При повышении давления растворимость газов воде

Рис. 69. Кривые растворимости некоторых газов в воде

Все жидкости и газы, подобно твёрдым веществам, способны растворяться в воде. Некоторые жидкости, например этиловый спирт, глицерин, ацетон, серная, азотная и уксусная кислоты, неограниченно растворимы в воде — их можно смешивать с водой в любых соотношениях. Бензин, керосин, растительное масло, хлороформ и многие другие жидкости лишь незначительно растворимы в воде, и поэтому их считают практически нерастворимыми. Если такую жидкость, например растительное масло, вылить в воду и взболтать, то через некоторое время образуются два раздельных слоя — верхний (растительное масло) и нижний (вода). О таких жидкостях говорят, что они не смешиваются.

Газы также различаются по растворимости. Наибольшей растворимостью в воде обладают хлороводород HCl и аммиак NH₃. При температуре 0 ° С и атмосферном давлении в 1 л воды может быть растворено 500 л хлороводорода и 1200 л аммиака. Водный раствор хлороводорода называют соляной кислотой, а разбавленный водный раствор аммиака — нашатырным спиртом. Растворимость других газов в воде существенно ниже. Так, в тех же условиях в 1 л воды растворяется лишь 1,7 л углекислого газа, 50 мл кислорода, 23 мл азота и 21,5 мл водорода. Хуже всех других газов растворим гелий — 9,7 мл в 1 л воды.

Если холодную водопроводную воду нагревать, не доводя до кипения, то на дне и стенках сосуда образуются пузырьки воздуха, выделяющегося из воды. Это объясняется тем, что растворимость всех газов уменьшается с ростом температуры (рис. 69).

В отличие от жидкостей и твёрдых тел, газы значительно лучше растворяются при повышении давления. Вам, наверное, приходилось открывать пластиковую бутылку с лимонадом или газированной водой. При изготовлении этих напитков воду насыщают углекислым газом при повышенном давлении, а бутылку герметично закрывают. При открывании бутылки давление в ней становится равным атмосферному, и избыточный углекислый газ начинает выделяться, нередко настолько бурно, что вместе с ним из бутылки выливается часть напитка.

Запомните: растворимость газов возрастает при понижении температуры и повышении давления .

Лабораторный опыт 14.

Зависимость растворимости газов

Наполните пробирку водопроводной водой так, чтобы в ней совсем не осталось воздуха, закройте отверстие пальцем, переверните пробирку вверх дном и опустите в стакан с водой. Высушите верхнюю часть пробирки сухой тряпкой или листом фильтровальной бумаги и нагрейте её пламенем спиртовки. Что вы наблюдаете? Предположите, какие газы были растворены в воде. Сделайте вывод об изменении растворимости газов при нагревании.

Вопросы и задания

1. Какие вы знаете жидкости и газы, хорошо растворимые в воде?

2. Почему аквариумы нельзя заполнять кипяченой водой?

3. В воду случайно попал бензин. Как его можно отделить от воды? Будет ли вода иметь запах бензина, если разделение проводить: а) в делительной воронке; б) путём дистилляции?

* 4. При атмосферном давлении и комнатной температуре в 1 л воды может быть растворено 880 мл углекислого газа, а при давлении, которое создаётся в закрытой бутылке, — около 1600 мл. Какой объём углекислого газа выделится при открывании бутылки газированной воды объёмом 2 л? Больше или меньше газа выделится, если бутылку предварительно охладить?

5. Какие из перечисленных газов: кислород, хлороводород, углекислый газ, азот, аммиак, гелий — можно собирать: а) над водой; б) только вытеснением воздуха? Почему?

Источник

Растворимость газов в жидкостях.

Законы Генри, Дальтона и Сеченова.

Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры согласно принципу Ле Шателье понижается. Эту закономерность часто используют для удаления растворенных газов из воды, например СО₂, кипячением.

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

При растворении газа в жидкости происходит значительное уменьшение объема системы. Поэтому повышение давления, согласно принципу Ле Шателье, должно приводить к увеличению растворимости газа.

Эта зависимость выражается законом Генри (1803):

Количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорционально давлению газа.

