انحلال پذیری گازها در آب

چکیده: فشار، دما و نوع گاز از جمله عواملی هستند که بر انحلال پذیری گازها در آب تاثیرگذارند. در این درس این عوامل را در ارتباط با حلالیت گازها در آب بررسی می کنیم.

شرح درس:
شرایط ایده آل برای انحلال پذیری گازها در آب دمای پایین و فشار زیاد است. در درس قانون هنری به تفصیل پیرامون اثر فشار بر انحلال پذیری گازها صحبت شد و بیان شد که بر طبق قانون هنری انحلال پذیری گازها در آب با فشار رابطه مستقیم دارد.
در مورد اثر دما باید گفت از آنجا که حل شدن گازها در آب با کاهش آنتروپی همراه است به این شرط می تواند خود به خود پیشرفت کند که گرماده باشد. همانطور که از مبحث انرژی آزاد گیبس در فصل ترمودینامیک به یاد دارید، اگر علامت ∆S  منفی باشد (نامساعد)، تنها در صورتی واکنش خود به خودی است که عامل تغییر آنتالپی ∆H مساعد بوده و منفی باشد و این امر طبق معادله انرژی آزاد گیبس در دماهای پایین محقق خواهد شد.

یادآوری: اگر علامت∆G  منفی باشد؛ تغییر خود به خودی است.

نوع گاز نیز بر انحلال پذیری گازها در آب موثر است. در گازهای مختلف قطبیت مولکول ها و جرم مولکولی آن ها متفاوت بوده و بر میزان انحلال پذیری آن ها تاثیر گذار است. هرچه مولکول های گاز قطبی تر باشند به میزان بیشتری در حلال های قطبی مثل آب حل می شوند.

همانطور که در این جدول مشاهده می کنید، انحلال پذیری گاز HCl از سایر گازهای مطرح شده بیشتر است زیرا HCl در آب یک اسید قوی بوده که به طور کامل یونیزه می شود و یون های حاصل از آن به شدت آبپوشی شده و جاذبه قوی ناشی از آبپوشی آنها سبب پیشرفت خود به خودی انحلال می شود.

در مورد گاز NH₃ نیز می توان گفت از آنجا که مولکول های این گاز می توانند به خوبی با مولکول های آب پیوند هیدروژنی برقرار کنند انحلال پذیری آن از سه گاز دیگر بیشتر است.

انحلال پذیری گاز CO₂  نیز از گازهای O₂ و N₂ بیشتر بوده و علت آن به حجم بیشتر یک مولکول های این گاز بستگی دارد. ابر الکترونی لایه ظرفیت اتم های گاز CO₂ راحت تر جا به جا شده و تشکیل پیوندهای دوقطبی القایی آسان تر است.

بیشتر بودن میزان انحلال پذیری گاز O₂ نسبت به N₂ نیز به مرتبه پیوندهای موجود در این دو مولکول مربوط می شود. از آنجا که در مولکول N₂ پیوند سه گانه N≡N وجود دارد و نسبت به پیوند دوگانه O=O در مولکول  O₂ کوتاه تر است، قابلیت جا به جایی ابر الکترونی اتم های آن کمتر بوده و دو قطبی القایی سخت تر ایجاد می شود و جاذبه مولکول های N₂ با مولکول های آب کمتر خواهد بود.

ترتیب انحلال پذیری این گازها ( به غیر از HCl به علت یونش کامل) را می توان از روی نقطه جوش آن ها نیز توجیه کرد. هرچه نقطه جوش گازی بالاتر باشد نیروی بین مولکولی آن از لحاظ بزرگی به نیروی بین مولکولی آب نزدیکتر خواهد بود و گازی که نقطه جوش بیشتری دارد بهتر در آب حل می شود. البته این قانون در بعضی موارد کاربرد ندارد. به عنوان مثال اگر انحلال گازی با یونش همراه باشد حتی اگر نقطه جوش آن كم‌تر و نیروی بین مولكولی آن ضعیف‌تر باشد می تواند انحلال‌پذیری بیش‌تری داشته باشد.

اما اگر دو گاز به مقدار ناچیزی یونیده شوند گازی كه نیروی بین مولكولی و نقطه جوش بیش‌تری دارد انحلال‌پذیری بیش‌تری درآب دارد.

اگر شرایط قطبیت مولکول ها مشابه باشد، مولکول های سنگین تر نسبت به مولکول های سبک تر انحلال پذیری بیشتری دارند. به عنوان مثال در بین گازهای H₂ , N₂ , CH₄ , O₂ , Ar ، با کاهش جرم مولکولی انحلال پذیری از راست به چپ کاهش می یابد.

---

مرکز یادگیری سایت تبیان – تهیه و تنظیم: مهسا شاه حسینی