить гвоздь вонзиться в
древесина.

Когда мы попадаем в самую точку, сила
этот удар наносится по очень маленькому участку дерева, соприкасающемуся с острым концом
гвоздь, и гвоздь легко входит в дерево. Но когда мы переворачиваем гвоздь и ударяем
Точнее, сила распределяется по гораздо большей площади. Сила сейчас
распределяется по поверхности древесины, соприкасающейся с любой частью шляпки гвоздя.Как
В результате давление, оказываемое на древесину, намного меньше, и гвоздь просто отскакивает от
древесина.

Атмосферное давление

Что произойдет, если мы согнем длинную стеклянную трубку в форме буквы
U, а затем осторожно наполнили одно плечо этой U-образной трубки водой, а другое — этиловым спиртом.
алкоголь? Большинство людей ожидают, что высота столбиков жидкости в двух рукавах
трубка должна быть одинаковой.Экспериментальным путем находим результаты, показанные на рисунке ниже. А
100-сантиметровый столб воды уравновешивает 127-сантиметровый столб этилового спирта, независимо от
диаметр стеклянной трубки.

Мы можем объяснить это наблюдение, сравнив плотность воды (1,00 г/см ³ )
и этиловый спирт (0,789 г/см ³ ). Столб воды высотой 100 см действует на
давление 100 грамм на квадратный сантиметр.

Колонка этилового спирта высотой 127 см оказывает такое же давление.

Поскольку давление воды, давящей на одно плечо U-образной трубки, равно
давление спирта давит на другое плечо трубки, система находится в
остаток средств. Эта демонстрация обеспечивает основу для понимания того, как работает ртутный барометр.
можно использовать для измерения атмосферного давления.

Открытие барометра

В начале 1600-х годов Галилей утверждал, что всасывающие насосы могут забирать воду из
ну из-за «силы вакуума» внутри насоса.После смерти Галилея
итальянский математик и физик Евангелиста Торричелли (1608-1647) предложил
другое объяснение. Он предположил, что воздух в нашей атмосфере имеет вес и что
сила атмосферы, давящая на поверхность воды, толкает воду в
всасывающий насос, когда он вакуумирован.

В 1646 году Торричелли описал эксперимент, в котором стеклянная трубка длиной около метра была
запечатанный с одного конца, наполненный ртутью, а затем перевернутый в чашу, наполненную ртутью,
как показано на рисунке ниже.Часть, но не вся ртуть вытекла из стекла.
трубку в тарелку. Торричелли объяснил это, предположив, что ртуть вытекает из
стеклянная трубка до тех пор, пока сила столбика ртути не давит на внутри
трубка точно уравновешивает силу давления атмосферы на поверхность
жидкость снаружи тубы.

Торричелли предсказал, что высота ртутного столба будет меняться изо дня в день
по мере изменения атмосферного давления.Сегодня его прибор известен как барометр ,
от греческого baros , что означает «вес», потому что оно буквально измеряет
вес атмосферы. Повторные эксперименты показали, что среднее давление
Атмосфера на уровне моря равна давлению столба ртути высотой 760 мм. Таким образом,
стандартная единица давления, известная как атмосфер , была определена следующим образом.

1 атм = 760 мм рт.ст.

В знак признания вклада Торричелли некоторые ученые описывают
давление в единицах «торр», которые определяются следующим образом.

1 торр = 1 мм рт.ст.

Хотя химики до сих пор работают с давлением в атм или миллиметрах рт.
принято в системе СИ. Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па). Отношение
между одним стандартным атмосферным давлением и паскалем определяется следующим
равенства.

1 атм = 101 325 Па = 101,325 кПа

Атмосферное давление можно определить, подключив
1-галлонная банка к вакуумному насосу.Обычно давление газа внутри баллона уравновешивается
давление атмосферы давит на внешнюю сторону банки. Когда вакуумный насос
однако во включенном состоянии баллон быстро схлопывается при опорожнении.

Площадь поверхности 1-галлонной банки составляет около 250 дюймов ² . При 14,7 фунта/дюйм ² ,
это соответствует общей силе на поверхности банки около 3700 фунтов.
для сравнения можно отметить, что каждое из 18 колес 70 000-фунтового грузовика
несет всего около 3900 фунтов.

Мы не чувствуем давления атмосферы, потому что давление в наших телах
уравновешивает давление газа в атмосфере. Последствия этого внутреннего
давление было показано довольно наглядно в нескольких фильмах. Прокол скафандра
в вакууме космического пространства сразу приводит к разрыву тела, т.к.
ничего снаружи, чтобы уравновесить внутреннее давление тела.

Разница между давлением
Газ и давление из-за веса

Существует важное различие между давлением газа и другими примерами.
давления, обсуждаемых в этом разделе.Давление, оказываемое женщиной на высоких каблуках или
Грузовик весом 70 000 фунтов является направленным. Грузовик, например, оказывает все свое давление на
поверхность под колесами. Напротив, давление газа одинаково во всех направлениях. К
Чтобы продемонстрировать это, мы можем наполнить стеклянный цилиндр водой и положить на него стеклянную пластину.
цилиндр. Когда мы переворачиваем цилиндр, тарелка не падает на пол, потому что
давление воздуха снаружи цилиндра, давит на дно пластины, равно
больше, чем давление, оказываемое водой в цилиндре на плиту. Потребуется столб воды высотой 33,9 фута, чтобы создать давление, эквивалентное
давление газа в атмосфере.

Определения свойств газа

Определения свойств газа

Аэродинамика включает в себя взаимодействие
между предметом и окружающим воздухом. Чтобы лучше понять эти
взаимодействия, нам нужно знать некоторые вещи о воздухе.

Характеристики воздуха
Вся материя состоит из атомов с конфигурацией атома
(число протонов, число нейтронов..) определяющих вид
присутствующая материя (кислород, свинец, серебро, неон…). Отдельные атомы могут
соединяться с другими атомами, образуя молекулы. В частности, кислород и
азот, являющийся основным компонентом воздуха, встречается в природе в виде
двухатомных (2-атомных) молекул. В нормальных условиях вещество
существует в твердом, жидком или газообразном состоянии.Воздух газ . В
любого газа, у нас есть очень большое количество молекул, которые только
слабо притягиваются друг к другу и свободно перемещаются в пространстве.
Изучая газы, мы можем исследовать движения и взаимодействия
отдельных молекул, или мы можем исследовать крупномасштабное действие
газа в целом. Ученые ссылаются на крупномасштабное движение
газ как макромасштаб и отдельные молекулярные
движения как микромасштаб .Некоторые явления легче
понять и объяснить на основе макромасштаба, в то время как другие
явление легче объяснить на микроуровне. Масштаб макроса
исследования основаны на вещах, которые мы можем легко наблюдать
и измерить. Но микромасштабные исследования основаны скорее на
простые теории, потому что на самом деле мы не можем
наблюдать движение отдельной молекулы газа. Макромасштаб и микро
масштабные исследования — это всего лишь два взгляда на одно и то же.

