Калькулятор растворения газов в воде

Параметры воды

Температура воды (°C)

Давление (атм)

Солёность (‰)

Объем воды (л)

pH воды

Состав газовой смеси

Газ #1

Выберите газ

Концентрация

Результаты расчета

0 г

Общая масса растворенного газа

0 моль

Общее количество вещества

0 мг/л

Общая концентрация

Результаты по каждому газу:

Справочная информация

Расчет основан на законе Генри, который описывает растворимость газов в жидкостях. Формула: C = k * P, где C - концентрация растворенного газа, k - константа Генри, P - парциальное давление газа.

C = k * P

На растворимость также влияют температура, соленость воды, pH и природа газа. Для некоторых газов (CO₂, NH₃, SO₂) учитывается химическое взаимодействие с водой.

Калькулятор растворения газов в воде — это специализированный инструмент, позволяющий рассчитать количество газа, которое может раствориться в воде при заданных условиях. Он учитывает различные параметры, включая температуру, давление, соленость воды и pH, что делает расчеты максимально точными и соответствующими реальным условиям. При расчете, калькулятор выдаст уравнение растворения и рассчитает значения следующих показателей смеси:

✓ Коэффициент растворимости газа в моль/л·атм.

✓ Концентрацию газа в воде в моль/л.

✓ Массу растворенного газа в г.

Применение этого калькулятора эффективно для:

⟡ Для инженеров-химиков и технологов — расчет процессов абсорбции газов в различных производственных процессах.

⟡ В аквариумистике — определение оптимального содержания кислорода и других газов в воде.

⟡ Для экологов — оценка способности водоемов поглощать атмосферные газы.

⟡ В пищевой промышленности — расчет насыщения напитков углекислым газом.

⟡ Для научных исследований — изучение закономерностей растворения газов в различных условиях.

⟡ В медицине — расчет приготовления медицинских газовых смесей.

⟡ Для водоподготовки — оценка содержания растворенных газов в питьевой воде.

Теория растворимости газов в воде. Основные законы и формулы растворения

Растворимость газов в воде — это способность газов образовывать с водой гомогенные системы (растворы). Процесс растворения газов в воде регулируется несколькими физическими законами и зависит от множества факторов.

Закон Генри — основной закон, описывающий растворимость газов в жидкостях: C = k × P, где C — концентрация растворенного газа, k — константа Генри, P — парциальное давление газа.

Влияние температуры описывается уравнением Вант-Гоффа: ln(k₂/k₁) = (ΔH°/R) × (1/T₁ - 1/T₂), где ΔH° — энтальпия растворения, R — газовая постоянная, T — температура.

Влияние солености учитывается через поправочный коэффициент: kₛ = k₀ × (1 - α × S) где S — соленость, α — эмпирический коэффициент.

Для pH-зависимых газов (CO₂, NH₃, SO₂ и др.) учитывается химическое взаимодействие с водой, что значительно увеличивает их растворимость.

Растворение смесей газов: при растворении смесей газов в воде,каждый компонент растворяется независимо согласно своему парциальному давлению в смеси (закон Дальтона). Парциальное давление каждого газа рассчитывается как: Pᵢ = Pₜₒₜₐₗ × (Cᵢ/100) где Pᵢ — парциальное давление компонента, Pₜₒₜₐₗ — общее давление, Cᵢ — концентрация компонента в смеси.

Таблица растворимости газов в воде (при 25°C и 1 атм)

Примеры расчетов растворения газов и их смесей

☯ Пример 1: Растворение углекислого газа в воде

Условия: 5 литров воды, температура 10°C, давление CO₂ - 2 атм.

Расчет: При 10°C константа Генри для CO₂ составляет 0,077 моль/л·атм. Концентрация растворенного CO₂ = 0,077 × 2 = 0,154 моль/л. В 5 литрах растворится 0,154 × 5 = 0,77 моль CO₂, что составляет 0,77 × 44 = 33,88 г.

Химическая реакция: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ (угольная кислота)

☯ Пример 2: Растворение кислорода в аквариуме

Условия: 100 литров воды, температура 20°C, давление O₂ - 0,21 атм (атмосферное).

Расчет: При 20°C константа Генри для O₂ составляет 1,38×10⁻³ моль/л·атм. Концентрация O₂ = 1,38×10⁻³ × 0,21 = 2,9×10⁻⁴ моль/л. В 100 литрах растворится 0,029 моль O₂, что составляет 0,029 × 32 = 0,928 г.

☯ Пример 3: Растворение аммиака в воде

Условия: 10 литров воды, температура 25°C, давление NH₃ - 0,5 атм.

Расчет: Константа Генри для NH₃ составляет 0,57 моль/л·атм. Концентрация NH₃ = 0,57 × 0,5 = 0,285 моль/л. В 10 литрах растворится 2,85 моль NH₃, что составляет 2,85 × 17 = 48,45 г.

Химическая реакция: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ (образование гидроксида аммония)

☯ Пример 4: Растворение смеси CO₂ и O₂

Условия: 20 литров воды, температура 15°C, общее давление 1 атм, смесь: 70% CO₂ и 30% O₂.

Расчет: Парциальное давление CO₂ = 1 × 0,7 = 0,7 атм Парциальное давление O₂ = 1 × 0,3 = 0,3 атм При 15°C: Концентрация CO₂ = 0,054 × 0,7 = 0,0378 моль/л Концентрация O₂ = 1,51×10⁻³ × 0,3 = 0,000453 моль/л В 20 литрах: CO₂: 0,0378 × 20 = 0,756 моль (33,26 г) O₂: 0,000453 × 20 = 0,00906 моль (0,29 г)

☯ Пример 5: Растворение смеси NH₃ и CO₂

Условия: 15 литров воды, температура 30°C, общее давление 1,5 атм, смесь: 40% NH₃ и 60% CO₂.

Расчет: Парциальное давление NH₃ = 1,5 × 0,4 = 0,6 атм Парциальное давление CO₂ = 1,5 × 0,6 = 0,9 атм При 30°C: Концентрация NH₃ = 0,48 × 0,6 = 0,288 моль/л Концентрация CO₂ = 0,033 × 0,9 = 0,0297 моль/л В 15 литрах: NH₃: 0,288 × 15 = 4,32 моль (73,44 г) CO₂: 0,0297 × 15 = 0,4455 моль (19,6 г)

Химические реакции: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ H₂CO₃ + 2NH₃ ⇌ (NH₄)₂CO₃ (образование карбоната аммония)