2.2. Равновесие «газ — жидкость»

(проф., д. х. н. А.А. Слободов)

В настоящем разделе приводятся сведения о растворимости в жидкостях газов, сжиженных газов, а также твердых веществ, находящихся при нормальных условиях в газообразном состоянии. Нормальными условиями принято считать температуру 0 °C (273,15 K) и давление 1 атм (101325 Па или 760 мм рт. ст.)

При относительно невысоких (до сотен атмосфер) общем и парциальных давлениях смеси газов их поведение в газовой фазе и в равновесии с жидкостью (насыщенной растворенными газами) подчиняется, независимо от температуры, следующим законам:

закону Дальтона: давление смеси газов равно сумме их парциальных давлений.

При этом под парциальным давлением газа, входящего в состав смеси, понимается давление, которое он создавал бы  в отсутствие всех остальных компонентов смеси, занимая при этом тот же объем пространства, что и исходная газовая смесь;

закону Генри: растворимость газа в жидкости пропорциональна его давлению над раствором.

Коэффициент пропорциональности этой зависимости называется константой Генри. Из закона Генри следует независимость от давления отношения (называемого коэффициентом растворимости) объема растворившегося газа к объему растворителя (жидкости).

В таблицах используются следующие основные способы выражения растворимости газов:

a ' — отношение концентрации газа в жидкости к его концентрации в газовой фазе. В соответствии с законами Генри и Дальтона, эта величина не зависит от парциального давления газа;

a коэффициент абсорбции Бунзена: приведенный к нормальным условиям объем газа, поглощенный единицей объема жидкости при стандартном парциальном давлении газа;

l имеет то же значение, что и коэффициент a , но отнесенный не к парциальному давлению газа, а к общему – с учетом, кроме того, и влияния паров растворителя (жидкости). То есть значения l соответствуют стандартному общему давлению (сумма парциального давления газа и давления насыщенного пара жидкости);

b — объем газа в дм3, поглощенного 1 кг жидкости при данной температуре и стандартном парциальном давлении газа;

g — число граммов газа, поглощенных 100 г чистого растворителя при данной температуре и стандартном общем давлении.

2.2.1. Растворимость газов в воде

Таблица 2.2.1

Растворимость газов в воде при различных температурах

Газ Способ
выражения
растворимости

Т, ° С

0

5

10

15

20

25

30

40

50

60

80

100

Диазот
(азот молекулярный,
атмосферный)*

a

0,0235

0,0209

0,0186

0,0168

0,0154

0,0143

0,0134

0,0118

0,0109

0,0102

0,0096

0,0095

Оксид диазота

a

 

1,048

0,878

0,738

0,629

0,544

           

Монооксид азота

a

0,0738

0,0646

0,0571

0,0515

0,0471

0,0432

0,0400

0,0351

0,0315

0,0295

0,0270

0,0263

Аммиак

g

87,5

77,1

67,9

59,7

52,6

46,2

40,3

30,7

22,9

 

15,4

7,4

Ацетилен

a

1,73

1,49

1,31

1,15

1,03

0,93

0,84

         

Дибром
(бром молекулярный)

a

60,5

45,8

35,1

27,0

21,3

17,0

13,8

9,4

6,5

4,9

3,0

 

Диводород (водород молекулярный)

a

0,0215

0,0204

0,0195

0,0188

0,0182

0,0175

0,0170

0,0164

0,0161

0,0160

0,0160

0,0160

Бромоводород

l

612

 

582

   

533

   

469

   

345

Хлороводород

l

507

491

474

459

442

426

412

386

362

339

   

Гелий

a

0,0097

 

0,0099

  

0,0099

 

0,0100

0,0102

0,0107

     

Дикислород (кислород молекулярный)

a

0,0489

0,0429

0,0380

0,0341

0,0310

0,0283

0,0261

0,0231

0,0209

0,0195

0,0176

0,0172

Метан

a

0,0556

0,0480

0,0418

0,0369

0,0331

0,0301

0,0276

0,0237

0,0213

0,0195

0,0177

0,0170

Моносульфан
(сероводород)

a

4,670

3,977

3,399

2,945

2,582

2,282

2,037

1,660

1,392

1,190

0,917

0,81

Диоксид серы

l

79,79

67,48

56,65

47,28

39,37

32,79

27,16

18,77

       

Монооксид
углерода

a

0,0354

0,0315

0,0282

0,0254

0,0232

0,0214

0,0200

0,0177

0,0161

0,0149

0,0143

0,0141

Диоксид углерода

a

1,713

1,424

1,194

1,019

0,878

0,759

0,665

0,530

0,436

0,359

   

Дихлор (хлор молекулярный)

l

4,610

3,58

3,148

2,680

2,299

2,019

1,799

1,438

1,225

1,023

0,683

 

Этан

a

0,0987

0,0803

0,0656

0,0550

0,0472

0,0410

0,0362

0,0291

0,0246

0,0218

0,0183

0,0172

Этилен

a

0,226

0,191

0,162

0,139

0,122

0,108

0,098

         

* N2+ 1,185% Ar.

