Какова растворимость газов в воде?
Нам известно, что газы могут растворяться в воде. Рыбы дышат растворенным в воде кислородом, морским водорослям растворенный в воде углекислый газ необходим для реакции фотосинтеза – а нам нравится, когда в напитках присутствует шипучий CO2. В данной таблице приводятся коэффициенты растворимости (в литрах газа на литр вода при давлении 1 бар и температуре 20 °C), которые являются критерием растворимости отдельных газов в воде:
| ГАЗ | КОЭФФ.РАСТВОРИМОСТИ |
| Метиламин | 757 |
| Аммиак | 685 |
| Бромистый водород | 532 |
| Хлористый водород | 448 |
| Метилхлорид | 317 |
| Триметиламин | 180 |
| Диметиламин | 118 |
| Диоксид серы | 39 |
| Диметилэфир | 35 |
| Метилмеркаптан | 11 |
| Метилвинилэфир | 3,86 |
| Сероводород | 2,59 |
| Хлор | 2,26 |
| Этиленоксид | 1,89 |
| Винилхлорид | 1,07 |
| Ацетилен | 1,04 |
| Диоксид углерода | 0,879 |
| Динитроген моноксид | 0,665 |
| Арсин | 0,23 |
| Пропилен | 0,23 |
| 1,3-Бутадиен | 0,202 |
| Этилен | 0,119 |
| Оксид азота | 0,048 |
| Этан | 0,043 |
| Пропан | 0,039 |
| Аргон | 0,034 |
| n-Бутан | 0,034 |
| Метан | 0,033 |
| i-Бутан | 0,033 |
| Кислород | 0,031 |
| Оксид углерода | 0,023 |
| Водород | 0,018 |
| Азот | 0,016 |
| Гелий | 0,0083 |
| Гексафторид серы | 0,0056 |
| Тетрафторметан | 0,0038 |
Растворимость – это такой баланс, при котором количество растворенного газа пропорционально парциальному давлению в газообразной фазе над поверхностью воды. Если нам известно атмосферное давление и соответствующая концентрация газа, то можно вычислить максимальную концентрацию растворенного в воде газа, умножив значение парциального давления газа на указанный в таблице коэффициент растворимости:
Пример:
20.9 об. % кислорода с атмосферным давлением 1000 мбар создают парциальное давление 0.209 бар O2, таким образом, 1 литр воды содержит 0.031 ∗ 0.209 = 0.00648 литра или 6.5 мл кислорода. Азот (парциальное давление 0.791 бар N2) растворяется хуже, 1 л воды содержит 0.016 ∗ 0.791 = 0.01266 л или 12.7 мл азота. В воде у нас 34 об. % кислорода. Рыбы этим довольны.
Газированная вода производится посредством растворением в воде CO2 под давлением 2 бара. Можно вычислить содержание CO2, оно составляет 0.879 ∗ 2 = 1.75 л CO2, растворенных в 1 л воды.
Как вы видите, некоторые газы растворяются в воде очень быстро и очень эффективно. Именно поэтому в качестве мер безопасности широко распространено использование водяных распылителей и “водяных завес”, например, для снижения угрозы здоровью при выбросах значительных объемов аммиака или HCl.
Помните, что растворимость зависит от температуры. Чем выше температура воды, тем меньше газа можно в ней растворить. По этой причине для растворения загрязняющих газов в воздухе их пропускают сквозь холодную воду, тогда как при нагревании происходит десорбция и высвобождение растворенных в воде газов (часто этому способствует падение давления).
Тонкий слой водяного конденсата на входном отверстии электрохимического сенсора может создать определенные проблемы, растворяя, например, H2S или NH3, в результате этого уменьшаются показания сенсора.
Отсюда вывод: избегайте образования конденсата!
