Розчинність газів в рідинах у присутності електролітів знижується; відбувається висолювання газів.

 

Математичний вираз закону Сєченова має наступний вигляд:

 

с(Х)=с_o(Х)е^-Kc с_е (2.2)

де с (X) - розчинність газу X у присутності електроліту; с_o(Х) - розчинність газу X в чистому розчиннику; с_е - концентрація електроліту; е - основа натурального логарифму; Кс - константа Сєченова, залежна від природи газу, електроліту і температури.

Одною з причин, що приводить до зменшення розчинності газів, у присутності електролітів, є гідратація (сольватація) іонів електролітів молекулами розчинника. В результаті цього процесу зменшується число вільних молекул розчинника, а отже, знижується його розчинювальна здатність.

Біологічне значення законів Генрі – Дальтона і Сєченова. Закони Генрі – Дальтона і Сєченова мають велике практичне значення як в хімії, так і в медицині. Зміна розчинності газів в крові при зміні тиску можуть викликати важкі захворювання.

Кесонна хвороба, від якої зазвичай страждають водолази, - прояв закону Генрі. На глибині, наприклад, 40 м нижче за рівень морить загальний тиск підвищується приблизно в 4 рази і складає близько 400 кПа. Розчинність азоту в плазмі крові при такому тиску відповідно до закону Генрі в 4 рази більше, ніж на поверхні моря. Якщо піднімати водолаза дуже швидко на поверхню, то тиск в легенях різко знижується і, отже, значно знижується розчинність газів в плазмі крові. Внаслідок цього частина газів виділяється з крові у вигляді бульбашок. Ці бульбашки газів закупорюють дрібні судини в різних органах і тканинах (емболія), може привести до важкого ураження тканин і навіть загибелі людини. Аналогічна картина може виникнути і в результаті різкого зменшення тиску при розгерметизації скафандрів льотчиків-висотників, кабін літаків і апаратів, що спускаються (мал. 2.9, б).

Останнім часом при лікуванні газової гангрени і ряду інших захворювань, при яких накопичуються мікроби в тканинах, що омертвіли, застосовують гіпербаричну оксигенацію, тобто поміщають хворих в барокамери з підвищеним тиском кисню в повітрі: При цьому поліпшується постачання тканин киснем і у багатьох випадках такий спосіб лікування дає добрі результати.

Проявом закону Генрі – Дальтона і моделлю емболії є утворення рясної піни при відкупорюванні пляшки шампанського або газованої води. Тут має місце пониження розчинності і виділення вуглецю діоксиду СО₂ при пониженні його парціального тиску.

Відповідно до закону Сєченова не тільки електроліти, але і білки, ліпіди і інші речовини, вміст яких в крові може мінятися у відомих межах роблять істотний вплив на розчинність кисню і вуглецю діоксиду в крові.

 

2.3 Розчинність рідин та твердих речовин у рідинах. Залежність

розчинності від температури, природи розчинної речовини та

розчинника. Розподіл речовини між двома рідинами, що не змішуються.

Закон розподілу Нернста та його значення в явищі проникності

біологічних мембран.

Розчинність твердих і рідких речовин в рідинах. При розчиненні твердих і рідких речовин у воді об'єм системи зазвичай змінюється трохи, тому тиск практично не впливає на розчинність таких речовин. Тільки при дуже високому тиску цей вплив стає помітним. Так, наприклад, розчинність NН₄ NO₃ у воді знижується майже удвічі при підвищенні тиску до 10⁶ кПа.

Залежність розчинності твердих речовин від температури визначається знаком і числовим значенням теплоти розчинення ΔH _{розчин.}.

Якщо до рівноважної системи «тверда речовина + розчинник» (насичений розчин) застосувати принцип Ле - Шателье, то можна прийти до висновку: у тих випадках, коли процес розчинення є ендотермічним (ΔН > 0), підвищення температури приводить до збільшення розчинності. Коли розчинення - процес екзотермічний (ΔН <0), із зростанням температури розчинність знижується.

Зручно залежність між розчинністю і температурою зображати графічно у вигляді кривих розчинності.

При змішенні двох рідин можливі три варіанти: 1) необмежена розчинність; 2) обмежена розчинність; 3) практично повна нерозчинність.