Закон Генри может быть записан в следующей форме:

где С_м — концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л; p — давление газа над раствором, Па; k — постоянная Генри для газа, моль·л -1 ·Па -1 .

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. Например, СО₂ и NН₃ вступают в химическое взаимодействие с водой, а НСl диссоциирует в воде, что резко повышает растворимость этих газов.

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.

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.

Одной из причин, приводящей к уменьшению растворимости газов в присутствии электролитов, является гидратация (сольватация) ионов электролитов молекулами растворителя. В результате этого процесса уменьшается число свободных молекул растворителя, а, следовательно, понижается его растворяющая способность.

Биологическое значение законов Генри — Дальтона и Сеченова.

Законы Генри — Дальтона и Сеченова имеют большое практическое значение как в химии, так и в медицине. Изменение растворимости газов в крови при изменении давления могут вызывать тяжелые заболевания.

Кессонная болезнь, от которой обычно страдают водолазы, — проявление закона Генри. Если поднимать водолаза слишком быстро на поверхность, то давление в легких резко понижается и, следовательно, значительно понижается растворимость газов в плазме крови. Вследствие этого часть газов выделяется из крови в виде пузырьков. Эти пузырьки газов закупоривают мелкие сосуды в различных органах и тканях (эмболия), что может привести к тяжелому поражению тканей и даже гибели человека. Аналогичная картина может возникнуть и в результате резкого уменьшения давления при разгерметизации скафандров летчиков-высотников, кабин самолетов и спускаемых аппаратов.

В последнее время при лечении газовой гангрены и ряда других заболеваний, при которых накапливаются микробы в омертвевших тканях, применяют гипербарическую оксигенацию, т. е. помещают больных в барокамеры с повышенным давлением кислорода в воздухе. При этом улучшается снабжение тканей кислородом, и во многих случаях такой способ лечения дает хорошие результаты.

Проявлением закона Генри — Дальтона и моделью эмболии является образование обильной пены при откупоривании бутылки шампанского или газированной воды. Здесь имеет место понижение растворимости и выделение углерода диоксида СО₂ при понижении его парциального давления.

В соответствии с законом Сеченова не только электролиты, но и белки, липиды и другие вещества, содержание которых в крови может меняться в известных пределах, оказывают существенное влияние на растворимость кислорода и углерода диоксида в крови.

Коллигативные свойства разбавленных растворов.

Свойства растворов в сравнении со свойствами растворителя: понижение давления пара, повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания, осмотическое давление, — называют коллигативными (коллективными), т.е. связанными друг с другом, поскольку они обусловлены общими причинами и зависят главным образом от числа растворенных частиц.

При внесении в растворитель некоторого вещества меняются свойства не только растворяемого вещества, но и свойства растворителя. Для свойств растворителя удобно использовать понятие идеального раствора.

Идеальным называют раствор, образование которого не сопровождается химическим взаимодействием, изменением объема и тепловым эффектом.

В идеальном растворе энергии взаимодействия между частицами растворителя; между частицами растворенного вещества, между частицами растворителя и частицами растворенного вещества одинаковы.

Законы Рауля.

Французский физико-химик Ф. М. Рауль (1830—1901) первым провел измерения, которые позволили сформулировать законы, описывающие влияние растворенного вещества на физические свойства растворителя.

1-ый закон Рауля.Если в замкнутый сосуд поместить чистый растворитель, то через некоторое время в системе установится динамическое равновесие, когда число частиц, испаряющихся с поверхности жидкости за единицу времени, равно числу частиц, переходящих в жидкость из газовой среды.

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называют насыщенным.

При определенной температуре давление насыщенного пара чистого растворителя — величина постоянная.

Если в летучий растворитель (спирт, вода и т. д.) внести нелетучее растворяемое вещество, например сахарозу, концентрация растворителя в образовавшемся растворе уменьшится, следовательно, уменьшится число частиц растворителя, переходящих в газовую фазу. Это означает, что давление насыщенного пара над раствором нелетучего вещества должно стать меньше, чем над чистым растворителем: чем концентрированнее раствор, тем ниже давление пара растворителя над раствором.

Источник

Растворимость газов в воде при повышенном давлении

Растворимость газов в воде. Растворенные газы в воде и их коэффициенты растворимости.

