4.1天然水中的氣體溶解平衡

在一定條件下，某氣體在水中的溶解達到平衡以后，一定量的水中溶解氣體的量，稱為該氣體在所指定條件下的溶解度。氣體溶解度（摩爾濃度、質(zhì)量濃度、分壓）

水中某溶解氣體的分壓力，就等于在相應(yīng)條件下能與該氣體在水中的含量達到溶解平衡的氣相中該氣體的分壓力，也就是說，氣體在水中的含量達到溶解平衡后，就認為水中氣體的分壓等于該氣體氣相的分壓。

亨利定律：一種氣體在液體中的溶解度正比于液體接觸該種氣體的分壓力。氣體在水中的溶解度可用下式表示：

[G（aq）]=KHPGKH：各種氣體在一定溫度下的亨利定律常數(shù)；PG：各種氣體的分壓。亨利定律是英國化學(xué)家亨利在1803年根據(jù)實驗總結(jié)出來的。低壓下氣體溶解的經(jīng)驗定律---亨利定律使用注意事項：

1）亨利定律不能說明氣體在溶液中進一步的化學(xué)反應(yīng)；

2）在計算氣體的溶解度時，需對水蒸氣的分壓力加以校正。

1）間隙填充：水中分子之間存在一定的間隙，氣體分子可以填充于這些間隙之中。當氣體分子與水分子的性質(zhì)相差較大，氣體不發(fā)生明顯的水解作用時，間隙填充對氣體溶解度的貢獻不能忽略2）水合作用：氣體在水中的溶解機理根據(jù)化學(xué)平衡原理，溫度越低，壓力越大，生成的水合分子越多，溶解度越大。設(shè)在一定溫度和壓力下，氣體與水形成水合分子，在水中存在下列平衡：

1）氣體本身的性質(zhì)；2）溫度；3）壓力；4）水中的含鹽量。影響氣體在水中溶解度的因素氣體分子的極性：極性氣體分子溶解度大分子大小：分子小有利于填充間隙是否能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：能發(fā)生反應(yīng)的氣體溶解度大1）氣體本身的性質(zhì)

2）氣體溶解度隨溫度升高而降低，這種影響可由Clausius-Clapeyron（克拉帕龍）方程式顯示出：式中：——用絕對溫度和時氣體在水中的濃度；

——溶解熱，J/mol;R——氣體常數(shù)8.314J/（mol·K）。

3）壓力對氣體在水中溶解度的影響可用下列公式表述：式中：C1和C2分別為標準氣壓和P2氣壓下氣體在水中的溶解度，mg/L；為一定溫度下飽和水蒸氣的壓力（Ｐ２和的單位為Pa)．4）水中的含鹽量

總趨勢：含鹽量增加，氧在水中的溶解度降低。

例如：海水中飽和溶解氧一般為淡水中的80％左右。隨著含鹽量增加，離子水合作用加強，使水可溶解氣體的空隙減少。

在101.325KPa,25℃時，空氣與水達成溶解平衡，試計算此時O2在水中的溶解度。25℃時氧氣的亨利常數(shù)K=1.26×10-5mol·L-1·Kpa-1;25℃時水蒸氣壓力為3.17KPa，干空氣中氧為20.95%。例：氧在水中的溶解度

1）溶解氧的來源：

A：再暴氣作用——大氣變氧作用

B：光合作用

2）溶解氧的消耗：

A：呼吸作用

B：｛CH2O｝+O2→CO2+H2OC：無機還原性物質(zhì)的氧化

天然水中氧的來源及消耗

僅需7-8mg/L的有機物，就可以把25℃為空氣所飽和的1L水中的氧全部消耗殆盡。{CH2O}+O2CO2+H2O如果起始的生物有機質(zhì)用{CH2O}表示，則由于有機質(zhì)降解所消耗水中的氧可表示為：M{CH2O}=30,則消耗所有溶解氧所需有機質(zhì)量為：(8.32/32)*30=7.8mg/L

溶解氣體在水中的飽和含量是指在一定的溶解條件下（溫度、分壓力、水的含鹽量）氣體達到溶解平衡以后，1L水中所含該氣體的量，也可以用上述兩種單位表示。對于難溶氣體飽和含量就等于溶解度。飽和度是指溶解氣體的現(xiàn)存量占所處條件下飽和含量的百分比。溶解氣體在水中的飽和度對應(yīng)于水中氣體飽和含量的氣相中的分壓，就稱為該氣體在水中的飽和分壓。因此飽和度也等于液相氣體分壓與飽和分壓之比。

水中溶解氣體以氣泡形式逸出的條件是：各種溶解氣體分壓力的總和至少要超過該處流體靜壓力。表層水，即對于水面大氣壓為1個大氣壓的水體，逸出氣泡的條件是水中各種溶解氣體分壓力總和至少大于1個大氣壓。在水深h米處，逸出有氣泡則要求各種溶解氣體分壓力之總和至少大于1個大氣壓加h米水柱產(chǎn)生的水靜壓力之和。氣泡逸出

水庫溢洪時，水越過大壩溢流，它夾帶著空氣沖入壩下水底深處，靜水壓力增加，夾帶空氣溶解，氣體過飽和，這種過飽和往往是氮氣起決定性作用。