Крупномасштабное движение газа — макромасштаб
Воздух рассматривается как однородный газ с усредненными свойствами.
из всех отдельных компонентов (кислород, азот, вода
пар…). В макромасштабе мы имеем дело с крупными
эффекты, которые мы можем измерить, такие как газ
скорость, давление на
окружающей среды или температуры
газ. Газ не имеет фиксированной формы или размера, но расширяется до
заполнить любую емкость. Поскольку молекулы могут свободно перемещаться в
газ, масса газа обычно характеризуется плотностью.
В макромасштабе свойства газа могут изменяться с
высоте и зависят от термодинамического
состояние газа.Состояние газа можно изменить
термодинамические процессы.

Индивидуальное молекулярное движение газа — микромасштаб
На микромасштабе воздух моделируется кинетической теорией
газы. Модель предполагает, что молекулы очень малы относительно
к расстоянию между молекулами. Молекулы находятся в постоянном,
случайное движение и часто сталкиваются друг с другом и с
стенки любой емкости. Молекулы имеют стандартный физический
свойства массы, импульса и энергии.И эти свойства
связанные с макросвойствами плотности, давления и
температура. Взаимодействия молекул вносят некоторые другие
свойств, с которыми мы обычно не сталкиваемся при работе с
твердые вещества. В твердом теле расположение молекул относительно каждой
остальные остаются почти постоянными. Но в жидкости молекулы могут двигаться
вокруг и взаимодействуют друг с другом и с их окружением в
различные пути. Как упоминалось выше, всегда есть случайный
компонент молекулярного движения.Но всю жидкость можно сделать
двигаться также в упорядоченном движении. Когда молекулы движутся,
свойства жидкости тоже меняются. Если свойства
переносится случайным движением, процесс называется
диффузионный . (Примером диффузии является распространение запаха
в совершенно тихой комнате). Если имущество перевозится
упорядоченное движение, процесс называется конвекцией . (Пример
конвекции — это порыв холода, принесенный из Канады).Если поток газа создает чистый угловой момент, мы говорим, что поток
это вращение . (Чистый угловой момент в жидкости не
ирротационный.)

Вязкость
Когда объект движется по воздуху, вязкость (липкость)
воздуха становится очень важным. Молекулы воздуха прилипают к любому
поверхность, создавая слой воздуха у поверхности (называемый
пограничный слой
), что, по сути, изменяет форму
объект. Чтобы сделать ситуацию еще более запутанной, пограничный слой может подняться.
или «отделить» от тела и создать эффективную форму намного
отличается от физической формы объекта. И сделать это даже
более запутанным, условия течения в пограничном слое и вблизи него
часто бывают неустойчивыми (изменяющимися во времени). Пограничный слой
очень важно при определении сопротивления
и подъем объекта.

Сжимаемость
Когда объект движется по воздуху, сжимаемость
воздух также становится важным.Молекулы воздуха движутся вокруг объекта, когда он
проходит через. Если объект проходит с низкой скоростью (обычно меньше
чем 200 миль в час), плотность жидкости
остается постоянным. Но для высоких скоростей некоторые
часть энергии объекта идет на сжатие жидкости, перемещение
молекулы сближаются и изменяют плотность воздуха, что
изменяет величину результирующей силы, действующей на объект. Этот эффект
становится более важным по мере увеличения скорости. Рядом и за пределами скорости
звука (около 700 миль в час), возникают ударные волны, которые воздействуют как на
подъем и перетаскивание объекта.

Экскурсии с гидом

• Стандартная атмосфера Модель:

• Газовая статика:

Наверх

Перейти к…

Домашняя страница руководства для начинающих

от Тома
Бенсон
Пожалуйста, присылайте предложения/исправления по адресу: [email protected]

Свойства природного газа — PetroWiki

Природные нефтяные газы содержат различное количество различных (в основном алкановых) углеводородных соединений и одно или несколько неорганических соединений, таких как сероводород, двуокись углерода, азот (N ₂ ) и вода. Характеристика, измерение и сопоставление физических свойств природных газов должны учитывать это разнообразие составляющих. В этой статье обсуждаются фазовое поведение, поведение давление-объем-температура (PVT), плотность газа и коэффициент объема пласта (FVF), вязкость, определяющие свойства пластового флюида, ретроградное поведение и уравнения состояния (EOS).

Типы газовых резервуаров

Залежь с сухим газом определяется как добыча газа с одним и тем же составом, который является постоянным в пласте, стволе скважины и оборудовании для сепарации на протяжении всего срока службы месторождения. Некоторые жидкости могут быть восстановлены путем обработки на газовом заводе. Пласт влажного газа определяется как добыча газа с одним составом в перфорацию добывающей скважины на протяжении всего срока службы. Конденсат будет образовываться либо при выходе на поверхность, либо в арендно-сепараторном оборудовании.Ретроградно-конденсатный газовый коллектор изначально содержит однофазный флюид, который при снижении пластового давления превращается в двухфазный (конденсат и газ) в пласте. Дополнительный конденсат образуется при изменении давления и температуры в насосно-компрессорных трубах и при отрыве лизинга. С точки зрения пласта сухой и влажный газ можно рассматривать одинаково с точки зрения продуктивных характеристик, поведения давления и потенциала извлечения. Гидравлика ствола скважины может быть разной. Исследования коллекторов газа с ретроградным конденсатом должны учитывать изменения дебита конденсата по мере снижения пластового давления, возможность снижения дебита скважины по мере увеличения насыщения жидкостью вблизи ствола скважины и влияние двухфазного потока на гидравлику ствола скважины.

Фазовое поведение резервуаров природного газа

Широко распространенная система классификации нефтяных пластовых флюидов основана на пяти классах:

• Масла с низкой усадкой (сырые)
• Высокоусадочные (летучие) масла
• Ретроградно-конденсатные газы
• Влажные газы
• Сухие газы

Типичные фазовые диаграммы для категорий газов показаны на рис. с 1 по 3 .

