溶解度(概念,分壓定律,亨利定律,氣體吸收系數(shù),分配定律)

　　（一）分壓定律

　　混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。這一定律稱為分壓定律。這種關(guān)系可用數(shù)學(xué)式表示。

p=p₁+p₂+p₃+…

　　式中，p是混合氣體的總壓力，p1,p2,p3等是各組分氣體的分壓力。

　　混合氣體中每一種氣體的分壓力，可由總壓力和該氣體在混合氣體中所占的體積百分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)的乘積來(lái)計(jì)算：

p₁=p×(%V₁)

　　或　 p₁=p×x₁

　　式中，p為氣體總壓力，%V1為氣體1的體積百分?jǐn)?shù)，x₁為氣體1的摩爾分?jǐn)?shù)。

　　例1　人的肺泡氣總壓力為101.325kPa，37℃時(shí)，它的組成用體積百分?jǐn)?shù)表示分別為：O₂為13.4%，CO₂為5.3%，N₂為75%，H₂O（蒸汽）為6.3%，試求各氣體在肺泡中的分壓。

　　解：p_o2=101.325kPa×13.4%=13.6kPa

　　p_CO2=101.325kPa×5.3%=5.4kPa

　　p_N2=101.325kPa×75%=76.0kPa

　　p_H2O=101.325kPa×6.3%=6.4kPa

　　(二)亨利定律

　　1803年亨利（Henry）從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出一條規(guī)律，其內(nèi)容是：“在一定溫度下，氣體溶解達(dá)到平衡時(shí)，氣體在液體中的溶解度和氣相中該氣體的分壓成正比�！边@一規(guī)律稱為亨利定律�？捎脭�(shù)學(xué)式表示：

c=Kp　(1-1)

　　式中，c為氣體在液體中溶解度，一般是指1kg水中溶解氣體的質(zhì)量（克）；p為液面上氣體的平衡分壓；K為常數(shù)，是該氣-液體系的特征常數(shù)。

　　必須注意，亨利定律只適用于壓力不大（一般為202.3～303.9kPa）和溶解度很小的氣體。溫度越高或壓力越低，在稀溶液中應(yīng)用亨利定律能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。另外，亨利定律只適用于不與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，即溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)必須是相同的。

　　例2　在0℃，平衡壓力為303.9kPa。氧氣的溶解度為0.2085g/1000g水。求在同溫度、平衡壓力為202.6kPa下氧氣的溶解度。

　　解:由式(1-1)先求K值:

K=c/p=0.2085/303.9=0.000686(g/1000g水•kPa)

　　對(duì)于一定氣體和溶劑,在一定溫度下,K是一個(gè)常數(shù),與氣體的壓力無(wú)關(guān).在平衡壓力為202.6kPa時(shí)，將K值代入式（1-1），則得在水中溶解度為：

c=Kp=0.000686×202.6=0.139(g/1000g水)

　　亨利定律在醫(yī)學(xué)上有許多應(yīng)用實(shí)例。例如，使用麻醉氣體時(shí)，氣體的分壓越大，則它在血液中的溶解度就越大。高壓氧氣艙的壓力為202.6-253.25kPa,比常壓為大,因此溶于病人血液的氧氣就越多.利用亨利定律還可以解釋人在呼吸過程中O2和CO2的交換等。

　�。ㄈ�）氣體吸收系數(shù)

　　由于氣體的體積比質(zhì)量容易測(cè)定，所以氣體的溶解度以溶解氣體的體積表示比較方便。為了表示各種氣體在不同溫度和分壓下的溶解度，規(guī)定將不同狀態(tài)下所溶解氣體的體積，均換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)。

　　氣體吸收系數(shù)（a）是指在一定溫度下，1體積的液體在該氣體分壓為101.3kPa下,所能溶解氣體的體積.氣體體積如果不是標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃,101.3kPa),一般要換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況.如在20℃和氫氣分壓為101.3kPa下,1L水能溶解氫氣0.0195L.根據(jù)查理(Charles J.A.C.)定律可將其換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積:

0.0195L×273K/(273+20)K=0.0182(L)

　　0.0182即是在20℃時(shí)，101.3kPa下,氫氣在水中的吸收系數(shù)。

　　與醫(yī)學(xué)有關(guān)的氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)列于表1-2。

表1-2 37℃時(shí)氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)

　　從表1-2可以看出,當(dāng)水中含有其他雜質(zhì)時(shí),氣體的溶解度減少,尤其是有鹽類存在時(shí).由于鹽類離子與水分子形成水合離子,這時(shí)影響則更大.血漿中含有鹽類和蛋白質(zhì)等,故氣體在血漿中的溶解度比在水中要小.

　　利用表1-2的吸收系數(shù),根據(jù)肺泡中O₂,CO₂,N₂的分壓,就能算出它們?nèi)芙庠谘獫{中的體積百分?jǐn)?shù).

　　已知肺泡氣體中Po₂=13.6kPa,Pco₂=5.3kPa.P_N2=76.0kPa.因此,100mL血漿中所溶解的三種氣體的體積百分?jǐn)?shù)為：

　　O₂%=0.0214×13.6/101.3×100=0.287(mL/100mL血漿)

　　CO₂%=0.515×5.3/101.3×100=2.69(mL/100mL血漿)

　　N₂%=0.0118×76/101.3×100=0.885(mL/100mL血漿)

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