RozpuszczalnośćrozpuszczalnośćRozpuszczalność to zdolność substancji do tworzenia z innymi substancjami roztworówroztwórroztworów jednorodnych.

Na proces rozpuszczania w cieczy zawsze mają wpływ siły międzycząsteczkowe, jednak w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy, w czasie rozpuszczania gazów jedynym czynnikiem energetycznym, który wpływa na rozpuszczalność, są oddziaływania substancja rozpuszczona‑rozpuszczalnik. Nie istnieją zaś oddziaływania substancja rozpuszczona‑substancja rozpuszczona, ponieważ atomy (lub cząsteczki) gazu są daleko od siebie zlokalizowane i nie doświadczają istotnych interakcji ze sobą.

„Podobne rozpuszcza się w podobnym”. Rozpuszczalność tlenu w wodzie jest ok. trzy razy większa niż helu, co jest spowodowane występowaniem większych sił dyspersyjnych między cząsteczkami wody, a większymi od atomów helu cząsteczkami tlenu. Natomiast polarne cząsteczki chloroformu (${\text{CHCl}}_3$) mają stukrotnie większą rozpuszczalność od cząsteczek tlenu, ponieważ ulegają przyciąganiu z cząsteczkami wody na skutek oddziaływań typu dipol‑dipol.oddziaływania typu dipol‑dipoldipol‑dipol.

Rozpuszczalność gazów maleje wraz ze wzrostem temperatury.

R8o2775rRDbBi

Ilustracja przedstawiająca wykres zależności rozpuszczalności gazów w wodzie od temperatury. Wszystkie rozpuszczalności zmierzono przy stałym ciśnieniu $\mathrm{101,3}$ kiloPascala (jednej atmosferze) gazu nad roztworami. Oś pozioma reprezentuje temperaturę w zakresie od zera do trzydziestu stopni Celsjusza. Z kolei oś pionowa odpowiada rozpuszczalności wyrażonej w molach razy decymetr sześcienny razy dziesięć do minus trzeciej w zakresie od zera do dwóch i pół. Idąc od dołu najniżej znajduje się wykres dla helu, który to zaczyna się przy około $\mathrm{0,45}$. Dalej nieznacznie maleje, osiągając wartość $\mathrm{0,4}$ przy temperaturze wynoszącej $30$ stopni Celsjusza. Powyżej znajduje się wykres dla azotu, który to ma początek przy wartości wynoszącej około $\mathrm{0,85}$ dla temperatury równej około $3$ stopnie Celsjusza, następnie przechodzi on między innymi przez punkty $\left(10; 0,75\right)$, $\left(20; 0,55\right)$, $\left(30; 0,50\right)$. Następnie, przedstawiono wykres dla tlenku węgla(<math aria‑label="dwa">II), który stanowi krzywa malejąca, do której należą między innymi następujące punkty: $\left(3; 1,50\right)$, $\left(10; 1,25\right)$, $\left(20; 0,99\right)$, $\left(30; 0,85\right)$. Powyżej znajduje się wykres dla tlenu, który stanowi krzywa reprezentująca funkcję malejącą. Do krzywej należą między innymi następujące punkty: $\left(3; 1,90\right)$, $\left(10; 1,75\right)$, $\left(20; 1,30\right)$, $\left(30; 1,10\right)$. Ostatni wykres odpowiada rozpuszczalności metanu, który to stanowi krzywa funkcji malejącej, do której należą między innymi następujące punkty: $\left(3; 2,30\right)$, $\left(10; 1,80\right)$, $\left(20; 1,45\right)$, $\left(30; 1,25\right)$.

Ciekawostka

RtP5dzN5yvIsW

Zdjęcie podwodne przedstawiające ławicę ryb. Ujęcie od strony dna ukazujące światło słoneczne przechodzące przez taflę wody.

Odwrotna zależność rozpuszczalności gazów od temperatury ma duży wpływ na środowisko naturalne. Gdy temperatura wody w rzece, jeziorze lub strumieniu wzrasta, rozpuszczalność zawartego w niej tlenu maleje. Taka sytuacja może mieć poważne konsekwencje dla właściwego funkcjonowania ekosystemów wodnych i w najgorszych przypadkach może prowadzić do wymierania ryb na dużą skalę.

Rozpuszczalność gazów zależy od ciśnienia i rośnie wraz z jego wzrostem.

Analizując poniższy wykres, można zauważyć prawdziwość powyższego stwierdzenia. I chociaż zwiększenie ciśnienia powoduje wzrost rozpuszczalności gazów, to wpływ ten dla różnych typów gazów jest zróżnicowany. Na poniższym wykresie można zauważyć, że jest on bardzo duży dla tlenku węgla($\text{IV}$), ale już dla samego tlenu nie powoduje tak znaczących zmian w rozpuszczalności.