• Рис.1 – Фазовая диаграмма ретроградно-конденсатного газа. ^[1] (Источник: The Properties of Petroleum Fluids , второе издание, Уильям Д. Маккейн-младший. Copyright Pennwell Books, 1990.)

• Рис. 2 – Фазовая диаграмма влажного газа. ^[1] (Источник: The Properties of Petroleum Fluids , второе издание, Уильям Д. Маккейн-младший. Copyright Pennwell Books, 1990.)

• Рис.3 – Фазовая диаграмма сухого газа. ^[1] (Источник: The Properties of Petroleum Fluids , второе издание, Уильям Д. Маккейн-младший. Copyright Pennwell Books, 1990.)

Ретроградно-конденсатный флюид имеет такую ​​фазовую диаграмму, что пластовая температура находится между критической температурой и крикондентермой ( рис. 1 ). В результате при снижении давления в пласте будет образовываться жидкая фаза, а количество и плотность добываемых жидкостей будут меняться со временем.Конденсатные жидкости обычно имеют «белую воду» или светлый цвет (коричневый, оранжевый или зеленоватый) с плотностью обычно от 40 до 60 ° API. Выход добываемой жидкости может достигать 300 STB/млн куб. футов. McCain ^[1] предполагает, что, когда дебит ниже приблизительно 20 STB/млн куб. футов, даже несмотря на то, что соображения фазового поведения могут показать ретроградное поведение, количество выпадения жидкости в резервуаре является незначительным. Основные трудности при разработке конденсатных коллекторов заключаются в следующем:

• Отложение жидкости вблизи ствола скважины вызывает снижение дебита газа, которое может достигать 100% в коллекторе с проницаемостью менее 50 мД
• Большое количество наиболее ценных углеводородных компонентов остается в пласте, а не добывается

В пласте влажного газа температура выше крикондентерма ( Рис.2 ). Поэтому в пласте никогда не образуется жидкая фаза. Значительное количество жидкости все еще может образовываться (конденсироваться) на поверхности или даже в стволе скважины. Термин «конденсат» часто применяется к любой легкой углеводородной жидкости, добываемой из газовой скважины. Однако термин «резервуар конденсата» следует применять только к ситуациям, когда конденсат действительно образуется в резервуаре из-за ретроградного поведения. Коллекторы влажного газа всегда можно рассматривать как содержащие однофазный газ в пласте, а коллекторы с ретроградным конденсатом — нет.Коллекторы влажного газа обычно производят жидкости с плотностью, аналогичной плотности ретроградных конденсатов, но с дебитом менее примерно 20 ст. ^[1]

В коллекторе с сухим газом крикондентерм намного ниже, чем температура пласта ( Рис. 3 ), что приводит к небольшому или отсутствию добычи жидкости на поверхности. Иногда для выделения коллекторов с сухим газом иногда используется несколько произвольный порог отсечки жидкости, равный 10 ст.л./млн куб.

Хотя разница между ретроградным конденсатом и влажными газами заметна, разница между влажными и сухими газами гораздо меньше.Как для влажных, так и для сухих газов инженерные расчеты резервуаров основаны на однофазном пластовом газе. Единственный вопрос заключается в том, имеется ли достаточный объем добываемой жидкости для учета в таких расчетах, как материальный баланс или гидравлика ствола скважины. Ретроградные системы требуют более сложных расчетов с использованием уравнений состояния (УС) и других передовых инженерных методов.

Поведение давление/объем/температура (PVT)

В основе поведения PVT газа лежит закон идеального газа и, в более широком смысле, закон реального газа:

………………..(1)

Универсальная газовая постоянная в практических единицах измерения

………………….(2)

По экономическим причинам большинство (но не все) манометров показывают нулевое давление, когда давление равно атмосферному давлению окружающей среды. Следовательно, атмосферное давление необходимо добавить к манометрическому давлению, чтобы перевести его в абсолютное значение. Для большинства технических целей атмосферное давление обычно принимается равным 14,7 фунтов на квадратный дюйм (101 кПа). Для точных научных и инженерных приложений фактическое атмосферное давление (т.т. е. барометрическое давление, которое зависит как от места, так и от времени). Стандартные температура и давление устанавливаются различными государственными учреждениями и должны определяться для конкретного месторождения или коллектора, чтобы быть уверенными в том, что данные о запасах и добытых количествах указаны с правильным основанием. Стандартная температура ТФЭ составляет 59°F (15°C), а стандартное давление составляет 14,696 фунтов на квадратный дюйм (101,325 кПа).

Применение Eq. 1 , в практическом смысле, необходимо рассмотреть, как определить различные факторы для нефтяных газов, которые представляют собой смеси нескольких компонентов.Такие определения должны включать кажущуюся молекулярную массу и z (с использованием псевдоприведенных значений давления и температуры и поправок на неуглеводородные компоненты).

Плотность газа и коэффициент объема пласта

Плотность газа можно рассчитать по закону для реального газа после определения коэффициента z . Для давления в фунтах на квадратный дюйм и температуры в °R плотность в фунтах/футах ³ определяется как

………………….(3)

Для давления в кПа, температуры в К и плотности в кг/м ³ ,

………………..(4)

Объемный коэффициент газообразования определяется как объем, занимаемый газом в пластовых условиях, деленный на объем при стандартных условиях:

………………….(5)

Вторая и третья строки Eq. 5 дают B _г при стандартном давлении 14,696 фунтов на квадратный дюйм и стандартной температуре 60°F.

В единицах СИ с использованием стандартного давления и температуры SPE,

………………..(6)

Вязкость

Вязкость большинства газов находится в диапазоне от 0,01 до 0,03 сантипуаз, что затрудняет их точное измерение. Точное определение вязкости газа не имеет экономической ценности. Вместо этого значения обычно определяются из одной из двух корреляций.

Первый широко используемый сегодня, от Lee et al. , ^[2] задается в виде уравнения как

………………….(7)

где , и

Плотность газа в уравнении.7 в г/см ³ , когда p и T в нефтепромысловых единицах (psi, °R). Эквивалентная формула для единиц СИ (давление и температура в кПа и К соответственно):

………………….(8)

На рис. 4 показаны значения вязкости газа, полученные на основе этой корреляции для природного газа плотностью 0,80.

• Рис. 4 – Вязкость природного газа с плотностью 0,80 в зависимости от давления и температуры согласно Lee et al. . ^[2] корреляция.

Другая распространенная корреляция ^[3] влечет за собой двухэтапный графический процесс и громоздка для компьютерных приложений. Поскольку вязкость газа редко требуется с большой точностью, Lee et al. ^{[2] Корреляция} наиболее применима для современной практики разработки месторождений.

