РАСТВОРИМОСТЬ ГАЗОВ И ТВЁРДЫХ ВЕЩЕСТВ В ЖИДКОСТЯХ

Рассмотрим растворимость газов и твердых веществ в жидкостях в случае образования идеальных растворов.

1). Растворимость твердых веществ (например, солей) в жидкостях. Растворение при постоянной температуре происходит до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор (когда кристаллы твердого вещества присутствуют в растворе, однако количество растворившегося вещества и перешедшего в твердую фазу за единицу времени одинаково). Устанавливается равновесие “твердый компонент – насыщенный раствор”, при котором

, (20)

где m₂ — химический потенциал вещества в растворе и в кристаллической фазе.

Можно показать, что при образовании идеального раствора

, (21)

где x₂ — мольная доля растворенного вещества в насыщенном растворе, D_плН₂ — энтальпия плавления этого вещества. Уравнение (5.21) было впервые выведено русским физико-химиком И.Ф. Шредером и с тех пор носит его имя как уравнение Шредера.

Уравнение (5.21) можно преобразовать:

, (22)

где Т_пл.2 — температура плавления чистого кристаллического вещества.

Из уравнений (21) и (22) следует, что

— чем выше температура, тем больше растворимость твердых веществ в жидкостях, так как D_плН₂ > 0;

— чем выше температура плавления и теплота плавления твердых веществ, тем меньше их растворимость в жидкостях.

Растворимость твердых тел в жидкостях зависит также от давления и эту зависимость надо учитывать, особенно в геологии, где имеют дело с сотнями и тысячами атмосфер. Для идеальных растворов эта зависимость определяется уравнением Планка-Ван-Лаара:

, (23)

где — разность парциальных мольных объёмов растворенного вещества в растворе и твердой фазе.

2. Растворение газов в жидкостях. Рассмотрим случай, когда растворитель нелетуч или малолетуч. При образовании насыщенного раствора устанавливается равновесие «газ – насыщенный раствор». Тогда

. (24)

Можно показать, что

, (25)

где D_раств.H₂ < 0 — энтальпия растворения газа (или энтальпия конденсации газа). Следовательно, повышение температуры приводит к уменьшению растворимости газов. При растворении газов не в чистых растворителях, а в растворах, увеличение концентрации солей также уменьшает растворимость газа, так как при этом уменьшается значение D_раств.H₂.

На растворимость газа в жидкости оказывает влияние и давление газа:

, (26)

где q — растворимость газа, р — давление газа. Коэффициент пропорциональности получил название коэффициента Генри, впервые систематически исследовавшего растворимость газов в жидкостях.

В гидрогеохимии часто используют другое уравнение, связывающее приведенный объём растворенного газа с (парциальным) давлением этого газа над раствором:

, (27)

где – приведенный к нормальным условиям (0⁰С и 1атм) объём газа, растворенного в единице объёма (1л) жидкости. Коэффициент пропорциональности a получил название коэффициента абсорбции газа в жидкости или коэффициента Бунзена.