Нам известно, что многие газы могут растворяться в воде. К примеру, рыбы, как и множество других водных обитателей, дышат растворенным в воде кислородом. Морские водоросли особенно активно разрастаются в прибрежных зонах, насыщенных растворенным в воде углекислым газом, который необходим для протекания фотосинтеза. Взгляните на газы, растворимые в воде. В таблице приведен коэффициент рсрастворимости Растворенный в воде газ присутствует в жизни практически какждого из нас, ведь сложно найти человека, который откажется от охлажденного газированного напитка, в котором любезно растворили CO2. Подобных глобальных примеров растворения газа в воде очень много, как и газов, которые немедленно начнут растворятся в воде при контакте с ней.

Таблица №1 «Коэффициенты растворимости газов в воде»

В данной таблице приводятся коэффициенты растворимости (в литрах газа на литр воды) Числовое значение коэффициента выражает степень растворимости определенного газа в воде при давлении 1 бар (0,1 МПа)и температуре 20 °C. и является основным критерием оценки растворимости.

Растворимость – это такой баланс, при котором количество растворенного газа пропорционально парциальному давлению в газообразной фазе над поверхностью воды. Если нам известно атмосферное давление и соответствующая концентрация газа, то можно вычислить максимальную концентрацию растворенного в воде газа, умножив значение парциального давления газа на расчетный коэффициент растворимости из таблици №1.

Пример №1 «Колличественная оценка содержания кислорода и азота, растворенных в воде»:

Классический пример, когда атмосферный воздух вступает с водой в реакцию, сопровождающуюся растворением основных его компоенетов.

1. Подсчитываем кислород O2: концентрация 20.9 объемн. % кислорода с атмосферным давлением 1000 мбар (750 мм. ртутного столба) создают парциальное давление 0.209 бар (0.0209 МПа), таким образом, получаем числовое значение:

0.031 x 0.209 = 0.00648 литра или 6.5 мл кислорода O2 растворены в 1 литре воды.

2. Подсчитываем азот N2: при создаваемом парциальном давление 0.791 бар N2) азот растворяется хуже кислорода, выражение:

0.016 x 0.791 = 0.01266 л или 12.7 мл. азота N2 содеожится в 1 л. воды.

Мы только что получили данные по составу и насущению кислродом большиснва пресных водемво и рек россиии.

Пример №2 «Расчет содержания растворенного углекислого газа в газированной воде»:

Газировка производится посредством растворения в воде CO2 под давлением около 2 бара (0,2 МПа). Этих данных достаточно, что бы вычислить содержание CO2 в заданной жидкости, принятой за минеральную воду.

0.879 x 2 = 1.75 л CO2 растворенны в 1 литре газированной воды.

Как вы могли заметить, из таблицы и примеров, некоторые газы растворяются в воде очень быстро и эффективно. Именно поэтому в качестве мер безопасности широко распространено использование водяных распылителей, создание “водяных завес”, например, для снижения угрозы здоровью при выбросах значительных объемов аммиака, HCl и других токсичных газов.

Помните, что растворимость во многом зависит от температуры. Чем выше температура воды, тем меньше газа можно в ней растворить. По этой причине для растворения загрязняющих газов в воздухе их пропускают сквозь холодную техническую воду, Нагревание такого раствора с газами, сопровождается десорбцией и высвобождением всех растворенных газообразных компонентов до полного испарения основы (воды).Обладая подобной информацией, проектировщики систем безопасности выбирают наиболее подходящие для комплектации модели приборов, обозначая на схеме их предварительные места установки и требуемое количество.

Отсюда вывод: избегайте условий образования конденсата при монтаже датчиков! Влага внутри прибора коварна даже в небольших малозметных колличествах. Применяйте специальные аксессуары и опции для дополнительной защиты газоанализатора от внешних воздействий – брызгозащитные комлекты, антибликовые козырьки, термокожухи, модули защиты от насекомых и т.д.

Растворимость — это свойство вещества образовывать с различными растворителями гомогенные смеси. Как мы уже упоминали, количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора и определяет растворимость этого вещества. В связи с этим растворимость имеет ту же меру, что и состав, например, массовая доля растворенного вещества в его насыщенном растворе или количество растворенного вещества в его насыщенном растворе.