Определение свойств пластового флюида

Конденсация жидкостей из влажного газа и ретроградно-конденсатных флюидов в системе добычи означает, что газ, получаемый сепарационным оборудованием, может значительно отличаться от газа, поступающего в ствол скважины из пласта.Как правило, газ после сепарации имеет меньшую плотность и содержит меньше высокомолекулярных углеводородов в смеси.

Для надлежащих лабораторных измерений необходимо взять забойную пробу. Альтернативой является восстановленный образец, который создается путем смешивания газа и жидкости, образующихся в сепараторе, пропорционально их относительной производительности. Когда составы жидких и газообразных потоков были измерены, состав смеси может быть определен из

………………..(9)

Обратите внимание, что

………………….(10)

………………….(11)

Относительные молярные количества могут быть определены путем преобразования измеренных добываемых объемов либо в моли, либо в эквивалентные стандартные кубические футы. Для газовой фазы перевод произведенного объема по отношению к стандартным условиям в моли равен

………………….(12)

Для жидкости перевод объема в моли

………………..(13)

Если объем жидкости измеряется при стандартных условиях, плотность можно рассчитать по удельному весу или по API. Если молекулярная масса жидкости не измеряется, ее можно приблизительно определить с помощью Gold et al. ^[4] корреляция:

………………….(14)

Альтернативой преобразованию измеренных объемов в моли является преобразование всех измеренных объемов в эквивалентные стандартные объемы, поскольку стандартный объем прямо пропорционален молям (через значение стандартного молярного объема).Эта процедура имеет то преимущество, что измеренные объемы газа не нужно преобразовывать (это необходимо только для объемов жидкости).

Объемы жидкости преобразуются в эквивалентные стандартные объемы газа с использованием параметра, называемого газовым эквивалентом нефти. Этот параметр представляет собой эффективный стандартный объем, занимаемый углеводородами, которые находятся в жидком состоянии в поверхностных условиях, но находятся в газовой фазе в скважинных условиях. Этот параметр рассчитывается по

………………….(15)

GE _o рассчитывается в единицах измерения нефтяных месторождений в Mscf/STB (второй термин ниже использует стандартные условия 14.696 фунтов на квадратный дюйм и 60°F) на

………………….(16)

В единицах СИ, GE _o в станд. м ³ /станд.

………………….(17)

Объемы добычи жидкости умножаются на GE _o для определения эквивалентного стандартного объема газа в резервуаре; то есть,

………………….(18)

где — фактический объем нефти, измеренный в условиях складского резервуара, и — объем нефти в газовом эквиваленте.

Эти уравнения также можно использовать для определения эквивалентного производства чистых углеводородов, выделенных из газа на перерабатывающем заводе. Значения удельного веса и молекулярной массы для чистых компонентов можно найти в стандартных источниках, таких как Справочник Ассоциации поставщиков переработчиков газа (GPSA). ^[5] Кроме того, если добыча жидкости измеряется в сепараторе, а не в резервуаре, условия Eq. 16 или Экв. 17 можно использовать с температурой и давлением сепаратора, а не со стандартной температурой и давлением.

Относительные объемы газовой и жидкой фаз затем можно рассчитать как

………………….(19)

Если состав скважинного потока недоступен, для определения свойств газа должны использоваться корреляции, требующие расчета плотности скважинного потока (смеси) на основе плотности сепараторного газа (часто называемого сухим газом) и удельного веса добытого жидкость (конденсат или масло):

………………….(20)

, где нижний индекс g относится к гравитации газа сепарации, wg относится к скважинному газу, а o относится к добытому конденсату (нефти). Y – выход добываемого конденсата. Корреляцию Голда можно использовать для оценки молекулярной массы конденсата.

В нефтепромысловых установках с дебитом в STB/млн станд.

………………….(21)

В единицах СИ с доходностью в станд. м ³ / станд. м ³ ,

………………….(10.22)

Измерение ретроградного поведения

Когда в пласте-коллекторе начинает формироваться жидкая фаза, добытый поток больше не является репрезентативным для состава пластового флюида, а скорее представляет только состав флюидов, поступающих в ствол скважины.Ситуации, в которых высокое содержание жидкости в газах, требуют использования расширенных лабораторных испытаний и/или моделирования уравнения состояния для измерения и прогнозирования этих многофазных эффектов.

Лабораторные измерения поведения PVT конденсатных систем аналогичны испытаниям, используемым для мазута; однако основной интерес представляет измерение относительно небольших количеств конденсированной жидкости. В целом, системы с газонефтяным отношением 15 000 станд. куб. футов/ст. куб. фут (67 станд. куб. куб. футов) имеют выпадение жидкости примерно от 4 до 6% по объему, в то время как резервуары с отношением около 50 000 станд. 1% по объему. ^[1]

Для ретроградных жидкостей обычно проводятся два типа испытаний: расширение при постоянном составе (CCE) и истощение при постоянном объеме. Примеры см. в таблицах с 1 по 3 .

• Таблица 1. Пример поля и данных анализа для исследования ретроградной жидкости. ^[6]

• Таблица 2 – Пример объемного поведения конденсатной скважинной жидкости. ^[6]

• Таблица 3 – Исследование истощения при 256°F.

В таблице 1 ^[6] приведены составы газовых и жидких потоков сепаратора и другие данные, использованные при приготовлении рекомбинированной пробы для анализа состава пластового флюида.

CCE, использующий визуальную ячейку, обеспечивает точку росы пластового флюида при пластовой температуре и общий объем пластового флюида в зависимости от давления. Также можно измерить объем жидкости, образовавшейся при давлении ниже точки росы. Таблица 2 ^[6] показывает результаты такого теста.Термин «относительный объем» относится к объему газа плюс жидкости по сравнению с объемом точки росы. Объем ретроградной жидкости дается в процентах от порового пространства, что по существу показывает, как средняя насыщенность конденсатом изменяется в зависимости от среднего пластового давления. Рис. 5 представляет собой графическое изображение относительного объема конденсата.

• Рис. 5 – Пример зависимости объема ретроградной жидкости от давления. ^[6]

Визуальные ячейки также можно использовать для моделирования снижения давления.Достоверность этих тестов основана на предположении, что ретроградная жидкость, которая конденсируется в резервуаре, не будет подвижной. Это предположение справедливо за исключением очень богатых газоконденсатных коллекторов. Если значительное количество ретроградной жидкости становится подвижной и мигрирует в добывающие скважины, следует измерить данные относительной проницаемости по газу и жидкости и использовать их для корректировки прогнозируемого извлечения.