Таблица 2.2.2

Растворимость диазота (молекулярного азота)
в воде при различных давлениях и температурах

Растворимость выражена величиной β.

Давление, атм

Т, ° С

25

50

75

100

25

0,348

0,273

0,254

0,266

50

0,674

0,533

0,494

0,516

100

1,264

1,011

0,946

0,986

200

2,257

1,830

1,732

1,822

300

3,061

2,534

2,413

2,546

500

4,441

3,720

3,583

3,799

800

6,134

5,221

5,062

5,365

1000

7,15

6,123

5,934

6,250

Таблица 2.2.3

Растворимость диоксида углерода в воде
при различных давлениях и температурах

Растворимость выражена величиной β.

Давление, атм

Т, ° С

20

35

60

100

25

16,3

     

30

18,2

10,6

   

35

20,1

12,4

   

40

22,0

14,2

8,5

 

45

23,9

16,1

9,3

 

50

25,7

18,0

10,2

 

60

 

22,7

12,1

 

70

   

14,2

6,5

80

   

16,3

7,4

90

   

18,8

8,5

100

   

21,4

9,7

110

   

24,3

10,8

130

     

12,7

150

     

15,1

Таблица 2.2.4

Растворимость диводорода (молекулярного водорода)
в воде при различных давлениях и температурах

Растворимость выражена величиной β.

Давление, атм

Т, °С

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

25

0,536

0,487

0,450

0,426

0,413

0,407

0,405

0,409

0,420

0,439

0,462

50

1,068

0,969

0,895

0,848

0,822

0,809

0,810

0,817

0,839

0,872

0,912

75

1,601

1,453

1,341

1,271

1,232

1,212

1,211

1,224

1,254

1,298

1,355

100

2,130

1,932

1,785

1,689

1,638

1,612

1,610

1,628

1,667

1,727

1,805

150

3,168

2,872

2,649

2,508

2,432

2,395

2,393

2,422

2,485

2,576

2,681

200

4,187

3,796

3,499

3,311

3,210

3,165

3,168

3,208

3,286

3,402

3,544

300

6,139

5,579

5,158

4,897

4,747

4,695

4,692

4,746

4,866

5,042

5,220

400

8,009

7,300

6,766

6,430

6,245

6,166

6,173

6,249

6,392

6,600

6,841

500

9,838

8,980

8,328

7,922

7,705

7,613

7,625

7,717

7,885

8,129

8,429

600

11,626

10,610

9,586

9,390

9,135

9,017

9,016

9,131

9,324

9,665

9,994

700

13,370

12,214

11,362

10,818

10,524

10,389

10,405

10,527

10,757

11,093

11,512

800

15,013

13,746

12,808

12,218

11,889

11,735

11,746

11,893

12,169

12,555

12,980

900

16,548

15,215

14,217

13,583

13,230

13,072

13,084

13,233

13,533

13,946

14,394

1000

18,001

16,623

15,592

14,928

14,569

14,404

14,407

14,557

14,867

15,303

15,775

Таблица 2.2.5

Растворимость аммиака в воде при различных давлениях и температурах

Растворимость выражена в массовых долях (кг/1 кг раствора).

Давление, атм

Т, °С

–30

–20

–10

0

10

20

30

40

60

80

100

0,2

0,431

0,364

0,306

0,253

0,202

0,155

0,11

0,068

     

0,5

0,567

0,475

0,406

0,347

0,294

0,244

0,197

0,152

0,071

   

1,0

0,856

0,615

0,512

0,438

0,378

0,325

0,225

0,208

0,14

0,062

 

1,5

 

0,813

0,599

0,503

0,433

0,384

0,332

0,286

0,193

0,166

0,033

2,0

   

0,701

0,566

0,483

0,418

0,363

0,314

0,225

0,141

0,067

2,5

   

0,868

0,627

0,526

0,454

0,396

0,345

0,255

0,17

0,091

3,0

     

0,702

0,568

0,487

0,424

0,371

0,28

0,195

0,115

4,0

     

0,930

0,790

0,547

0,473

0,414

0,318

0,234

0,154

5,0

         

0,971

0,611

0,52

0,453

0,35

0,265

0,186

6,0

         

0,681

0,564

0,490

0,379

0,292

0,214

8,0

         

0,935

0,670

0,560

0,429

0,336

0,257

10,0

           

0,824

0,630

0,473

0,372

0,29