Влияние температуры и давления

Поскольку растворимость характеризует истинное равновесие, для определения влияния температуры и давления на растворимость можно воспользоваться принципом Ле Шателье: характер влияния Тир определяется соответственно знаком теплового и объемного эффектов процесса растворения Д//_; и AV_p, а степень этого влияния — абсолютным значением этих эффектов.

Растворимость газов в жидкостях

Растворение газов почти всегда сопровождается выделением теплоты (вследствие сольватации их молекул). Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры растворимость газов понижается (рис. 8.3). Однако известны случаи, когда нагревание вызывает увеличение растворимости газов, например, при растворении благородных газов в некоторых органических растворителях.

Рис. 8.3. Зависимость растворимости некоторых газов в воде при 101 кПа от температуры.

Так как при растворении газообразных веществ в жидкости объем системы уменьшается (Д V < 0), то рост давления способствует увеличению растворимости газов. Эта зависимость для малорастворимых веществ выражается законом Генри (1802 г.): растворимость газа (S_r) при постоянной температуре пропорциональна его давлению.

где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от вида газа, растворителя и температуры.

При растворении смеси газов растворимость каждого из них пропорциональна его парциальному давлению. Например, в воде растворяется столько же кислорода из воздуха, сколько его растворилось бы при контакте воды с чистым кислородом, находящимся под давлением 21 кПа (парциальное давление кислорода в воздухе).

Закон Генри справедлив лишь для сравнительно разбавленных растворов, при невысоких давлениях и в отсутствие химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем. В области низких и умеренных давлений растворимость газов всегда растет с повышением давления (рис. 8.4, а). При очень высоких давлениях растворимость может достигнуть максимума (рис. 8.4, б). Это обусловлено тем, что изменение объема жидкости в результате растворения в ней газа при очень высоких давлениях становится соизмеримым с объемом растворенного газа.

Рис. 8.4. Зависимость растворимости С0₂ в воде при 15°С (а) и N₂ при 25°С (б) от давления:

1 — по закону Генри; 2 — экспериментальные данные Применительно к процессу растворения газа при небольших давлениях закон Генри можно сформулировать так: объем газа, растворяющегося при данной температуре в определенном количестве растворителя, не зависит от давления газа (это непосредственно следует из закона Бойля — Мариотта).