Таблица 3 представляет собой пример исследования истощения визуальной ячейки того же ретроградного газа, свойства которого показаны в таблицах 1 и 2 .

Исследование истощения начинается с расширения пластового флюида в ячейке до тех пор, пока не будет достигнуто первое давление истощения (в данном примере 5000 фунтов на кв. дюйм). Жидкость в клетке приводят в равновесие и наблюдают за объемом ретроградной жидкости. Газ удаляют из верхней части ячейки, поддерживая постоянное давление до тех пор, пока объем углеводородов в ячейке не станет таким же, как в начале испытания. Объем удаленного газа измеряется при давлении на истощение и пластовой температуре, анализируется на состав и измеряется при атмосферном давлении и температуре.

Закон идеального газа можно использовать для расчета «идеального объема» при давлении на истощение и пластовой температуре газа, выводимого из ячейки. Деление идеального объема на фактический объем дает коэффициент отклонения z для добытого газа. Это указано в таблице 4 под z для равновесного газа. Фактический объем газа, остающийся в ячейке в этот момент, равен объему газа, первоначально находившегося в ячейке при давлении точки росы, за вычетом газа, произведенного на первом уровне истощения.Деление фактического объема, оставшегося в ячейке, на расчетный идеальный объем, остающийся в ячейке при этом первом давлении истощения, дает показанный коэффициент двухфазного отклонения. Двухфазный коэффициент z является эквивалентным коэффициентом z , который включает общий объем газа плюс жидкость:

………………….(23)

Двухфазный коэффициент z является правильным значением для таких вещей, как p / z анализ ретроградно-конденсатных коллекторов.

• Таблица 4 – Определения «общей» разности потенциалов Δ _Ψ для различных жидкостей.

Серия расширений и смещений с постоянным давлением повторяется при каждом давлении истощения до тех пор, пока не будет достигнуто произвольное давление ликвидации. Давление ликвидации считается произвольным, поскольку для определения этого давления для целей изучения пластового флюида не производилось никаких инженерных или экономических расчетов.

При конечном давлении на истощении измеряется состав как добываемого скважинного потока, так и ретроградной жидкости. Эти данные включаются в качестве контрольного состава в случае, если исследование используется для целей материально-составного баланса.

Данные о составе могут использоваться с константами равновесия (определяемыми либо лабораторными измерениями, либо общими корреляциями) для определения извлечения на различных стадиях снижения давления, представленных лабораторными измерениями. В этом случае начальное содержание конденсата составляло 181,74 ст. барр./млн. куб. футов (213 ст. ст. куб. фут/тыс. куб. фут), а количество, извлеченное от точки росы до 700 фунтов на кв. дюйм, составило 51,91 ст. барр. куб. Объемный коэффициент газообразования был определен равным 0,6472 РБ/тыс. куб. фут в начальных условиях и 0,6798 РБ/тыс. куб. фут в точке росы. Если бы поровое пространство углеводородов размером 500 × 10 6 футов ³ было определено из объемных расчетов, то из этих данных и данных, представленных в таблице 3 , извлечение при истощении давления составило бы

………………..(24)

Данные расчеты указывают на большое количество жидкости, остающееся в пласте при истощении даже при отличном дренировании в скважины. Можно ожидать дальнейшего снижения извлечения из-за того, что участки резервуара неадекватно дренируются существующими скважинами.

Чтобы справиться с такими эффектами фазового поведения более чем эмпирическим способом, необходимо использовать симуляторы PVT. Эти симуляторы основаны на УС, которые описывают фазовые объемы и составы жидких и газообразных фаз в зависимости от давления и температуры.Поскольку молекулы углеводородов взаимодействуют друг с другом в растворе, коэффициенты УС не всегда точно известны. Тесты PVT, такие как описанные, наряду с известным составом исходной жидкости, могут использоваться для «настройки» соответствующего EOS для достижения результатов, которые почти совпадают с измерениями. После завершения этого процесса настройки эти коэффициенты можно использовать для прогнозирования различных условий эксплуатации с определенной степенью надежности.

Уравнения состояния

Когда влияние сложного фазового поведения на фазовый состав и физические свойства невозможно точно рассчитать с помощью простых подходов, часто желательно использовать уравнение состояния (УС).Подход EOS часто необходим при работе с летучими маслами и ретроградными конденсатными газами.

EOS обеспечивают численный метод расчета как состава, так и относительного количества каждой фазы, присутствующей в системе. При моделировании коллектора расчеты уравнения состояния обычно ограничиваются двумя углеводородными фазами: жидкой (олеиновой) фазой и газообразной фазой. Однако бывают ситуации, когда водная фаза включается в расчеты УС или даже когда может присутствовать третья фаза, содержащая углеводороды (например,г., в СО ₂ затопление). Обычно это делается в более продвинутых композиционных симуляторах.

Двумя наиболее распространенными уравнениями состояния, используемыми в нефтяной инженерии, являются уравнения Пенга-Робинсона и Соаве-Редлиха-Квонга, которые исторически были получены из уравнения Ван-дер-Ваальса. Эти три уравнения называются «кубическими», потому что они приводят к кубическому представлению молярного объема. Основные уравнения следующие:

Идеальный газ

………………..(25)

Ван-дер-Ваальс

…………………………..(26)

Соаве-Редлих-Квонг

…………………………..(27)

Пенг-Робинсон

. ………………………….(28)

Параметры a _c , α ( T ), b определены эмпирически из экспериментальных данных (для чистых компонентов данные – критические температура и давление и заданная точка на кривая давления пара), α ( T ), являющаяся функцией температуры и имеющая значение 1 при критической температуре.Обратите внимание, что параметры имеют разные значения в зависимости от уравнения.

