12.6: 溶解性に影響する物理特性

気体の液体への溶解

気体の液体への溶解性は、他の溶解と同様に、溶質と溶媒の分子間引力に影響されます。しかし、固体や液体の溶質とは異なり、気体を構成する原子や分子は遠く離れており、相互作用がほとんどないため、気体の溶質が液体の溶媒に溶解する際には、溶質と溶質の間に克服すべき分子間引力がません。そのため、溶質-溶媒間の相互作用が溶解度に影響を与える唯一のエネルギー的要因となります。例えば、酸素の水への溶解度はヘリウムの約3倍（水と大きな酸素分子との間に大きな分散力が働く）ですが、クロロメタン（CHCl₃）の溶解度は100倍（極性のあるクロロメタン分子が極性のある水分子に双極子-双極子の引力が働く）です。同様に、酸素のヘキサン（C₆H₁₄）への溶解度は、水への溶解度の約20倍となっています。これは、酸素と大きなヘキサン分子の間に大きな分散力が存在するためです。

温度も溶解度に影響を与える要因の1つで、気体の溶解度は一般的に温度の上昇とともに減少します。温度も溶解度に影響を与える要因の1つで、温度が高くなるとガスの溶解度は減少します。この温度と溶存ガス濃度の逆の関係は、天然水における熱汚染の大きな影響の1つとなっています。

ガス状の溶質の溶解度は、溶液がさらされるガス中の溶質の分圧にも影響を受けます。ガスの圧力が上がると、ガスの溶解度が上昇します。

多くのガス状溶質の場合、溶解度S_gasと分圧P_gasは比例関係です。

ここで、k_Hは、ガス状の溶質と溶媒の種類、および溶液の温度に依存する比例定数です。 これはヘンリーの法則(右記)を数式で表したものです。一定量の液体に溶解する理想気体の量は、気体の圧力に正比例します。

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 11.3: Solubility.