ТОП 10:

Растворимость газов, жидкостей и твердых веществ в воде



 

Растворимость (S) — это способность вещества растворяться в данном растворителе. Она равна содержанию растворенного вещества в его насыщенном растворе при данной температуре.

Растворимость зависит от природы веществ и термодинамических параметров системы. Влияние природы веществ на растворимость описывается правилом: «Подобное растворяется в подобном». Другими словами, полярные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные — в неполярных. Например: поваренная соль NaCl хорошо растворима в воде и плохо в бензоле; I2 хорошо растворим в бензоле и плохо в воде.

Растворение газов в воде можно представить схемой:

А(газ) + Н2О А(раствор), DрН<О

В соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры равновесие смещается влево, т.е. растворимость уменьшается, а при понижении температуры вправо, растворимость увеличивается (таблица 3).

 

Таблица 3 — Растворимость газов (л/1л Н2О) при р = 1 атм.

Газ Температура, ºС
N2 0,0235 0,0154 0,0095
O2 0,0489 0,0310 0,0172
NH3

 

В соответствии с принципом Ле Шателье при увеличении давления равновесие смещается вправо, т.е. растворимость газов растет. Количественная зависимость растворимости газа от давления описывается уравнением Генри (1803 г.):

S = k·p,

где k — константа Генри,

p давление газа над раствором.

Закон Генри позволяет вскрыть причины возникновения кессонной болезни.Она возникает у водолазов, летчиков и представителей других профессий, которые по роду деятельности быстро переходят из среды с высоким давлением в среду с низким давлением.

В период пребывания человека в среде с высоким давлением его кровь и ткани насыщаются азотом (N2) и частично углекислым газом (СО2). Накопления кислорода не происходит, так как он расходуется на физиологические процессы в организме. При быстром переходе человека в среду с низким давлением происходит выделение избыточных количеств растворенных газов, которые не успевают диффундировать через легкие и образуют газовые пробки в тканях и кровеносных сосудах. Это приводит к закупорке и разрыву кровеносных капилляров, накоплению пузырьков газа в подкожной жировой клетчатке, в суставах, в костном мозге. Симптомами кессонной болезни являются головокружение, зуд, мышечные и загрудинные боли, нарушение дыхания, паралич и смерть.

На растворимость газов влияет присутствие электролитов в растворе. Эта зависимость описывается уравнением Сеченова (1859 г.):

S = So·e-kc

где S и So — растворимость газа в растворе электролита и чистой воде,

с — концентрация электролита,

k — константа Сеченова.

Из уравнения Сеченова следует, что чем выше концентрация электролита в растворе, тем ниже растворимость газов. Вот почему растворимость газов в воде больше, чем в плазме (таблица 4).

 

Таблица 4 — Растворимость газов в чистой воде и плазме крови при 38ºС

Газ Растворимость, объемные доли
в воде в плазме
N2 0,0137 0,0135
O2 0,0263 0,0255
СО2 0,387 0,381

 

Растворение жидкости в воде можно представить схемой:

А (ж) + Н2О А (раствор)

Основной стадией растворения жидкости в жидкости является диффузия, скорость которой возрастает с увеличением температуры. Соответственно, взаимная растворимость жидкостей усиливается с ростом температуры.

Различают три типа жидкостей:

а) неограниченно растворимые друг в друге: Н2SO4 / Н2О, С2Н5ОН / Н2О;

б) ограниченно растворимые: С6Н6 / Н2О

в) абсолютно нерастворимые: Hg / H2O.

Если в систему из двух несмешивающихся жидкостей добавить третий компонент, то отношение его концентраций в каждой жидкости есть величина постоянная при данной температуре (закон распределения Нернста-Шилова) (рисунок 6).

Рисунок 6 — Закон распределения Нернста-Шилова

Закон Нернста-Шилова – теоретическая основа экстракции, одного из способов разделения смесей.

 

Растворение твердых веществ в воде описывается схемой:

А (к) + Н2О А (раствор), Dр Н > О

Если растворяется труднорастворимый электролит (соль, основание или кислота), то гетерогенное равновесие между твердым веществом и его ионами в насыщенном растворе можно представить схемой:

AnBm (к) nAm+(aq) + mBn- (aq).

Данное равновесие характеризуется при помощи константы растворимости Ks, являющейся константой гетерогенного равновесия:

Ks = [A+]n · [B-]m

Для бинарных электролитов n = m = 1, следовательно

Ks = [A+] · [B-].

Соответственно S2s, и S =

Например, при растворении труднорастворимой соли BaSO4 в воде устанавливается гетерогенное равновесие между кристаллами вещества и его ионами в насыщенном растворе:

BaSO4 (к) Ba2+(aq) + SO42-(aq)

Согласно закону действующих масс, KS = [Ba 2+] [SO42-] = 1,1·10-10.

Отсюда S = .

Чем меньше Ks, тем ниже растворимость вещества и легче формируется осадок труднорастворимого электролита.

Условие образования осадка труднорастворимого электролита можно сформулировать следующим образом: осадок выпадает из насыщенных и пересыщенных растворов. В насыщенном растворе [A+]·[B-] = Ks, а в пересыщенном растворе [A+]·[B-] > Ks

Одним из наиболее важных гетерогенных процессов in vivo является образование костной ткани. Основным минеральным компонентом костной ткани является кальций гидроксофосфат (гидроксоаппатит) Са5(РО4)3ОН.

Процесс формирование костной ткани можно представить следующим образом. В крови при рН = 7,4 в приблизительно равных количествах находятся анионы НРО42– и Н2РО4, а также катионы Са2+. После сравнения констант растворимости CаНРО4S = 2,7∙10–7) и Cа(Н2РО4)2S = 1∙10–3), становится очевидным, что менее растворимой является соль СаНРО4. Вследствие этого, именно СаНРО4 образуется на первой стадии формирования костной ткани:

Са 2+ + НРО42– СаНРО4.

Дальнейшее формирование гидроксоаппатита протекает в соответствии с уравнениями:

3 СаНРО4 + Са2+ + 2 ОН Са4Н(РО4)3 + 2 Н2О,

Са4Н(РО4)3 + Са2+ + 2 ОН Са5(РО4)3ОН + Н2О.

Константа растворимости гидроксоаппатита очень мала (КS = 10-58), что свидетельствует о высокой устойчивости костной ткани.

При избытке ионов Са2+ в крови равновесие сдвигается вправо, что приводит к обызвествлению костей. При недостатке Са2+ равновесие сдвигается влево; происходит разрушение костной ткани. У детей это приводит к рахиту,у взрослых развивается остеопороз.

При недостатке кальция в костной ткани его место могут занять ближайшие электронные аналоги: бериллий и стронций. Их накопление вызывает соответственно бериллиевый и стронциевый рахит (повышенная ломкость и хрупкость костей). При инкорпорации радиоизотопа Sr-90 в костную ткань происходит облучение костного мозга, что может привести к лейкозу и другим онкологическим заболеваниям. Кальций блокирует накопление организмом радиоактивного стронция.

 

Лекция 5







Последнее изменение этой страницы: 2016-06-23; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.207.255.49 (0.008 с.)