Читатель отсылается к таким текстам, как Ahmed, ^[7] Pedersen et al. , ^[8] Маккейн, ^[1] и Уитсон и Брюле. ^[9]

Номенклатура

Вязкость

и	=	эмпирическая постоянная
А	=	площадь водосбора, площадь водохранилища, L 2
AOF	=	абсолютный потенциал открытого потока, станд. L 3 /т
б	=	эмпирическая постоянная
Б	=	Коэффициент объема пласта, л 3 /станд.	=	Объемный коэффициент начального газообразования, л 3 /станд. л 3
c	=	сжимаемость, л 2 /м
в ж	=	Сжимаемость порового объема, л 2 /м
с ш	=	сжимаемость воды, л 2 /м
С	=	константа в уравнении подачи газа
С А	=	Коэффициент формы Dietz, безразмерный
Д	=	Коэффициент расхода не по Дарси, т/станд.	=	кумулятивный пласт и расширение воды, л 3
E г	=	Суммарное расширение газа, л 3
E R	=	КПД извлечения, доли
Е т	=	общее накопленное расширение, л 3
E v	=	объемный коэффициент охвата, доли
Ф	=	Суммарный дебит пласта, л 3
Г	=	оригинальный газ на месте, стандартная L 3
GE	=	газовый эквивалент, стандарт L 3 /стандарт L 3
G шт.	=	Накопленная добыча газа за период постоянного дебита, станд. л 3
ч	=	средняя мощность коллектора, л
к г	=	Газопроницаемость измеренная, л 2
к л	=	Эффективная проницаемость по жидкости, л 2
К	=	в Lee et al. 2 корреляция вязкости
м	=	реальный газовый потенциал, м/л 2
М	=	молекулярная масса
нет	=	число молей газа или показатель степени в уравнении подачи газа
п в	=	общее количество компонентов в газовой смеси
с с	=	количество скважин
	=	относительное количество суммарных молей в газовой фазе, доли
	=	относительное количество суммарных молей в масляной фазе, доли
Н р	=	Суммарная добыча конденсата, станд. L 3
p	=	давление, м/л 2
	=	среднее давление, м/л 2
	=	переменная интегрирования в уравнение потенциала реального газа, м/л 2
ПИ	=	Индекс производительности, стандарт L 3 /т/м/л 2
q	=	Производительность, станд. L 3 /т
q c	=	дебит в период постоянного дебита, станд. L 3 /т
q Р	=	Общий дебит пластового газа, станд. л 3 /т
р 1	=	радиальное расстояние, на котором измеряется давление p 1 , л
р 2	=	радиальное расстояние, на котором измеряется давление p 2 , л
Р	=	универсальная газовая постоянная, мл 2 /nt 2 T
т	=	время, т
т с	=	время непрерывной выработки, т
Т	=	температура, Т
и	=	объемный поток (q/A), л 3 /т/л 2
В	=	объем, л 3
В м	=	молярный объем, л 3 /n
x j	=	мольная доля компонента j в жидкой фазе
Х	=	в Lee et al. 2 корреляция вязкости
у у	=	мольная доля компонента j в газовой фазе
Д	=	Выход добытого конденсата, станд. L 3 /станд. L 3
z	=	Коэффициент отклонения газа, безразмерный
я я	=	мольных долей компонента j в смеси
α	=	параметр кубического уравнения состояния
α с	=	эмпирическая постоянная
ρ	=	плотность, м/л 3
ϕ	=	пористость, д.
γ	=	удельный вес (воздух = 1. 0 для газа)
μ	=	, сП

Каталожные номера

---

6 ↑ ^{1.0 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.6} McCain, W.D. JR. Свойства нефтепродуктов, Пенневелл, Талса (1990).
1. ↑ ^{2,0 ​​ 2,1 2,2} Ли, А.Л., Гонсалес, М.Х., и Икин, Б.Е. 1966. Вязкость природных газов.J Pet Technol 18 (8): 997–1000. СПЭ-1340-ПА. http://dx.doi.org/10.2118/1340-PA
2. ↑ Карр Н.Л., Кобаяши Р. и Берроуз Д.Б. 1954. Вязкость углеводородных газов под давлением. J Pet Technol 6 (10): 47-55. http://dx.doi.org/10.2118/297-G
3. ↑ Голд, Д.К., Маккейн-младший, В.Д., и Дженнингс, Дж.В. 1989. Усовершенствованный метод определения удельного веса пластового газа для ретроградных газов (включает связанные документы 20006 и 20010). J Pet Technol 41 (7): 747-752. SPE-17310-PA. http://dx.doi.org/10.2118/17310-PA
4. ↑ Книга технических данных. 1987. Талса: Ассоциация поставщиков газоперерабатывающих предприятий.
5. ↑ ^{6,0 6,1 6,2 6,3 6,4} Кац Д.Л. и Ли, Р.Л. 1990. Разработка природного газа — добыча и хранение. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
6. ↑ Ахмед, Т. 1989. Фазовое поведение углеводородов. Хьюстон: Gulf Publishing Co.
7. ↑ Педерсен, К.С., Фреденслунд, А., и Томассен, П.1989. Свойства масел и природных газов. Хьюстон: Gulf Publishing Co.
8. ↑ Уитсон, К.Х. и Брюле М.Р. 2000. Фазовое поведение, том. 20. Ричардсон, Техас: Серия монографий, SPE.

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Петрофизические свойства газовых коллекторов

PEH:Газ_Резервуары

Свойства различных идеальных газов (при 300 К)

Свойства различных идеальных газов (при 300 К)

Адаптировано из TEST ( T he E xpert S система для T Гермодинамика)
< www.www.thermofluids.net >
С. Бхаттачарджи, Государственный университет Сан-Диего

Свойства природного газа

Природный газ  — это природная смесь углеводородных и неуглеводородных газов, обнаруженная в пористых образованиях под поверхностью земли. Это не чистый элемент, как кислород, а смесь газов, компонентами которой являются углеводородные газы, горючие и выделяющие тепло.

Природный газ, распределяемый коммунальными предприятиями, различается по составу.Тепловыделяющие углеводороды состоят из элементов углерода и водорода. Метан (Ch5) всегда является самым крупным компонентом. Этан, пропан (C3H8) и бутан являются более тяжелыми, «более горячими» углеводородами, добываемыми из скважин природного газа, и присутствуют в низкой концентрации. Азот, кислород и углекислый газ являются основными компонентами (99,9%) воздуха, но считаются загрязнителями природного газа.

Что такое природный газ?  
Прочтите подробную статью Американской газовой ассоциации, ведущей организации газовых компаний и трубопроводов.Что такое природный газ?

Сжигание природного газа — это химическая реакция кислорода с горючим материалом, в результате которой выделяется тепло.

Есть три требования к горению. Если один из этих трех компонентов отсутствует, горение не может произойти.

• Топливо (в данном случае природный газ).
• Кислород.
• Источник возгорания.

Природный газ не будет гореть, если смесь не находится в диапазоне воспламеняемости примерно от 4 до 15% газа на объем воздуха.Выше и ниже этих количеств он не сгорит. Наиболее эффективная или идеальная смесь составляет около 10% газа.

