Зависимость растворимости твердых веществ от температуры определяется знаком и числовым значением теплоты растворения дельта Hраств.

Вопрос. Растворы газов в жидкостях. Законы Генри, Генри-Дальтона, И.М. Сеченова.

Растворение газов в жидкостях почти всегда сопровождается выделением теплоты(энтальпия дельта H<0). Поэтому растворимость газов с повышением температуры согласно принципу Ле Шателье понижается. Эту закономерность часто используют для удаления растворенных газов из воды (например С02 ) кипячением. Иногда растворение газа сопровождается поглощением теплоты (например, растворение благородных газов в некоторых органических растворителях). В этом случае повышение температуры увеличивает растворимость газа.

Газ не растворяется в жидкости беспредельно. При некоторой концентрации газа X устанавливается равновесие:

При растворении газа в жидкости происходит значительное уменьшение объема системы. Поэтому повышение давления согласно принципу Ле Шателье должно приводить к смещению равновесия вправо, т. е. к увеличению растворимости газа. Если газ малорастворим в данной жидкости и давление невелико, то растворимость газа пропорциональна его давлению. Эта зависимость выражается законом Генри (1803г.): количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорционально давлению газа.

Закон Генри может быть записан в следующей форме:

с _(Х) = K_r(X) * P_(X)

где с – концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л;

P_(X) – давление газа X над раствором, Па;

K_r(X) – постоянная Генри для газа X.

Константа Генри зависит от природы газа, растворителя и температуры. Закон Генри справедлив лишь для сравнительно разбавленных растворов, при невысоких давлениях и отсутствии химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.

Закон Генри является частным случаем общего закона Дальтона. Если речь идет о растворении не одного газообразного вещества, а смеси газов, то растворимость каждого компонента подчиняется закону Дальтона: растворимость каждого из компонентов газовой смеси при постоянной температуре пропорциональна парциальному давлению компонента над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и индивидуальности других компонентов.

Иначе говоря, в случае растворения смеси газов в жидкости в математическое выражение закона Генри вместо подставляют парциальное давление р данного компонента.

Под парциальным давлением компонента понимают долю давления компонента от общего давления газовой смеси:

Р_i/ Р_общ

Парциальное давление компонента рассчитывают по формуле

Изучая растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов, русский врач-физиолог И. М. Сеченов (1829—1905) установил следующую закономерность (закон Сеченова): растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается; происходит высаливание газов.

Р_i = Р_общ ?(X_i)

где p_i – парциальное давление компонента Х_i;

Р_общ – общее давление газовой смеси;

х(Х_i) – молярная доля i-ого компонента.

Изучая растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов, русский врач физиолог И. М. Сеченов (1829—1905) установил следующую закономерность (закон Сеченова): растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается; происходит высаливание газов.

Дополнение к теме.

Генри-Дальтона закон

относится к растворимости газов в жидкости в зависимости от упругости этого газа, производящего давление на жидкость. При некотором определенном давлении и постоянной температуре растворяется в жидкости определенное количество газа, зависящее также и от свойств жидкости. При увеличении или уменьшении давления газовой атмосферы на жидкость с сохранением той же температуры увеличивается или уменьшается в таком же отношении количество растворенного газа. Эта зависимость и называется законом Г.-Дальтона; первоначально открытая Г., она была распространена Дальтоном на тот сложный случай, когда атмосфера жидкости состоит из двух или большего числа газов. В этих случаях количества газов, вступающих в раствор, пропорциональны тем частям полного давления их смеси, какие приходятся на долю каждого газа; это есть закон парциального (частного) давления. Если, например, атмосфера состоит из двух газов, взятых в равных объемах при одинаковой их температуре и упругости, то при общем давлении 760 мм (в одну атмосферу) парциальное давление каждого из газов составит 380 мм, а потому каждый газ растворится в жидкости в половинном количестве против того, которое соответствует полному давлению в одну атмосферу. Закону Г.-Дальтона довольно точно удовлетворяют лишь газы, мало растворимые в жидкости, но много растворимые отступают от него. В случаях химического сродства газов с жидкостью растворимость газов не следует приведенному закону даже и приблизительно. Ограничиваясь здесь кратким определением, отсылаем по этому сложному предмету к ст. Растворимость и Растворы.

