Akademia Górniczo- Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Laboratoria z geofizyki poszukiwawczej i wiertniczej

Temat ćwiczenia:

„ Badanie potencjałów dyfuzyjno- adsorpcyjnych ”

Grupa 4, zespół 3:

Maciej Stec

Marcin Radzik

specjalność: Wiertnictwo i geoinżynieria

Data wykonania ćwiczenia: 9.10.2006.

Data oddania sprawozdania: 16.10.2006.

1. Wstęp teoretyczny:

Potencjałem dyfuzyjnym nazywamy siłę elektromotoryczną, powstającą pomiędzy roztworami o różnej mineralizacji na skutek dyfuzji soli z roztworu o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu. Są one wywołane różnicami w ruchliwości ich jonów. Potencjał dyfuzyjny Ed określa równanie Nernsta:

lub jemu równoważne równanie o postaci:

gdzie:

- współczynnik potencjału dyfuzyjnego przy swobodnym kontakcie roztworów; jest on funkcją ruchliwości kationów i anionów, ich wartościowości i temperatury absolutnej;

R - uniwersalna stała gazowa;

F - stała Faraday'a;

T - temperatura absolutna;

,
- ilość kationów i anionów, na które dysocjuj cząsteczka;

,
- wartościowość kationu i anionu;

n , v - ruchliwość kationu i anionu;

,
- stężenie soli w roztworach;

Dla chlorku sodu i temperatury 20°C
= - 11,6 mV. Wówczas:

Zmieniając stężenia na oporności roztworów, otrzymamy:

Z powyższych założeń wynika, że SEM dyfuzji może powstać wówczas, jeżeli:

- roztwory kontaktujące się poprzez błonę półprzepuszczalną posiadają różne stężenia;

- ruchliwość anionów i kationów w roztworze jest różna;

W czasie wyrównywania się stężeń, przepływ jonów będzie zachodził z roztworu o stężeniu wyższym do roztworu o stężeniu niższym.

Jeżeli dyfuzja zachodzi poprzez przegrodę skalną, to jej charakter zazwyczaj ulega zmianie. Na dyfundujące jony oddziaływuje wówczas ładunek fazy twardej skały oraz dwuwarstwowy potencjał elektr. Część jonów jest hamowana poprzez ich adsorpcję na powierzchni szkieletu skały i dlatego pomiędzy roztworami występuje inny rozkład potencjałów, noszących nazwę dyfuzyjno- adsorpcyjnych.

- dyfuzyjno- adsorpcyjne różnice potencjałów w przypadku: elektrolit - skała - elektrolit;

- współczynnik dyfuzyjno - adsorpcyjny, wskazujący wpływ jono - adsorpcyjnych możliwości skał różniących się chemicznym składem i strukturą; dla NaCl w temp. pokojowej wynosi - 58 mV.

Aktywność dyfuzyjno - adsorpcyjna stanowi ocenę wielkości różnicy między wartościami potencjałów dyfuzyjno - adsorpcyjnych i dyfuzyjnych.

Opis metody uzyskiwania pomiarów:

Najpierw przygotowujemy dwa 1 - litrowe roztwory NaCl o stężeniach
= 1 g/l oraz
= 8 g/l. Następnie wlewamy te roztwory do komór wanienki równocześnie. Komory te oddzielone są przepuszczalną próbką skalną. Po wstawieniu wypłukanych elektrod przystępujemy do rejestrowania wartości potencjału mierzonego przez woltomierz cyfrowy. Początkowo rejestrację prowadzi się co 15s przez 10 min, później co 30s przez 10 min a końcowe odczyty dokonujemy co 1 min. Wszystkie wyniki zamieszczamy w tabeli.

2. Wyniki pomiarów bezpośrednich:

Wyniki podane są na załączonym arkuszu roboczym pomiarów laboratoryjnych.

3. Analiza wyników i ich błędów na podstawie otrzymanego wykresu:

Punkty zaznaczone na wykresie na niebiesko to otrzymane wyniki, które pozwoliły nam na nakreślenie wykresu a następnie na jego aproksymację. Minimalna wartość Uda wynosi -18,58 mV, po czasie 5,75 min. Porównując otrzymany wykres z wykresem zamieszczonym na arkuszu roboczym dochodzimy do wniosku, że są one zbliżone kształtami i rozkładem w przestrzeni jednak stanowią swoje lustrzane odbicia względem osi czasu. Ponadto mimo upływu 90 minut, po których wartość Uda powinna się stabilizować, rosną one nadal nadając wykresowi właściwości funkcji liniowej. Na wykres nanosimy dodatkowo szybkości zmian ∆Uda / ∆t [mV /min]. Jej wartości wynoszą odpowiednio:

1. w czasie spadku potencjału: ∆Uda / ∆t =………………………………………[mV /min]

2. w czasie wzrostu potencjału: ∆Uda / ∆t =……………………………………...[mV /min]

3. Podsumowanie i wnioski:

Na podstawie obu wykresów oraz ogólnych założeń dotyczących ćwiczenia wnioskujemy,

że wszelkie błędy występujące w niniejszym badaniu są skutkiem wadliwej aparatury pomiarowej. Mimo wszystko wykresy mają podobne właściwości numeryczne a różnice pomiędzy nimi polegają jedynie na ułożeniu w przestrzeni. W początkowej fazie wykresu zauważamy znaczne wychylenia odczytanych wartości względem zaproksymowanego wykresu natomiast w fazie wzrostu obserwujemy znikome ich odchylenia, spowodowane to jest krótkim czasem reakcji, jakim powinniśmy się wykazać w czasie odczytywania wartości Uda co 15s. w tak krótkim czasie obserwowaliśmy znaczne wahania tej wartości co spowodowało tak różne ich odczytanie i co za tym idzie duże wahanie wzgl. aproksymacji.

W fazie końcowej badania odczyty prowadzono co 1 min, a to znacznie ułatwiło zadanie i mogliśmy zaobserwować wielkości najbardziej prawdopodobne dla badanego przedziału czasowego. Nieprawidłowe działanie aparatury spowodowało wszystkie wymienione wyżej nieścisłości, które uniemożliwiły nam prawidłową analizę wyników i ich błędów.

---