Влияние давления на растворимость газов. Закон Генри

Отношение растворимости газа к давлению при постоянной температуре является постоянной величиной[6] (растворимость чаще всего выражается в г/л и обозначается q):

= K' (VI, 1)

Величина К' может служить мерой растворимости газа в жидкости.

Уравнение (VI, 1) является выражением закона Генри, найденного (1803) опытным путем.

Нетрудно видеть, что уравнение (VI, 1) есть иная форма уже рассмотренного ранее уравнения Рауля-Генри (V, 4):

Если для раствора газа соблюдается уравнение (V, 4), то такой раствор, в соответствии с ранее сказанным, является предельно разбавленным раствором. Для него справедлив закон Рауля и все закономерности для этих растворов, рассмотренные в главе V.

Выразим весовое количество m_газ растворенного газа, находящегося во всем объёме V раствора, через объём, занимаемый газом при тех же температуре и давлении. По уравнению Клапейрона – Менделеева:

откуда следует, что

,

где – молекулярная масса газа и V_газ – его объём.

Подставив в уравнение (VI, 1) значение

получим:

(VI, 1а)

сокращая величину P и объединяя постоянные величины, получаем:

(VI, 2)

Отношение , называемое коэффициентом растворимости газа, не зависит от давления (для идеальных и предельно разбавленных растворов идеальных газов). Величина a показывает, сколько объёмов газа растворяется в одном объёме раствора при данной температуре (объем газа измеряется при тех же значениях Т и P, при которых установилось равновесие газ-раствор).

Растворимость газа может быть выражена также в объёмах газа, приведенных к 0°С:

(VI, 3)

Величина b называется коэффициентом поглощения газа и, так же как a, не зависит от давления газа (в границах применимости закона Генри).

По значению коэффициента растворимости можно найти концентрацию растворенного газа, выраженную в любых единицах.

Идеальная растворимость газа, т. е. растворимость его в идеальном растворе, может быть вычислена по закону Рауля – Генри (для Р = 1 атм), если считать приближенно газ идеальными положить P₂ = 1 атм:

x = (VI, 4)

где - давление насыщенного пара сжиженного газа[7] при той же температуре, при которой определяется растворимость.

Из уравнения (VI, 4) вытекает, что идеальная растворимость газа не зависит от природы растворителя. Её зависимость от давления выражается графически прямой линией.

В растворах, близких к идеальным, а тем более в растворах с положительными отклонениями давление растворенного газа резко возрастает с увеличением его концентрации ( велико) и уже при малых значениях последней достигает внешнего давления (например, 1 атм).

Поэтому растворимость (выраженная в мольных долях) газов, образующих идеальные растворы или растворы с положительными отклонениями, при обычных давлениях мала. Значительно больше растворимость газов, образующих растворы с отрицательными отклонениями.

Это положение иллюстрирует рис.14, из которого видно, что кривая P₂ = f(x)для раствора с положительными отклонениями от закона Рауля пересекает изобару Р = 1 атм при меньших концентрациях, чем прямая P₂= x для идеального раствора, и тем более, чем кривая P₂ = f(x) для раствора с отрицательными отклонениями. Следовательно, и растворимости газов в соответствующих растворах

x_пол. < x_ид. < x_отр.

В табл.4 приведены значения растворимостей некоторых газов в разных растворителях при 20°С и 1 атм.

 

Рис.14. Парциальное давление газа над его растворами.

 

Таблица 4. Растворимость некоторых газов при 20°С и 1 атм

 

Растворитель	Растворимость газов (мольные доли ´ 104)
		He	Н2	N2	О2	CH4	С2Н4	СO2(0°)	NH3(0°)
	н-гексан	—	6, 5	12, 5	19, 3	42, 4		—	—
	циклогексан	1, 22	3, 80	7, 22	—	28, 3	—	—	—
	ацетон	1, 08	2, 31	5, 92	9, 258	22, 3
	бензол	0, 77	2, 61	4, 40		20, 7			—
	метиловый спирт	0, 60	1, 57	2, 35	3, 18	7, 1	_
	вода	0, 070	0, 15	0, 12	0, 23	0, 24	0, 33

 

Как видно из таблицы, растворимость так называемых постоянных газов (Н₂, N₂, О₂) мала (сотые и десятые доли мольных процентов).

Газы с полярными молекулами сравнительно мало растворимы в неполярных и малополярных жидкостях.

Большие отрицательные отклонения и, соответственно, очень большие растворимости СO₂ и NH₃ в водных растворах обусловлены, с одной стороны, химическим взаимодействием с водой, сильно уменьшающим количество свободных молекул СO₂ и NH₃ в растворе, и, с другой стороны, гидратацией этих молекул, за счёт чего значительно понижается их летучесть.

Растворение газов в жидкостях сопровождается, как правило, выделением теплоты. Исключением являются растворы водорода и инертных газов в органических растворителях, которые образуются с поглощением теплоты.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Законодательные и нормативные акты
2. I. Общая характеристика толпы. Психологический закон ее духовного единства
3. III. 1.-ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНИКИ ПЛАВАНИЯ С УЧЕТОМ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ
4. III. Закон места совершения акта (lex loci actus).
5. S: Выберите из предложенных ответов правильный на вопрос: « Как называется федеральный закон, принятый 26 сентября 1997г.?»
6. XXIII. Законность и правопорядок.
7. Абстрактные законы операций над множествами
8. Австро-венгерское соглашение 1867 г. Основной государственный закон о делах общих и о способах их трактования (21 декабря 1867 г.)
9. Аграрное законодательство субъектов Федерации
10. Анализ цепей методом законов Кирхгофа.
11. Антропогенное влияние на гидросферу.
12. Антропогенное влияние на литосферу.