Все вещества с точки зрения его растворимости можно классифицировать на:

Хорошо растворимые – в 100 г воды способно раствориться более 10 г. вещества.
Малорастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 1 г. вещества.
Нерастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 0,01 г. вещества.

Известно, что если полярность растворяемого вещества схожа с полярностью растворителя, то оно скорее всего растворится. Если же полярности разные, то с большой долей вероятности раствора не получится. Почему же так происходит?

Полярный растворитель – полярное растворяемое вещество.

Для примера опишем раствор поваренной соли в воде. Как мы уже знаем, молекулы воды имеют полярную природу с частичным положительным зарядом на каждом атоме водорода и частичным отрицательным – на атоме кислорода. А твердые ионные вещества, вроде хлорида натрия, содержат катионы и анионы. Поэтому, когда поваренную соль помещают в воду, частичный положительный заряд на атомах водорода молекул воды притягивается отрицательно заряженным ионом хлора в NaCl. Аналогично, частичный отрицательный заряд на атомах кислорода молекул воды притягивается положительно заряженным ионом натрия в NaCl. И, поскольку притяжение молекул воды для ионов натрия и хлора сильнее взаимодействия, удерживающего их вместе, соль растворяется.

растворение хлорида натрия

Неполярный растворитель – неполярное растворяемое вещество.

Попробуем растворить кусочек тетрабромида углерода в тетрахлориде углерода. В твердом состоянии молекулы тетрабромида углерода удерживаются вместе благодаря очень слабому дисперсионному взаимодействию. При помещению его в тетрахлорид углерода его молекулы будут располагаться более хаотично, т.е. увеличивается энтропия системы и соединение растворится.

Равновесия при растворении

Рассмотрим раствор малорастворимого соединения. Для того, чтобы между твердым веществом и его раствором установилось равновесие, раствор должен быть насыщенным и соприкасаться с нерастворившейся частью твердого вещества.

Например, пусть равновесие установилось в насыщенном растворе хлорида серебра:

AgCl(тв)=Ag+(водн.) + Cl—(водн.)

Рассматриваемое соединение является ионным и в растворенном виде присутствует в виде ионов. Нам уже известно, что в гетерогенных реакциях концентрация твердого вещества остается постоянной, что позволяет включить ее в константу равновесия. Поэтому выражение для константы равновесия будет выглядеть следующим образом:

K = [Ag+][ Cl—]

Такая константа называется произведением растворимости ПР, при условии, что концентрации выражаются в моль/л.

ПР = [Ag+][ Cl—]

Произведение растворимости равно произведению молярных концентраций ионов, участвующих в равновесии, в степенях, равных соответствующим стехиометрическим коэффициентам в уравнении равновесия.
Следует отличать понятие растворимости и произведения растворимости. Растворимость вещества может меняться при добавлении в раствор еще какого-либо вещества, а произведение растворимости не зависит от присутствия в растворе дополнительных веществ. Хотя эти две величины взаимосвязаны, что позволяет зная одну величину, вычислить другую.

Зависимость растворимости от температуры и давления

Вода играет важную роль в нашей жизни, она способна растворять большое количество веществ, что имеет большое значение для нас. Поэтому основное внимание уделим именно водным растворам.

Растворимость газов повышается при росте давления газа над растворителем, а растворимость твердых и жидких веществ зависит от давления несущественно.

Уильям Генри впервые пришел к выводу, что количество газа, которое растворяется при постоянной температуре в заданном объеме жидкости, прямо пропорциональна его давлению. Данное утверждение известно как закон Генри и выражается оно следующим соотношением:

С = k·P,

где С – растворимость газа в жидкой фазе

Р – давление газа над раствором

k – постоянная Генри

На следующем рисунке приведены кривые зависимости растворимости некоторых газов в воде от температуры при постоянном давлении газа над раствором (1 атм)

растворимость газов в воде

Как видно, растворимость газов уменьшается с ростом температуры, в отличие от большинства ионных соединений, растворимость которых растет с увеличением температуры.