Вопрос. Растворы твердых веществ в жидкостях.

Из учебника.

При растворении твердых веществ в воде объем системы обычно изменяется незначительно, поэтому давление практически не влияет на растворимость таких веществ. Только при очень высоких давлениях это влияние становится заметным.

Зависимость растворимости твердых веществ от температуры определяется знаком и числовым значением теплоты растворения дельта Hраств.

Если к равновесной системе (твердое вещество +растворитель) применить принцип Ле Шателье, то можно прийти к выводу: в тех случаях, когда процесс растворения является эндотермическим (дельта H> 0), повышение температуры приводит к увеличению растворимости. Когда растворение - процесс экзотермический(дельта H<0),с ростом температуры растворимость понижается.

****

Все твердые вещества проявляют ограниченную растворимость в жидкостях. Их насыщенные растворы имеют при данной температуре определенный состав, который зависит от природы растворенного вещества и растворителя. Так, растворимость хлорида натрия в воде в несколько миллионов раз выше растворимости нафталина в воде, а при растворении их в бензоле наблюдается обратная картина. Этот пример иллюстрирует общее правило, согласно которому твердое вещество легко растворяется в жидкости, имеющей с ним сходные химические и физические свойства, но не растворяется в жидкости с противоположными свойствами. Соли обычно легко растворяются в воде и хуже - в других полярных растворителях, например в спирте и жидком аммиаке. Однако растворимость солей тоже существенно различается: например, нитрат аммония обладает в миллионы раз большей растворимостью в воде, чем хлорид серебра. Растворение твердых веществ в жидкостях обычно сопровождается поглощением тепла, и в соответствии с принципом Ле Шателье их растворимость должна увеличиваться при нагревании. Этот эффект можно использовать для очистки веществ методом перекристаллизации. Для этого их растворяют при высокой температуре до получения насыщенного раствора, затем раствор охлаждают и после выпадения растворенного вещества в осадок профильтровывают. Есть вещества (например, гидроксид, сульфат и ацетат кальция), растворимость которых в воде с ростом температуры уменьшается. Твердые вещества, как и жидкости, тоже могут растворяться друг в друге полностью, образуя гомогенную смесь - истинный твердый раствор, аналогичный жидкому раствору. Частично растворимые друг в друге вещества образуют два равновесных сопряженных твердых раствора, составы которых изменяются с температурой.

Хорошо известно, что если в воду опустить кусок сахара, то через некоторое время сахар исчезнет и получится однородное вещество (раствор). Сладкий вкус этого раствора показывает, что молекулы сахара распределились по всему объему раствора. Это распределение происходит вследствие молекулярного движения (диффузии); его можно значительно ускорить, если перемешивать раствор. Растворение твердого вещества в жидкости по существу мало чем отличается от растворения жидкости в жидкости. И в этом случае молекулы растворенного вещества постепенно распределяются среди молекул растворителя. Масса растворенного вещества, приходящаяся на единицу объема растворителя, носит название концентрации раствора. Вещество растворяется в жидкости до некоторой определенной концентрации, которая зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, а также от температуры.

В большинстве случаев при повышении температуры растворимость повышается, причем нередко очень значительно (например, азотнокислый калий). Иногда изменение растворимости при нагревании невелико (хлористый натрий), а в редких случаях наблюдается даже уменьшение растворимости при нагревании (углекислый литий). Если насыщенный раствор азотнокислого калия или другого вещества, растворимость которого возрастает с температурой, охладить, то часть растворенного вещества выделится в виде твердого осадка. При некоторых условиях (чистота раствора и посуды, осторожное охлаждение) иногда удается получить растворы с концентрацией, превышающей предельную (пересыщенные растворы). Если в такой раствор бросить крупицу растворенного вещества, то сейчас же произойдет кристаллизация и концентрация раствора уменьшится до концентрации, соответствующей насыщению.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: