Номер 705, страница 124 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

705. Как зависит растворимость газов от давления и температуры? Где на практике используется это свойство газов?

Как зависит растворимость газов от давления и температуры?

Растворимость газов в жидкостях — это их способность образовывать с жидкостями гомогенные системы (растворы). Эта характеристика существенно зависит от двух основных параметров: давления и температуры.

Зависимость от давления:
Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью жидкости при постоянной температуре. Эта зависимость описывается законом Генри.
Согласно закону Генри, чем выше давление газа над растворителем, тем большее количество газа может раствориться в данном объеме жидкости. Это происходит потому, что повышенное давление "загоняет" большее число молекул газа в жидкость, увеличивая их концентрацию в растворе до достижения нового равновесия.
Математически закон Генри выражается формулой:
$C = k \cdot P$
где:
$C$ — молярная концентрация растворенного газа (или его массовая доля),
$P$ — парциальное давление газа над раствором,
$k$ — константа Генри, которая зависит от природы газа и растворителя, а также от температуры.

Зависимость от температуры:
В отличие от большинства твердых веществ, растворимость газов в жидкостях, как правило, уменьшается с повышением температуры.
Процесс растворения газа в жидкости является экзотермическим, то есть сопровождается выделением теплоты:
Газ (газовая фаза) ⇌ Газ (раствор) + Теплота ($\Delta H < 0$)
Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермического процесса, то есть влево, в сторону выделения газа из раствора. Поэтому при нагревании жидкости растворенный в ней газ начинает выделяться в виде пузырьков. Например, если оставить стакан холодной воды при комнатной температуре, на стенках со временем появятся пузырьки воздуха, так как с ростом температуры его растворимость в воде падает.

Ответ: Растворимость газов в жидкостях увеличивается с ростом давления (прямая пропорциональность, закон Генри) и уменьшается с ростом температуры.

Где на практике используется это свойство газов?

Зависимость растворимости газов от давления и температуры находит широкое применение в различных сферах деятельности человека и в природе:

• Производство газированных напитков: Воду или другие напитки насыщают углекислым газом ($CO_2$) под высоким давлением. При открытии бутылки давление резко падает до атмосферного, растворимость $CO_2$ снижается, и избыток газа выделяется в виде пузырьков. Хранение таких напитков в холоде позволяет дольше сохранить газ в растворенном состоянии.
• Дайвинг и кессонные работы: При погружении на глубину водолаз дышит сжатым воздухом. Из-за высокого давления газы (особенно азот) лучше растворяются в крови и тканях организма. При слишком быстром подъеме давление падает, и растворенный азот начинает выделяться в виде пузырьков, вызывая кессонную болезнь. Для предотвращения этого подъем должен быть медленным, с декомпрессионными остановками.
• Медицина (гипербарическая оксигенация): Пациентов помещают в барокамеру, где они дышат кислородом под повышенным давлением. Это увеличивает растворимость кислорода в плазме крови, что способствует лечению отравлений угарным газом, газовой гангрены и других заболеваний, связанных с кислородным голоданием тканей.
• Химическая промышленность: Многие химические синтезы, например, производство аммиака (процесс Габера-Боша) или соляной кислоты (растворение хлороводорода в воде), проводятся при контролируемых давлении и температуре для оптимизации растворения газообразных реагентов и увеличения выхода продукта.
• Жизнь в водоемах: Растворимость кислорода в воде критически важна для дыхания рыб и других водных организмов. В холодной воде кислорода растворяется больше, чем в теплой. Поэтому "тепловое загрязнение" водоемов (сброс теплой воды с промышленных предприятий) может привести к замору рыбы из-за недостатка кислорода.

Ответ: Свойства растворимости газов используются в производстве газированных напитков, в медицине (гипербарическая оксигенация), при подводных работах (учет риска кессонной болезни), в химической промышленности для проведения реакций, а также объясняют природные явления, такие как содержание кислорода в водоемах.