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,