6.5. Растворимость газов, жидкостей и твёрдых веществ

Обычно приходится иметь дело с растворами в жидкостях, главным образом в воде.

Факторы, влияющие на растворимость газов в жидкостях

Природа газа. При обычных условиях один объём, например, воды может растворить 0,02 объёма водорода, 0,05 объёмов кислорода, 400 объёмов хлористого водорода или 700 объёмов аммиака. В жидкостях лучше растворяется тот газ, который имеет более высокую температуру кипения.

Природа растворителя. Подавляющее большинство газов, молекулы которых неполярны (Н₂, О₂, N₂ и др.), растворяется в мало полярных растворителях (например, в органических) лучше, чем в воде.

Температура. При нагревании растворимость газов в жидкостях, как правило, уменьшается. Кипячением жидкостей обычно удаётся освободить их от растворённых газов (т. е. осуществить дегазацию). С ростом температуры уменьшается растворимость в жидкости тех газов, для которых процесс растворения сопровождается выделением теплоты. Растворение газов в органических жидкостях нередко сопровождается поглощением теплоты; в подобных случаях с ростом температуры растворимость газа увеличивается.

Давление. Зависимость растворимости газов от давления выражает закон растворимости газов (Генри¹, 1803): растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его парциальному давлению:

где р_В – парциальное давление газа В над поверхностью его раствора, Па;

К_Г – константа пропорциональности (константа Генри), Па;

х_В – молярная доля растворённого газа.

Понижение парциального давления газа ведёт к уменьшению его растворимости. Пример – обычная газированная вода, представляющая собой приготовленный под повышенным давлением углекислого газа его насыщенный водный раствор: при соприкосновении её с воздухом (в котором парциальное давление СО₂ составляет всего 0,2 мм рт. ст.) растворённый углекислый газ начинает бурно выделяться.

Закон растворимости газов верен лишь для достаточно разбавленных растворов, при сравнительно невысоких давлениях и отсутствии химического взаимодействия молекул растворяемого газа с растворителем (или друг с другом).

Растворимость жидкостей в жидкостях

•  неограниченная взаимная растворимость, или смешиваемость

(толуол – бензол, этиловый спирт – вода).

• ограниченная взаимная растворимость (вода – диэтиловый эфир,

вода – бензин);

• практически полная нерастворимость (ртуть – вода);

Если жидкости растворяются друг в друге ограниченно, то происходит образование двух жидких фаз, причём фаза с большей плотностью (насыщенный раствор бензина в воде) будет находиться в нижнем слое, а фаза с меньшей плотностью (насыщенный раствор воды в бензине) – в верхнем слое. При нагревании растворимость жидкостей в жидкостях чаще всего возрастает и может наступить момент (при критической температуре растворения), когда граница раздела фаз исчезнет, и образуется одна жидкая фаза (т. е. обе жидкости смеши-ваются в любых пропорциях).

Взаимное растворение жидкостей обычно не сопровождается значительным изменением объёма, и поэтому мало зависит от давления, заметно возрастая лишь при очень высоких давлениях (порядка тысяч атмосфер или 10⁸ Па).