Как изменяется растворимость газов, жидкостей и твердых веществ при разных температурах и давлениях
Растворимость – это способность вещества образовывать с другим веществом гомогенную смесь. На этот процесс заметно влияют температура и давление, причем для разных агрегатных состояний вещества зависимость проявляется по-разному. Давайте подробно разберем, какие закономерности существуют.
Интересный факт: Мировой океан содержит около 38 тысяч гигатонн растворенных солей, а растворимость кислорода в воде падает вдвое при нагреве от 0°C до 30°C, что серьезно влияет на морские экосистемы.
1. Растворимость газов
Влияние температуры
Повышение температуры обычно уменьшает растворимость газов в жидкостях. Это объясняется тем, что:
- При нагреве увеличивается кинетическая энергия частиц газа
- Молекулы газа легче преодолевают силы притяжения со стороны растворителя
- Начинают преобладать процессы десорбции (выделения газа из раствора)
Пример: При нагреве воды пузырьки воздуха начинают выделяться еще до кипения. Атмосферные газы хуже растворяются в теплой морской воде, чем в холодной.
Влияние давления
Для газов действует закон Генри: при постоянной температуре растворимость газа прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором.
- При увеличении давления растворимость газа растет
- При уменьшении – газ выделяется из раствора (эффект "открытой газировки")
2. Растворимость твердых веществ
Влияние температуры
Для большинства твердых веществ (особенно ионных соединений) справедливо обратное правило:
- При нагреве растворимость увеличивается (кроме некоторых исключений)
- При охлаждении возможна кристаллизация избытка вещества
Пример процесса: При 20°C в 100 г воды растворяется 36 г NaCl, а при 100°C – уже 39 г. Для KNO₃ разница больше: от 31 г до 246 г.
Исключения: Некоторые вещества (например, гипс CaSO₄•2H₂O, гидроксид кальция Ca(OH)₂) имеют обратную зависимость – их растворимость падает при нагреве.
Влияние давления
Давление почти не влияет на растворимость твердых и жидких веществ, так как:
- Объем твердых тел при растворении меняется незначительно
- Плотность упаковки молекул в твердых веществах очень высока
Исключение составляют случаи полиморфных превращений при сверхвысоких давлениях (от 1 ГПа).
3. Растворимость жидкостей
Жидкости могут смешиваться:
- Неограниченно (вода и спирт)
- Частично (вода и эфир)
- Практически не смешиваться (вода и ртуть)
Влияние температуры
Часто существует критическая температура смешения, выше или ниже которой жидкости смешиваются в любых пропорциях:
- Система анилин-вода: при Т < 168°C – ограниченная растворимость
- Система триэтиламин-вода: при Т > 18°C – неограниченная смешиваемость
Влияние давления
Эффект давления на растворимость жидкостей незначителен при обычных условиях, но становится заметным вблизи критических точек.
Практическое применение: Знание температурной зависимости растворимости используют в перекристаллизации (очистке веществ), при приготовлении насыщенных растворов в медицине, в создании компрессионных холодильников.
4. Итоговое сравнение зависимостей
- Газы: ↓ растворимость при ↑T, ↑ растворимость при ↑P
- Твердые вещества: ↑ растворимость при ↑T (в основном), P почти не влияет
- Жидкости: сложная зависимость от T, P – минимальное влияние