Взаимная растворимость жидкостей

Растворимость газов в жидкостях

Растворимость газов в жидкостях сильно различается. Например, при стандартных условиях в единице объема воды можно растворить 0,02 единицы объема водорода, 400 единиц HCl и 700 единиц объема NH₃. Большая часть газов значительно лучше растворяется в растворителях менее полярных, чем вода. При растворении газа в жидкости устанавливается равновесие:

газ + жидкость ® насыщенный раствор газа в жидкости,

при этом объем системы уменьшается. Следовательно, повышение давления газа должно приводить к смещению равновесия вправо, т.е. увеличению растворимости газа.

Согласно закону Генри (назван по имени английского химика У. Генри) масса растворенного при постоянной температуре газа прямо пропорциональна его парциальному давлению:

C = kP,

где С – массовая концентрация газа в насыщенном растворе; Р – давление газа; k – постоянная, названная константой Генри.

Объем газа, растворяющегося при постоянной температуре в определенном объеме жидкости, не зависит от его давления.

Закон Генри относительно растворимости в жидкости газовой смеси можно сформулировать следующим образом: при постоянной температуре растворимость каждого из компонентов газовой смеси в жидкости прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления газовой смеси и содержания других компонентов (т.е. каждый газ растворяется так, как если бы он находился один в данном объеме).

Так, вода при соприкосновении с воздухом растворяет столько же кислорода, сколько она растворила бы его, соприкасаясь с чистым кислородом, находящимся под давлением 2,02×10⁴ кПа. (парциальное давление кислорода в воздухе).

Закон Генри применим для описания разбавленных растворов таких газов, которые химически не взаимодействуют с растворителем. Чем больше химическое взаимодействие между газом и растворителем (как, например, в случае хорошо растворимых в воде газов – SO₂, CO₂, HCl, NH₃), а также давление газа, тем в большей степени растворимость газа будет отступать от закона Генри.

Растворение газов в жидкости обычно идет с выделением тепла (DН < 0, экзотермический процесс), поэтому при повышении температуры растворимость газов уменьшается, а при кипячении газ практически полностью удаляется из раствора. Исключение составляют так называемые азеотропные (нераздельно кипящие) растворы, в которых газы образуют прочные соединения с растворителем (например, раствор HCl в H₂O).

Предельные случаи взаимной растворимости жидкостей: спирт и вода смешиваются в любых соотношениях; вода и бензин практически не смешиваются друг с другом. Обычно имеет место ограниченная растворимость, как, например, в системе «вода–эфир». При нагревании взаимная растворимость жидкостей в одних случаях увеличивается, в других – уменьшается.

Закономерности взаимной растворимости жидкостей были установлены российским физико-химиком В.Ф. Алексеевым в 1876 г. На основании большого экспериментального материала им было доказано, что при смешении двух ограниченно растворимых жидкостей образуется двухслойная система, в которой состав каждого из равновесных слоев при постоянной температуре остается постоянным. Изменение внешних условий приводит к изменению состава равновесных слоев. С ростом температуры взаимная растворимость жидкостей в большинстве случаев увеличивается и, (если не достигается температура кипения Т_кип, существует температура, при которой обе жидкости смешиваются друг с другом в любых соотношениях, – так называемая критическая температура растворимости, или верхняя критическая точка смешивания.

Дата добавления: 2014-01-13