Растворимость о2 в воде при парциальном давлении, соответствующем его содержанию в атмосфере [34]

Т 0С	0	5	10	15	20	25	29
S мг/л	14,66	12,80	11,33	10,15	9,17	8,38	7,63

Растворимость атмосферного углекислого газа в воде так же, как и кислорода, определяется его парциальным давлением в атмосфере и температурой водной среды (табл. 4).

Т а б л и ц а 4

Растворимость со2 в воде при парциальном давлении, соответствующем его содержанию в атмосфере [34]

Т 0С	0	5	10	15	20	25	30
S мг/л	3,35	2,77	2,32	1,97	1,69	1,45	1,25

Углекислый газ не является полярным соединением, но его способность реагировать с водой повышает его растворимость.

С О₂(г) + Н₂О(ж) ⇄ Н₂СО₃(р-р)

Н₂СО₃(р-р) + Н₂О(ж) ⇄ Н₃О⁺(р-р) + НСО₃^(р-р)

Отдельно определить содержание растворенного углекислого газа и угольной кислоты в воде трудно, поэтому суммарную концентрацию этих компонентов принимают за концентрацию растворенного углекислого газа, так как только около 1% растворенного СО₂ образует угольную кислоту.

Как уже упоминалось ранее,в водах Мирового океана содержание СО₂ в 60 раз превышает его количество в атмосфере. Мировой океан выступает мощной буферной емкостью, существенно влияющей на содержание СО₂ в атмосфере.

Отступление. Источниками поступления газов в природные воды является атмосфера и обитающие в ней живые организмы. Растворимость (S) зависит от природы газа, температуры, давления, а также растворенных в воде солей.

В морской воде и воде соленых озер растворимость газов уменьшается примерно на 25% и выражается формулой Сеченова:

ln = k×c, или S₀ = S e^kc или S = S₀ e^-kc

где S₀ и S – растворимость газа в чистой воде и в растворе электролита, концентрация которого с; k – постоянная, зависящая от природы газа, электролита и температуры.

Из термодинамики растворов известно, что парциальная мольная функция Гиббса является термодинамической функцией, называемой химическим потенциалом, т.е.

m_{i  =} m_i  0.

Состоянию равновесия:

газ D водный раствор газа,

отвечает равенство химических потенциалов:

m^ж(г) = m^г(г),

где верхние индексы химических потенциалов обозначают жидкую или газообразную фазу, в которой находится газ.

Химические потенциалы газа выражаются через стандартные химические потенциалы, мольную долю в растворе и парциальное давление в газовой фазе:

в растворе m^ж(г) = m (г) + RTlnХ_г; в газе m^г(г) = m (г) + RTlnр.

Тогда m (г) + RTlnХ_г = m (г) + RTlnр,

откуда = е ^{[m (г) - m (г)]/RT}

или Х_г = ре ^{[m (г) - m (г)]/RT}

Разность [m (г) - m (г)] больше нуля, т. к. по сути своей соответствует эндотермическому процессу перехода газа из раствора в газообразную фазу (испарение). Следовательно, с ростом температуры при постоянном давлении мольная доля растворенного газа Х_г (соответственно растворимость S) уменьшается. При постоянной температуре растворимость газа увеличивается с увеличением давления.

Эмпирическая формула зависимости растворимости газа от давления при постоянной температуре выражается законом Генри:

Х_{г =} К×р,

которому мы дали термодинамическое обоснование.