background image

 

74

так  и  в  непрерывном  изменении  объёма  пустот  за  счет  отделения  краевых  молекул 
ассоциата и присоединения их к другому ассоциату или кластеру из молекул. 

Обычно  концентрации  газов  в  растворах  имеют  небольшие  величины.  Но  есть 

исключения – растворимость  оказывается  весьма  большой  вследствие  химического 
взаимодействия  растворяемого  газа  с  растворителем,  как,  например,  растворы 
аммиака (NH

3

) и хлористого водорода (HCl-газ) в воде. 

Растворение  газов  в  жидкостях  сопровождается  и  изменением  объёма  раствора  и 

выделением  или  поглощением  теплоты,  что  объясняется  образованием  химических 
связей между молекулами газа и молекулами жидкости. 

Рассмотрим  растворимость  некоторых  газов  в  воде  при  различных 

температурах  (таблица 12 взята  из [19]). В  таблице  приведены  газы,  растворённые 
в воде, без диссоциации их молекул. 

Таблица 12. Растворимость газов в воде при различных температурах и 

давлении 760 мм рт. ст.* 

Газ 

Температура, ºС 

0 20 60 

100 

Н

2

 

0,02148 0,01819 0,01600 0,01600 

О

2

 

0,04889 0,03103 0,01946 0,0172 

СО

2

 

1,713 0,878 0,359  - 

NH

3

 

1176 702  - 

*  Растворимость  выражена  числом  литров  газа  (приведённого  к  нормальным  условиям), 
поглощенного одним литром растворителя. 

 

Повышение  температуры  обычно  уменьшает  растворимость  газов.  Влияние 

температуры  не  требует  особых  разъяснений,  поскольку  понятно,  что  подвод 
теплоты  к  любому  физическому  телу,  в  данном  случае – воде,  приводит  к 
увеличению  как  вращательно-колебательных  движений,  так  и  поступательных 
перемещений  молекул  и  целых  фрагментных  структур  изучаемого  вещества,  что 
сопровождается уменьшением объёма и количества пустот в жидкости. Кроме того, 
энергия,  подводимая  извне,  тратиться  на  разрушение  химических  связей  между 
молекулами газа и молекулами воды (жидкости). 

Особый интерес представляют две температуры – 0 и 20 °С. Помним, что при 4 

°С  вода  имеет  наибольшую  плотность,  что  объясняется  максимально  возможным 
заполнением  всех  возможных  пустот  как  в  легких  Н-ассоциатах  (фаза-1)  так  и  в 
плотных  кластерах  (фаза-2).  Пустоты  заполняются  малыми  частицами  (формами), 
состоящими  из  моно-,  ди-,  тримеров  НОН,  цепочек  разной  длины  из  молекул  НОН 
как линейных, так и зигзагообразных. 

 

0 °C – вода, лёд, пар существуют одновременно, но раздельно. 
4 °C – фазы 1 и 2 и малые формы имеют плотные контакты между собой. 
20 °C – фазы 1 и 2 и малые формы разделяются. 

 

Выше  (раздел 9.1) уже  рассматривался  механизм  формирования  льда  и 

увеличения  общего  объёма  воды  при  её  замерзании,  о  котором  следует  ещё  раз 
напомнить.  Понижение  температуры  от 4 до 0 °С  приводит  к  уменьшению 
амплитуды  колебательных  движений  молекулы  НОН  и  расстояния  между 
молекулами  в  Н-ассоциатах  уменьшаются  от 2,9 у  воды  до 2,76 Ǻ  у  льда.  При  этом 
происходит  выталкивание  димеров,  тримеров,  цепочек  и  т.д.  из  тетраэдрических 
пустот  образующегося  льда.  Плотные  кластеры  фазы-2  тоже  не  могут  встроиться  в 
гексагональную  структуру  льда,  поскольку  отличаются  от  тетраэдрической  формы; 
происходит  разделение  или  отделение  фаз  и  сопутствующих  малых  структур  или 
форм.  В  результате  при 0 °С  одновременно  существует  облегченный  пористый  лёд 
и  жидкая  вода,  но  утяжелённого  типа,  состоящая  из  плотных  кластерных  структур,