Влияние температуры на растворимость зависит от изменения энтальпии, которое происходит при процессе растворения. При протекании эндотермического процесса происходит увеличение растворимости с ростом температуры. Это следует из уже известного нам принципа Ле – Шателье: если изменить одно из условий, при котором система находится в состоянии равновесия – концентрацию, давление или температуру, — то равновесие сместится в направлении той реакции, которая противодействует этому изменению.

Представим, что мы имеем дело с раствором, находящимся в равновесии с частично растворившимся веществом. И этот процесс является эндотермическим, т.е. идет с поглощением теплоты из вне, тогда:

Вещество + растворитель + теплота = раствор

Согласно принципу Ле – Шателье, при эндотермическом процессе, равновесие смещается в направлении, способствующее уменьшению поступления теплоты, т.е. вправо. Таким образом, растворимость увеличивается. Если же процесс экзотермический, то повышение температуры приводит к уменьшению растворимости.

Далее на рисунке показаны зависимости растворимости некоторых ионных соединений от температуры.

зависимость растворимости ионных соединеий от Температуры

Известно, что существуют растворы жидкостей в жидкостях. Некоторые из них могут растворяться друг в друге в неограниченных количествах, как вода и этиловый спирт, а другие — растворяются лишь частично. Так, если попробовать растворить четыреххлористый углерод в воде, то при этом образуются два слоя: верхний — насыщенный раствор воды в четыреххлористом углероде и нижний — насыщенный раствор четыреххлористого углерода в воде. При повышении температуры, в основном, взаимная растворимость таких жидкостей увеличивается. Это происходит до тех пор, пока не будет достигнута критическая температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях. От давления растворимость жидкостей практически не зависит.

При вводе в смесь, состоящую из двух несмешивающихся между собой жидкостей, вещества, которое может растворяться в любой из этих двух жидкостей, то его распределение между этими жидкостями будет пропорционально растворимости в каждой из них. Т.е. согласно закону распределения вещество, способное растворяться в двух несмешивающихся растворителях, распределяется между ними так, что отношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуре остается постоянным, независимо от общего количества растворенного вещества:

С1/С2 = К,

где С1 и С2 – концентрации вещества в двух жидкостях

К – коэффициент распределения.

Влияние природы веществ на растворимость

Установлено опытным путем, что в растворителе, молекулы которого полярны, лучше всего растворяются вещества, образованные ионными или ковалентными полярными связями. А в растворителе, молекулы которого неполярны, лучше растворяются вещества, образованные слабополярными или неполярными ковалентными связями. По другому эту выявленную закономерность можно сформулировать так: «Подобное растворяется в подобном».

Растворимость веществ во многом обуславливается силой и характером их взаимодействия с молекулами растворителя. Чем сильнее выражено это взаимодействие, тем больше растворимость и наоборот.

Известно, что силы, действующие между неполярными и слабополярными молекулами, невелики и неспецифичны, т.е. в количественном выражении существенно не зависят от вида вещества.

Если в неполярную жидкость В ввести однотипные неполярные молекулы А, то энергия взаимодействия частиц А и В между собой не будет значительно отличаться от энергии взаимодействия между частицами А и А или частицами В и В. Поэтому подобно тому как смешиваются любые количества одного и того же вещества, с большой вероятностью будут неограниченно смешиваться друг с другом (т.е. растворяться друг в друге) и различные неполярные жидкости.

По этой же причине и молекулярные кристаллы обычно лучше растворяются в неполярных жидкостях.

Если же энергия взаимодействия молекул А и А или В и В больше чем А и В, то одинаковые молекулы каждого компонента будут предпочтительнее связываться между собой и растворимость их друг в друге понизится (табл. 6).

Полярность любого растворителя часто характеризуют значением его диэлектрической проницаемости (ε), которая легко определяется опытным путем. Чем она больше, тем более полярным является вещество.

