Растворимость газов и твердых веществ

Рассмотрим растворимость газов и твердых веществ в жидкостях в случае образования идеальных растворов.

1. Растворимость твердых веществ (например, солей) в жидкостях. Растворение в этом случае при постоянной температуре происходит до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор (когда кристаллы твердого вещества присутствуют в растворе, однако количество растворившегося вещества и перешедшего в твердую фазу за единицу времени одинаково). Устанавливается равновесие “твердый компонент – насыщенный раствор”, при котором

, (23)

где m ₂ — химический потенциал вещества в растворе и в кристаллической фазе.

Можно показать, что при образовании идеального раствора

, (24)

где x ₂ — мольная доля растворенного вещества в насыщенном растворе, D_пл Н ₂ — энтальпия плавления этого вещества. Уравнение (24) было впервые выведено русским физико-химиком И.Ф. Шредером и с тех пор носит его имя как уравнение Шредера.

Уравнение (24) можно преобразовать:

, (25)

где Т _пл.2 — температура плавления чистого кристаллического вещества.

Из уравнений (24) и (25) следует, что

— чем выше температура, тем больше растворимость твердых веществ в жидкостях, так как D_пл Н ₂ > 0;

— чем выше температура плавления и теплота плавления твердых веществ, тем меньше их растворимость в жидкостях.

Растворимость твердых тел в жидкостях зависит также от давления и эту зависимость надо учитывать, особенно в геологии, где имеют дело с сотнями и тысячами атмосфер. Для идеальных растворов эта зависимость определяется уравнением Планка-Ван-Лаара:

, (26)

где — разность парциальных мольных объёмов растворенного вещества в растворе и твердой фазе.

2. Раствормость газов в жидкостях. На растворимость газа в жидкости оказывает влияние давление газа. Эта зависимость будет иметь вид:

, (27)

где q — растворимость газа, р — давление газа.

Коэффициент пропорциональности получил название коэффициента Генри, впервые систематически исследовавшего растворимость газов в жидкостях.

В гидрогеохимии часто используют другое уравнение, связывающее приведенный объём растворенного газа с (парциальным) давлением этого газа над раствором:

, (28)

где – приведенный к нормальным условиям (0⁰С и 1атм) объём газа, растворенного в единице объёма (1л) жидкости. Коэффициент пропорциональности a получил название коэффициента абсорбции газа в жидкости или коэффициента Бунзена.

Существует также закон Сеченова: присутствие электролитов в растворе понижает растворимость газов в них.

lnC= lnC₀- bC^',

где С ‑ искомая растворимость газа, С ‑ концентрация раствора электролита, С₀ ‑ растворимость газа в чистом растворителе.

Пример 5.4 В пресной воде, залегающей на глубине 200 метров и имеющей температуру 15 ^оС, найдены следующие газы: СH ₄, CO ₂ и N ₂, растворимость которых в 1 л воды равна:

коэффициенты адсорбции этих газов при 15 ^оС равны

Определить парциальные давления каждого из растворенных газов.

Решение. По уравнению

,

находим

атм, атм, атм.

Общее давление газов в пресной воде по закону Дальтона равно

Дата добавления: 2014-01-07