Горючая смесь природного газа с воздухом также имеет очень высокую температуру воспламенения, около 1150°F, что почти вдвое превышает температуру воспламенения бензина. Вот возможные источники воспламенения:

• Любое открытое пламя, такое как запальник, спичка или зажженная свеча.
• Искра статического электричества.
• Выключатель света.
• Нагревательный элемент или двигатель в электроприборе.
• Двигатель внутреннего сгорания во время работы или запуска.
• Трансформатор подвесной электрический.
• Звонок в дверь

Природный газ легче воздуха, поэтому он может быстро рассеиваться в воздухе, что затрудняет случайное возгорание. Он также бесцветен, нетоксичен и не имеет вкуса в естественном состоянии. При добыче из-под земли природный газ не имеет запаха. PNG добавляет нетоксичный химический одорант, называемый меркаптаном, чтобы облегчить запах утечек.Однако могут быть случаи, когда запах отдушки слабый или отсутствует, даже если есть утечка.

В совокупности эти факторы делают случайное воспламенение или возгорание природного газа маловероятным событием. Тем не менее, помочь вам узнать, как безопасно использовать экологически чистый природный газ в вашем доме, является одним из наших главных приоритетов. Для вас и вашей семьи важно понимать информацию о природном газе и связанную с ним информацию о безопасности.

Движение частиц

Эта фокусная идея исследуется через:

Противопоставление студенческих и научных взглядов

Студенческий повседневный опыт

Ожидается, что на этом уровне учащиеся «объяснят поведение и свойства материалов с точки зрения составляющих их частиц и сил, удерживающих их вместе» (стандарты VELS, уровень 6). Однако тот факт, что учащиеся могут рисовать обычное статическое расположение частиц в твердых телах, жидкостях и газах, не означает, что они придерживаются взгляда на материю полностью в виде частиц. Данные исследований свидетельствуют о том, что многие учащиеся в этом возрасте и старше все еще придерживаются ряда альтернативных концепций о частицах, которые трудно опровергнуть. Им часто не хватает понимания очень малого размера частиц, они приписывают макроскопические свойства микроскопическим частицам, с трудом оценивают движение частиц во всех состояниях материи и имеют проблемы с пониманием сил между частицами.

Research: Driver (1987)

Многие студенты, понимающие, что материя состоит из частиц, до сих пор сохраняют прежние взгляды и считают, что частицы могут менять свою форму (из твердой в жидкую), взрываться, гореть, расширяться, менять форму и цвет или сжиматься. Студенты визуализируют атомы, молекулы и ионы в виде маленьких шарообразных объектов (возможно, из-за того, как была представлена ​​информация), и это способствует тому, что они путают свойства частиц с макроскопической природой материалов, из которых они состоят.

Исследование: Happs (1980)

Эти идеи также исследуются в фокусной идее
Макроскопические и микроскопические свойства.

Студенты часто не понимают динамической природы частиц; они склонны думать о них как о статичных. Студенты могут полагать, что частицы газа движутся медленно, подобно тому, что они наблюдают, когда видят взвешенные частицы пыли в луче света. Случайное движение частиц в жидкостях и газах представляет собой сложную концепцию для учащихся.На вопрос: «Почему частицы газа не падают на дно сосуда?» только около 50% студентов считали, что частицы находятся в постоянном движении. Студенты заявили, что частицы разлетаются (под действием тепла, действующего как вещество) при нагревании газов. Когда газы конденсировались в жидкость, многие студенты объясняли это усилением сил притяжения между частицами.

Исследование: Novick & Nussbaum (1981)

Студентам часто бывает трудно оценить движение частиц в твердых телах, и это приводит к различным представлениям о замерзании и плавлении. Некоторые примеры размышлений учащихся о поведении частиц в тающей глыбе льда:

Ученик 1: «Частицы начинают отрываться друг от друга из-за повышения температуры. Когда они отделяются друг от друга, они превращаются из формы кристалла в форму раствора.»

Ученик 2: «Когда глыбу льда вынимают из морозилки, резкое изменение температуры воздействует на частицы, превращая их в раствор». уменьшение размера.»

Научный взгляд

Атомы невероятно малы, и их нельзя увидеть даже в самый мощный световой микроскоп.Мы используем несколько моделей атомов, чтобы помочь объяснить химические процессы и описать их поведение.

В газах частицы быстро движутся во всех направлениях, часто сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда. С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и движутся быстрее. Фактическая средняя скорость частиц зависит от их массы, а также от температуры — более тяжелые частицы движутся медленнее, чем более легкие при той же температуре. Молекулы кислорода и азота в воздухе при нормальной комнатной температуре движутся быстро со скоростью от 300 до 400 метров в секунду.В отличие от столкновений между макроскопическими объектами, столкновения между частицами абсолютно упругие, без потери кинетической энергии. Это очень отличается от большинства других столкновений, когда часть кинетической энергии преобразуется в другие формы, такие как тепло и звук. Именно идеально упругая природа столкновений позволяет частицам газа продолжать отскакивать после каждого столкновения без потери скорости. Частицы по-прежнему подвержены гравитации и ударяются о дно контейнера с большей силой, чем о его верхнюю часть, что придает газам вес.Если бы вертикальное движение молекул газа не замедлялось под действием силы тяжести, атмосфера давно бы покинула Землю.

В жидкостях частицы расположены довольно близко друг к другу и беспорядочно движутся по сосуду. Частицы быстро движутся во всех направлениях, но сталкиваются друг с другом чаще, чем в газах, из-за более коротких расстояний между частицами. С повышением температуры частицы движутся быстрее, приобретая кинетическую энергию, что приводит к увеличению частоты столкновений и увеличению скорости диффузии.

В твердом теле частицы упакованы как можно плотнее в аккуратном и упорядоченном порядке. Частицы удерживаются вместе слишком сильно, чтобы их можно было перемещать с места на место, но частицы колеблются вокруг своего положения в структуре. С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и вибрируют быстрее и сильнее.

Сила притяжения в твердых телах не должна быть больше, чем в жидкостях или газах. Например, силы между твердыми частицами гелия (при -270°С) еще очень малы.Для сравнения, силы между частицами паров железа (требующие очень высоких температур) очень сильны. Если сравнить разные вещества, находящиеся при одинаковой температуре, то средняя кинетическая энергия частиц будет одинаковой (т.е. если частицы имеют одинаковую массу, то они будут двигаться с одинаковой скоростью), но силы притяжения в твердых телах будут быть больше, чем в жидкостях, которые будут больше, чем в газах. Силы притяжения не ослабевают, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое и газообразное, а кинетическая энергия частиц увеличивается (подразумевая более быстрое движение), что позволяет им преодолевать силы притяжения.