Таблица 6. Растворимость KI (мас%) в растворителях различной полярности

Растворитель	Н2О	CH3OH	н-С4Н9ОН	C6H6
Диэлектрическая проницаемость растворителя, ε	80,4	31,2	10,72	2,3
Растворимость, KI	59,8	14,97	0,2	0,00016

Растворимость веществ значительно повышается если они способны образовывать с растворителем водородные или донорно-акцепторные связи. Примером большой растворимости, обусловленной образованием водородных связей, является раствор этилового спирта в Н2О, а образованием донорно-акцепторных связей – раствор NH3 в воде. При этом растворимость спирта не ограничена, а NH3 в Н2О растворяется в объемном соотношении

Влияние давления на растворимость твердых и жидких веществ практически не сказывается, т.к. объем системы при этом изменяется незначительно. Только при очень высоких давлениях изменение растворимости становится заметным. Так, например, растворимость NH4NO3 снижается почти вдвое при повышении давления до 106 кПа (т.е. приблизительно в 10 000 раз больше атмосферного).

Существенное влияние давление оказывает лишь на растворимость газов. Причем если между газом и растворителем не возникает химического взаимодействия, то согласно закона Генри растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над раствором

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости и газа; p – давление газа над раствором.

Закон Генри справедлив только для разбавленных растворов и в условиях низких давлений.

Если речь идет о растворении не одного газообразного вещества, а смеси, состоящей из нескольких газов, то согласно закона Дальтона растворимость каждого компонента смеси при постоянной температуре пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и присутствия других газов.

Парциальное давление отдельного газа в смеси (р1) рассчитывается по формуле:

где робщ. – общее давление газовой смеси; Х1 – мольная доля газа в смеси.

Если газовая смесь состоит из нескольких компонентов, то ее общее давление определяется суммой парциальных давлений всех газов, входящих в смесь:

робщ. = р1 + р2 + р3 + …

Газы, вступающие во взаимодействие с растворителем (например, NH3, SO2, HCl) при растворении в Н2О закону Генри и Дальтона не подчиняются. Их растворимость также увеличивается с повышением давления, но по более сложной зависимости.

Понижение давления газа над раствором ведет к уменьшению его растворимости и выделению из жидкости в виде пузырьков.

Изменением растворимости газа при резком снижении давления обусловлена так называемая кессонная болезнь, которой могут заболеть водолазы, работающие глубоко под водой. В этих условиях они дышат воздухом, находящимся под большим давлением. При этом растворимость газов в крови сильно увеличивается. Если после окончания работы подниматься на поверхность слишком быстро, то вследствие резкого уменьшения давления избыточные газы, растворенные в крови, начинают бурно выделяться. Образовавшиеся пузырьки закупоривают кровеносные сосуды, что приводит к нарушению кровообращения, многочисленным кровоизлияниям в различных тканях и органах из-за разрыва капилляров.

Поэтому подъем на поверхность с больших глубин должен быть достаточно долгим и медленным, чтобы лишний газ успевал удаляться из кровеносной системы через органы дыхания.

Аналогичная картина может возникнуть и при разгерметизации на большой высоте кабин и салонов самолетов, скафандров военных летчиков.

Растворимость газов (He, Ne, H2), молекулы которых имеют небольшие размеры, весьма мала. Растворимость благородных газов резко возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Газы, молекулы которых образуют водородные связи и химические соединения с молекулами воды, растворяются весьма хорошо (CO2, Cl, H2S, SO2, NH3).

Рассмотрим зависмость растворимости газов от давления (рис.1.3.15 и 1.3.16). При давлениях, близких к атмосферному, растворимость газов в воде растет обычно пропорционально давлению. При повышенных давлениях такая зависимость соблюдается для легких газов (водород, гелий) с удовлетворительной точностью до 10 Мпа. При более высоких давлениях растворимость ниже, чем должно быть по линейной зависимости. Рост растворимости тяжелых углеводородных газов (этан и т.д.) замедляется уже при сравнительно невысоких давлениях.

Зависимость растворимости газов в воде от температуры так же неоднозначна. В области низких и умеренных температур оастворимость уменьшается с температурой (рис.1.3.17). С повышением температуры растворимость после минимального значения снова начинает расти (рис.1.3.15, 1.3.16).

Минимум растворимости для наиболее легких газов (гелий, водород, неон) наблюдается при температуре до 50 оС, для азота – около 75оС, для аргона, кислорода, криптона, метана, этана – при температуре 90-100оС, для диоксида углерода – около 150оС, для сероводорода – примерно 180оС. Для полярного газа, образующего эффективные водородные связи с водой, аммиака признаков приближения минимума растворимости не наблюдается при исследованиях до 318оС.