RcPJzH9oXAQQP

Ilustracja przedstawiająca wykres zależności rozpuszczalności gazów w wodzie od ciśnienia w temperaturze <math aria‑label="sześćdziesięciu stopni Celsjusza">60°C. Oś pozioma reprezentuje ciśnienie wyrażone w hekto Paskalach w zakresie od zera do sześciuset, a oś pionowa rozpuszczalność podaną w gramach na sto gramów wody w zakresie od zera do do sześciu setnych grama. Wykres dla dwutlenku węgla ma postać prostej mającej początek w punkcie $\left(\text{0; 0}\right)$. Ostatni punkt należący do wykresu odpowiada ciśnieniu równemu dwustu hekto Paskali oraz rozpuszczalności wynoszącej $\mathrm{0,06}$ grama na sto gramów wody. Wykres reprezentujący rozpuszczalność tlenu również ma charakter liniowy i rozpoczyna się w początku układu współrzędnych, zaś ostatni punkt należący do wykresu znajduje się przy ciśnieniu wynoszącym 500 hektoPascali i rozpuszczalności $\mathrm{0,01}$ grama na sto gramów wody.

Ciekawostka

R1L4ywSUumLGq

Zdjęcie przedstawiające dwie szklanki z zielonym napojem gazowanym. W jednej z nich znajduje się niebeska słomka.

Przykładem właściwie ilustrującym to zjawisko są napoje gazowane. Proces nasycania napojów tlenkiem węgla($\text{IV}$) polega na działaniu na nie gazowym tlenkiem węgla($\text{IV}$) o stosunkowo wysokim ciśnieniu, a następnie uszczelnieniu pojemnika z napojem. Po otwarciu butelki, można usłyszeć charakterystyczny dźwięk „syknięcia” – wówczas maleje ciśnienie, a tym samym rozpuszczalność, dlatego  obserwuje się uwalnianie części rozpuszczonego dwutlenku węgla z roztworu. Początkowo roztwór jest nasycony tlenkiem węgla($\text{IV}$), pod stosunkowo wysokim ciśnieniem, jednak po otwarciu butelki po pewnym czasie dojdzie do wyrównania zawartości tlenku węgla($\text{IV}$) zgodnie z jego rozpuszczalnością.

Efektywność rozpuszczania gazu w wodzie pod danym ciśnieniem jest odwrotnie proporcjonalna do zmian temperatury:

• podwyższenie temperatury – powoduje zmniejszenie ilości gazu w mieszaninie;

• obniżenie temperatury – powoduje zwiększenie ilości gazu w mieszaninie.

Efektywność rozpuszczania gazu w wodzie w danej temperaturze jest wprost proporcjonalna do zmian ciśnienia:

• zwiększenie ciśnienia – powoduje zwiększenie ilości gazu w mieszaninie;

• zmniejszenie ciśnienia – powoduje zmniejszenie ilości gazu w mieszaninie.

Ciekawostka

RWSFee3CNSOMz

Zdjęcie przedstawiające drewniany pomost nad brzegiem jeziora. W tle po prawej i po lewej stronie znajdują się drzewa porastające brzeg. Nad horyzontem rozciągają się fioletowawe chmury, nad którymi rozpostarte jest błękitne niebo.

Gazy mogą tworzyć roztwory przesycone i nie jest to tylko sztucznie generowane przez producentów napojów gazowanych, lecz może również występować naturalnie w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury. Przesycenie wody tlenkiem węgla($\text{IV}$) nad jeziorem Nyos w Kamerunie $21$ sierpnia $1986$ roku było przyczyną śmierci $1746$ osób i wielu tysięcy sztuk bydła, antylop oraz gryzoni w promieniu $25$-$30$ kilometrów od jeziora. Do tragedii doszło wskutek gwałtownego wydzielania się tlenku węgla($\text{IV}$), nagromadzonego w pokładach geologicznych pod powierzchnią zbiornika wodnego. Woda na dnie jeziora Nyos była przesycona tlenkiem węgla($\text{IV}$), ze względu na aktywność wulkaniczną (pod jeziorem). W wyniku ogrzewania, z wód jeziora, uwolnionych zostało ok. $\mathrm{1,6}$ miliona ton ${\text{CO}}_2$. Ten bezbarwny gaz, o gęstości większej od gęstości powietrza, spłynął po zboczu góry do dwóch sąsiadujących dolin, dusząc ich mieszkańców.

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Czynniki wpływające na szybkość rozpuszczania się w wodzie, Platforma edukacyjna Ministerstwa Edukacji i Nauki, online: https://epodreczniki.pl/a/czynniki-wplywajace-na-szybkosc-rozpuszczania-sie-substancji-w-wodzie/DYNLy4Koc, dostęp: 28.01.2021.

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i niorganiczna, Gdynia 2005.