Важные обучающие идеи

• Вся материя состоит из атомов, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самые мощные световые микроскопы.
• Частицы во всех состояниях вещества находятся в постоянном движении, и это происходит очень быстро при комнатной температуре. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию и скорость частиц; это не ослабляет силы между ними.
• Частицы в твердых телах колеблются вокруг фиксированных положений; даже при очень низких температурах.
• Отдельные частицы в жидкостях и газах не имеют фиксированного положения и движутся хаотично.
• Столкновения между частицами отличаются от столкновений между макроскопическими объектами тем, что они абсолютно упругие: т.е. кинетическая энергия частиц остается постоянной и при столкновениях никакая энергия не переходит в другие формы.

Исследуйте взаимосвязь между представлениями о движении частиц в
Карты развития концепций — (Химические реакции, состояния вещества)

Учащиеся этого уровня неоднократно знакомились с идеями о частицах (включая атомы, ионы и молекулы), однако многие из них сохраняют альтернативные или наивные взгляды на природы частиц, и это может препятствовать их пониманию.Стремитесь принять стратегии обучения, которые способствуют неудовлетворенности учащихся своими существующими идеями, и продвигайте научную концепцию, которая правдоподобна, непротиворечива и полезна в различных ситуациях.

Преподавательская деятельность

Выявление существующих идей учащихся

В начале преподавания важно установить прежние взгляды большинства учащихся, чтобы закрепить их существующее понимание модели частиц материи.

Спросите учащихся, что они думают о размерах атомов по сравнению с другими мелкими вещами, такими как клетки, бактерии и вирусы. Это можно сделать, попросив их нарисовать их относительные размеры в одном и том же масштабе (в масштабе, где человеческая клетка равна размеру страницы или плаката). Верните идею о том, что атомы намного меньше. Поищите другие занятия, которые помогут укрепить идею о том, что частицы очень и очень малы.

Покажите учащимся обычные рисунки частиц в твердых телах, жидкостях и газах и спросите их, двигаются ли они и как быстро, по их мнению.

Оспаривание некоторых существующих идей

Ряд вопросов, затронутых в основной идее «Сохранение массы», актуальны здесь, и взвешивание колбы с небольшим количеством ацетона до и после испарения может быть использовано для оспаривания идей учащихся. о том, что материя легче в газообразном состоянии, и ставить проблемы со статическими изображениями частиц газа в текстах.Для получения дополнительной информации см.:
Сохранение массы.

Помогите учащимся разработать для себя некоторые «научные» объяснения

При небольшом поощрении класс обычно может выяснить путем обсуждения, что частицы в газах должны ударяться о дно колбы сильнее, чем о ее верх, и, следовательно, что на них действует гравитация. Это может быть расширено до объяснения того, почему атмосфера Земли истончается и в конечном итоге заканчивается — восходящее вертикальное движение частиц прекращается.

Способствовать осмыслению и прояснению существующих идей и поощрять учащихся к выявлению явлений, не объясняемых (представленной в настоящее время) научной моделью или идеей

Поскольку частицы нельзя наблюдать непосредственно, большая часть обучения включает поиск очевидных проблем или несоответствий с виды статических изображений частиц, данных в более ранние годы.Предложите учащимся определить их и обсудить возможные объяснения. Некоторые подсказки:

• Что удерживает частицы воздуха?
• Частицы воздуха движутся быстрее в ветреный день?
• Как газы могут иметь вес?
• Почему молекулы воздуха не улетают в космос?

При необходимости поднимите такие вопросы, которые вызовут дискуссию, но лучше, если учащиеся сами придумают их. Обратите внимание, что многие проблемы связаны с газами — именно их свойства нам больше всего нужны для объяснения в модели частиц.

Чтобы укрепить понятие упругих столкновений, спросите, что произошло бы, если бы столкновения между частицами газа не были упругими. Какие практические последствия будут для людей? Это можно представить, бросая различные типы мячей (например, футбольный мяч, мяч для настольного тенниса и надувной мяч (из магазинов игрушек)) и объясняя, что поведение надувного мяча больше похоже на частицы газа.

Открытое обсуждение через обмен опытом

Использование таких упражнений, как POE (Предсказать-Наблюдать-Объяснить), может помочь учащимся обдумать и затем подвергнуть сомнению свои существующие идеи.Следующее задание поможет учащимся обдумать свои идеи о движении частиц.

Установите две пары колб, каждая из которых соединена клапаном (см. схемы ниже). Обе пары имеют коричневый диоксид азота в левой колбе.

Диффузионные эксперименты могут укрепить идею движения частиц.Их также можно использовать в качестве POE.

Например:

• кристалл сульфата меди помещают в агаровый гель; синий цвет медленно диффундирует через гель
• кристалл перманганата калия помещают в стакан и медленно добавляют воду. Смотрите изображение. В качестве альтернативы к раствору перманганата калия в бюретке очень медленно добавляют воду.

Броуновское движение также можно наблюдать с помощью стереомикроскопа, если на поверхность воды или этанола посыпать порошком серы или камфорой.

Практика использования научной модели или идеи и формирование предполагаемой полезности . В конце концов, там, где встречаются два газа, образуется белое кольцо. Два газа имеют одинаковую температуру и, следовательно, частицы имеют одинаковую кинетическую энергию; кольцо формируется ближе к источнику более тяжелой и, следовательно, более медленной HCl.Это предсказывается сравнением относительных молекулярных масс. Включение полоски универсальной индикаторной бумаги в трубку позволяет отслеживать диффузию газа. Это пример POE, в котором полезно привлечь внимание учащихся к соответствующей части науки, прежде чем они сделают свой прогноз, поскольку это повышает полезность концепции относительной молекулярной массы (значения Mr).

Учащимся должна быть предоставлена ​​возможность использовать научные концепции теории элементарных частиц в других условиях. Попросите учащихся понаблюдать, а затем объяснить изменения с точки зрения движения частиц в таких сценариях, как плавление воска или пластика, нафталины, исчезающие в шкафу, и запах духов, распространяющийся по комнате.

Свойства газов — Колледж химии

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно
или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
в
информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на
ан
Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент
средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как
так как
ChillingEffects. org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно
искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится
на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени;
Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \
достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем
а
ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание
к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также
Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает
ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все
информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы
либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

.