8.1.5. Понятие растворимости

Растворимость – способность вещества растворяться в том или ином растворителе.

Мерой растворимости вещества при данных условиях является содержание его в насыщенном растворе.

Растворимость зависит от ряда факторов.

1. От природы растворяемого вещества и растворителя.

Здесь действует старинное правило: “Подобное растворяется в подобном”. Ионные и полярные ковалентные соединения лучше растворяются в полярных растворителях, а неполярные – в неполярных.

2. От агрегатного состояния.

Как правило, вещества газообразные и жидкие растворяются быстрее, а растворимость твердых веществ зависит от степени их измельчения.

3. От внешних условий (температуры, давления).

Влияние внешних условий следует рассматривать для каждого фазового перехода отдельно.

8.1.5.1. Растворимость газов в жидкостях

Влияние температуры

Растворение газов в жидкостях практически всегда сопровождается выделением тепла, поскольку с выделением тепла идет и процесс конденсации, и процесс сольватации.

В соответствии с принципом Ле Шателье, для экзотермических процессов повышение температуры будет сдвигать равновесие в сторону обратной реакции.

Таким образом, повышение температуры понижает растворимость газов в жидкостях. Обусловлено это непрочностью связи между молекулами растворенного газа и растворителя.

Для увеличения растворимости газов в воде необходимо охлаждение, чем и пользуются в быту, охлаждая газированные напитки.

Влияние давления

Растворимость газов в жидкостях очень чувствительна к изменению давления.

Повышение давления увеличивает растворимость газов в жидкостях.

Влияние давления на растворимость газов в жидкостях выражается

законом Генри (1802 г.):

Растворимость газов при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором:

N = k  p,

где N – мольная доля растворенного вещества;

k – константа Генри (мера растворимости);

р – парциальное давление газа.

Для смеси газов справедлив закон Дальтона:

Давление смеси газов химически не взаимодействующих друг с другом равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь.

Закон Генри справедлив только для разбавленных растворов, при невысоких давлениях и отсутствии взаимодействия между молекулами газа и растворителя.

С увеличением давления растворимость газов воде значительно возрастает, и, например, на глубине 40 м вод водой, парциальное давление кислорода составляет 6 атм, а растворимость кислорода по сравнению с нормальными условиями возрастает в 27 раз. Именно по этой причине на глубине 40 м используют для дыхания газовые смеси, содержащие кислорода примерно в 27 раз меньше, чем в воздухе атмосферы. Этим же принципом руководствуются при погружении на глубины в сотни метров.

Проявлением закона Генри служит кессонная болезнь. Причиной ее является очень быстрое выделение воздуха из крови за счет уменьшения растворимости газов из-за падения давления. Это происходит при резком подъеме с глубины. В крови возникают многочисленные пузырьки газов, которые могут вызвать патологические изменения клеток крови и даже вызвать закупорку кровеносных сосудов.

В разреженной атмосфере в горах наблюдается дефицит кислорода и может возникнуть горная болезнь. Вызывается она пониженным содержанием кислорода в крови.

Влияние примесей

Растворимость газов в воде существенно зависит от наличия примесей. Как правило, примеси в водном растворе уменьшают растворимость газов.

Так, в насыщенном растворе соли NaCl растворимость хлора Cl₂ падает в 10 раз по сравнению с растворимостью в чистой воде. Не зря хлор всегда хранят над водным раствором хлорида натрия.

Понижение растворимости газов в присутствии солей называется высаливанием. Одной из причин понижения растворимости может быть процесс сольватации молекул солей примеси растворителем (водой). В результате уменьшается число молекул растворителя, что уменьшает его растворяющую способность.

Хорошую демонстрацию высаливания можно провести с помощью насыщенного раствора углекислого газа в воде. Минеральная вода, лимонад или пиво представляют собой насыщенный раствор СО₂ в воде. Если добавить щепотку соли, то углекислый газ выделяется в виде маленьких пузырьков, что указывает на уменьшение его растворимости.