Наличие отрицательного коэффициента растворимости и минимума растворимости газов в воде используется для дегазации – удаления из питательной воды агрессивных газов (O2, CO2). При нагреве воды в деаэраторе до температуры кипения парциальное давление газов над поверхностью воды снижается до нуля и газы переходят из воды в газовую среду. Выделяющиеся газы вместе с частью водяного пара непрерывно удаляются из деаэратора.

Наиболее эффективно удаление газов из воды происходит при температуре кипения, соответствующей минимуму растворимости данного газа. В деаэраторах атмосферного типа (р = 0.12 МПа, ts = 104оС) происходит эффективное удаление кислорода, а в деаэраторах повышенного давления (р = 0.7 Мпа, ts = 165оC) – диоксида углерода (CO2).

Процесс термической диаэрации. Требования к термическому диаэратору

Процесс может проводиться с помощью различных способов.

Среди них можно назвать наиболее распространенные:

Во всех трех случаях принцип разделения воды и растворенных в ней газов основан на разрыве связей между молекулами воды — они рвутся в самых непрочных местах, то есть там, где в воде расположены пузырьки и молекулы растворенных в ней газообразований.

Соответственно, газы высвобождаются из жидкости, и она оказывается подготовленной к дальнейшему применению.

Существует также химическая деаэрация — целью являются молекулы веществ, которые будут разлагаться с выделением газов на дальнейших фазах технологического цикла; в качестве примера можно назвать гидрокарбонат натрия.

В зависимости от характера процессов, протекающих в деаэраторе, к его конструкции предъявляют следующие основные требования:

1) во всех ступенях деаэратора должен обеспечиваться непрерывный процесс, т.е. должны отсутствовать циркуляционные точки, которые могли бы привести к проскоку необработанной воды. Не должно быть застойных зон, особенно в паровом пространстве деаэратора;

2) должен быть обеспечен четкий противоток воды и пара;

3) деаэратор должен вентилироваться необходимым количеством пара. Пар должен содержать минимальное количество газов, удаляемых из воды деаэраторе;

4) при обработке воды в деаэраторе должны быть максимально развиты поверхности контакта фаз и конструкция деаэратора должна обеспечивать многократную обработку воды паром;

5) конструкция деаэратора должна обеспечивать удаление мельчайших пузырьков газа, выделяющихся из воды при нагревании;

6) перед последней ступенью деаэрации вода должна выдерживаться при температуре, близкой к насыщению;

7) конструкция деаэратора должна исключать возможность повторной аэрации обработанной воды;

8) процесс деаэрации должен быть автоматизирован.

27. Основные типы термических деаэрационных установок

Термические деаэраторы принято классифицировать по рабочему давлению и по способу организации соприкосновения фаз.

По рабочему давлению выделяют следующие типы деаэраторов:

– вакуумные, работающие при абсолютном давлении в корпусе от 0,075 до 0,5 атмосфер;

– атмосферные, абсолютное давление в которых варьируется в диапазоне от 1,1 до 1,3 атмосфер;

– повышенного давления, работающие при абсолютном давлении от 5 до12 атмосфер.

Способ организации соприкосновения фаз определяется конструкцией деаэратора. Поскольку в одном и том же деаэраторе, как правило, применяется несколько отличающихся друг от друга по принципу действия деаэрационных устройств, современные деаэраторы являются обычно комбинированными. При этом выделяют следующие основные типы деаэрационных устройств (или отдельных элементов деаэраторов):

-струйные, в которых поверхность раздела фаз образована поверхностью свободно падающих в паровом потоке струй воды;

-барботажные, в которых греющий теплоноситель в виде паровых пузырей распределяется в потоке воды;

-пленочные, где поверхность раздела фаз образуется при пленочном течении воды в паровом потоке;

-капельные, в которых вода распределяется в паровом потоке в виде капель.

Источник

При повышении давления растворимость газов воде

Неорганическая химия.

15. Растворимость газов в жидкостях. Законы Генри—Дальтона и Сеченова.