Наприклад, спирт і вода необмежено розчинні один в одному, інакше кажучи, утворюють гомогенну (однофазну) систему при змішенні в будь-яких пропорціях.

Обмежена розчинність рідин спостерігається, наприклад, при змішенні води

і аніліну, води і фенолу, аніліну і гексану. Так, якщо змішати анілін і гексан при кімнатній температурі, то утворюються два шара: верхній є насиченим розчином аніліну в гексані, і нижній - насичений розчин гексану в аніліні.

З підвищенням температури розчинність аніліну в гексані і гексану в аніліні збільшується до тих пір, поки буде досягнута температура, вище за яку утворюються гомогенні анілін-гексанові розчини. Зростання взаємної розчинності обумовлюється ендотермічністю (ΔН _розчин.> 0) процесу розчинення.

Склад суміші гексану і аніліну зручно виразити в молярних долях компонентів х(Х₁), що змінюються від 0 до 1. Тоді для всіх сумішей виконується співвідношення:

 

х(С₆Н₁₄) + х(С₆Н₅NН₂) = 1 или х(С₆Н₁₄) = 1 - х(С₆Н₅NН₂)

Діаграма залежності взаємної розчинності цих рідин від температури набуває компактного вигляду.

Температуру, вище за яку взаємна розчинність рідин стає необмеженою при будь-яких їх співвідношеннях, називають верхньою критичною температурою розчинення Ткр.

Так, вище Ткр = 333 К анілін і гексан стають необмежено розчинними один в одному при будь-яких співвідношеннях.

Прикладом практично повністю нерозчинних один в одному рідин є бензол і вода.

Біологічна роль розчинності речовин перш за все пов'язана із здатністю їх проходити через біологічні мембрани. При транспорті чужорідних для живих організмів сполук - лікарських препаратів і їх метаболітів за допомогою простої дифузії тільки жиророзчинні неіонізовані молекули легко проходять через мембрани (мал. 2.8). Внаслідок цього неелектроліти транспортуються відповідно до їх розчинності в ліпідах (відносяться до головних компонентів мембран), а електроліти - відповідно до ступеня їх дисоціації і розчинності в ліпідах недиссоційованих молекул.

 

У посудині з двома рідинами, що не змішуються, відбувається розподіл доданої в посудину речовини між рідинами пропорційно його розчинності в кожній з них. Розподіл речовин між двома рідинами, що не змішуються, підкоряється закону Нернста - Шилова:

 

при постійній температурі відношення рівноважних концентрацій розчиненої речовини, що розподілилася між двома рідинами (фазами), що не змішувалися, є величиною постійною, не залежною від загальної кількості компонентів:

 

Сα(Х)

К_н(Х) = ---------

С_β(Х)

 

де Кн (X) - коефіцієнт розподілу речовини X, не залежний від концентрації; Сα (Х), С_β (Х) - молярні концентрації розчиненої речовини X у фазах α та β відповідно.

Закон застосовний у такому вигляді, коли розчинена речовина дисоціює і не асоціює ні в одній з фаз. У подібних випадках обмеження може бути усунене урахуванням впливу цих реакцій на концентрацію розчиненої речовини.

Проте на практиці зручніше користуватися загальним коефіцієнтом розподілу:

 

 

[загальна концентрація усіх форм X] α

К^о_н(Х) = ----------------------------------------------------

[загальна концентрація усіх форм X] β

 

 

Де К°н (X) - загальний коефіцієнт розподілу, α та β - фази. Для речовин-неелектролітів, які не дисоціюють жодною з фаз, Кн (X) = К°н (X) і К°н (X) не залежить від кислотності середовища (рН). Для речовин-електролітів К°н (X) залежить кислотності середовища.

Якщо, наприклад, до двофазної системи вода (α) - тетрахлорид вуглецю (β) додати деяку кількість йоду, збовтати і дати рідини відстоятися, то після встановлення рівноваги при кімнатній температурі концентрація йоду в ССl (малиновий шар) опиниться в 85 разів більше, ніж у воді (жовтий шар) (мал. 2.20), тобто коефіцієнт розподілу йоду

 

С_β(I₂)

В системі СС1₄—Н₂О К_н (I₂) = ------= 85.

Сα(I₂)