12.6: Физические свойства, влияющие на растворимость

Растворы газов в жидкостях

Что касается любого раствор, растворимость газа в жидкости зависит от привлекательных межмолекулярных сил между растворённое вещество и видами растворителя. Однако, в отличие от твердых и жидких солей, нет никакой solute-solute межмолекулярной привлекательности для преодоления, когда газообразный растворённое вещество растворяется в жидком растворителе, поскольку атомы или молекулы, составляющие газ, значительно разделены и испытывают взаимодействия пренебрежимый. Следовательно, взаимодействие растворителей и растворителей является единственным энергетическим фактором, влияющим на растворимость. Например, растворимость кислорода в воде примерно в три раза больше, чем в гелие (между водой и более крупными молекулами кислорода действуют более значительные силы дисперсии), но в 100 раз меньше, чем растворимость хлорметана, CHCl₃ (молекулы полярного хлорометана испытывают дипольную притяжение к молекулам полярной воды). Аналогичным образом, следует отметить, что растворимость кислорода в гексане, C6H1₄, примерно в 20 раз больше, чем в воде, поскольку между кислородом и более крупными молекулами гексана существуют большие силы дисперсии.

Температура является еще одним фактором, влияющим на растворимость, при этом растворимость в газе обычно снижается при повышении температуры. Эта обратная связь между температурой и концентрацией растворенного газа является одним из основных последствий теплового загрязнения в природных водах.

Растворимость газообразного растворённое вещество также зависит от парциального давления растворённое вещество в газе, на который подвергается воздействию раствор. Растворимость газа увеличивается по мере увеличения давления газа.

Для многих газообразных солей соотношение растворимости, SGAs и парциального давления, PGAS, является пропорциональным:

Где KH — постоянная пропорциональности, зависящая от идентичностей газообразного растворённое вещество и растворителя и температуры раствор. Это математическое утверждение закона Генриха: Количество идеального газа, растворяющееся в определенном объёме жидкости, прямо пропорционально давлению газа.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 11.3: Растворимость.

Растворимость растворенного вещества это максимальное количество, которое будет растворяться в данном количестве растворителя при определенной температуре. Это означает, что по определению температура влияет на растворимость большинства веществ. Для большинства твердых растворенных веществ их растворимость в воде увеличивается с увеличением температуры раствора, хотя есть исключения, такие как сульфат цезия.

При изменении температуры растворимость разных веществ увеличивается с разной скоростью. Например, растворимость нитрата калия резко возрастает с температурой, тогда как растворимость хлорида калия меняется очень мало. Когда раствор, содержащий смесь нитрата калия и хлорида калия, нагревают, а затем медленно охлаждают до десяти градусов, кристаллический осадок будет содержать больше нитрата калия, поскольку он менее растворим при низких температурах.

Этот метод разделения известен как фракционная кристаллизация. В отличие от твердых растворенных веществ растворимость газов в воде уменьшается с повышением температуры. Если стакан с холодной газированой водой нагреть до комнатной температуры, газированая вода быстро вскипает"Это связано с тем, что растворимость диоксида углерода уменьшается с повышением температуры.

Растворимость газов также зависит от давления. Чем выше давление газа над жидкостью, тем больше газа растворяется в жидкости. Эта взаимосвязь между давлением и растворимостью газа количественно определяется законом Генри, который гласит, что растворимость газа равна постоянной закона Генри, умноженной на давление.

При производстве газированой воды углекислый газ растворяется в растворе сахара под высоким давлением. Вышеуказанное давление позволяет раствору насыщаться диоксидом углерода. Таким образом, открывая банку с газированой водой, мы слышим знакомый хлопок, когда давление сбрасывается, и видим, как образуется много пузыьков, когда углекислый газ выходит из раствора.