化學原理啟迪427
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1.
日常生活對於物質溶解的經驗-例如,糖溶解於水-會讓人覺得物質的溶解度隨溫度上升。然而,情況不完全是這樣,固體物質在高溫下溶解得較快,但固體物質的溶解量,可能隨著溫度增加而增加,也可能隨著溫度增加而減少。
2.
在溫度作用下,幾種常見的物質在水中的溶解度:
3.
特別留意,雖然大部分固體物質,隨著溫度上升而溶解度上升,但有些物質,例如硫酸鈉Na2SO4和硫酸鈰Ce2(SO4)3,隨著溫度增加而溶解度減少。
4.
預測溫度與物質溶解度的倚賴關係十分困難,舉例來說,雖然溶液的標準焓變化(ΔH°soln)的正負號,與隨著溫度變化的溶解度變化,之間有一些關連;然而,判斷溫度與固體物質溶解度之間依賴關係的唯一方法是實驗。
5.
相較之下,氣體溶解於水的行為比較簡單,氣體在水中的溶解度,隨溫度增加而下降。
6.
溫度對溶解度的作用,對環境產生重大的影響。有許多湖泊與河流的水用於工業冷卻上,冷卻後再排出的水,溫度比原本自然環境的水高。
7.
因此工業排出的冷卻水的氧氣濃度低於正常,並且水的密度較低,會浮在自然環境的冷水之上,阻礙自然環境水對氧氣的正常吸收,溫度作用對湖泊特別重要,溫暖的上層水會嚴重減低深層水的含氧量。
8.
溫度上升造成氣體在水中的溶解度下降,也造成鍋爐水垢boiler scale。當二氧化碳溶解於含有碳酸根carbonate
ion的水中,會形成碳酸氫根bicarbonate
ion:
CO32-(aq)+CO2(aq)+H2O(l)→2HCO3-(aq)
9.
當水中含有鈣離子Ca2+,這個反應便十分重要。鈣離子Ca2+與碳酸氫根離子HCO3-,反應生成的碳酸氫鈣Ca(HCO3)2是溶於水的;鈣離子Ca2+與碳酸根離子CO32-,反應生成的碳酸鈣CaCO3是不溶於水的。
10.
當水加熱,水會排出二氧化碳,系統為了彌補損失的二氧化碳,產生逆反應:
2HCO3-(aq)→H2O(l)+CO2(aq)+CO32-(aq)
11.
這個反應不僅減少碳酸氫根離子HCO3-,還增加碳酸根CO32-的濃度,導致溶液生成固體的碳酸鈣CaCO3。碳酸鈣CaCO3就是茶壺和工業鍋爐容器內覆蓋的水垢,這些水垢會減弱鍋爐或茶壺傳導熱的效率,也會阻塞水管。
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