氣和水怎樣才能溶解效果高

① 氣體的組成及其在水中的溶解

（1）氣體組成

地表水直接與大氣圈接觸，N₂，O₂，CO₂，Ar，He等氣體都能部分溶於水中。隨水質的不同，以及溫度、壓力等變化，溶解於水中的氣體與氣圈中的氣體處於動態平衡之中。在一些有機物富集的沼澤水中，常有CH₄，H₂，H₂S等還原氣體存在。

火山氣體分析結果表明，除90%～99%為水外，最常見的是CO₂，還有少量的CO；含硫氣體有SO₂及H₂S等，前者在高溫時占優勢，後者在低溫時更多一些。鹵素氣體中主要是HCl，其次為HF。此外還有H₂及CH₄和NH₃等。在不同壓力下形成的熱液中，這些氣體都將部分被溶解，有的是氣液共存相，水溶液中常有

，F^－，Cl^－等離子，其中Cl^－含量可達最高值。

顯然，在地球化學體系中N₂，O₂，H₂，CO₂，SO₂，H₂S，NH₃，CH₄，HF，HCl等是最重要的溶於水的氣體，其中許多氣體對金屬元素在水中遷移有著重要的影響。

（2）氣體的溶解度

不同氣體在水中的溶解度很不相同，這與氣體分子的成分及結構有關。一些氣體分子在水中的溶解度見表7.9。

單原子氣體（惰性氣體）及同核雙原子分子氣體（N₂，O₂，H₂）都是非極性分子，在水中的溶解度都比較小。

異核多原子分子氣體在水中的溶解度相對較高。這是因為這類分子的鍵中有離子鍵成分，在水中能發生解離，而與水分子形成水合離子，而且許多氣體分子本身又是偶極分子，這樣溶於水時與水分子能發生較大的放熱反應。

表7.9 氣體在水中的溶解度（20℃，101325Pa）

HF及HCl的氣體分子都是極性分子，鍵中離子鍵成分高，電負性差值為1.9及0.9，化合價又都是一價，因而它們在水中解離度較高，從而導致在常溫常壓下，HF的溶解度為35.3%，HCl為42%。所以水溶液中可有大量的Cl^－和F^－離子存在，尤其是Cl^－在地表水及礦物的氣液包裹體中含量都很高。

CO₂和SO₂溶於水中都能形成含氧酸H₂CO₃及H₂SO₄。前者為弱酸，後者為中強酸，所以它們的溶解度比同核雙原子分子要高。而SO₂又比CO₂高50倍。這里還有分子的極性因素，因為CO₂為非偶極分子，O－C－O鍵角為180°，而SO₂為偶極分子，O－S－O鍵角為120°。

綜上所述，地球化學體系中異核多原子分子的溶解度增長序列為：CO₂，H₂S，SO₂，NH₃，HF，HCl。所以與水溶液平衡的常見氣相為CO₂及H₂S，而HF及HCl等分子只有在高溫低壓條件下，水轉變為水蒸氣時，才能大量呈氣相出現。

（3）影響氣體溶解度的因素

氣體的溶解還受溫度與壓力的控制及水中其他組分的影響。在絕大多數情況下，溫度增高，氣體的溶解度減小。在固定溫度條件下，氣體的溶解度與壓力的增加成正比。被溶解的氧氣是水中能夠有生命體的基礎，也是地球化學作用中許多氧化反應的條件。構造運動中壓力變化很快，這對水中氣體的影響很大，例如構造裂隙的發生，壓力驟降，將導致氣體從水中迅速逸出。

電解質濃度的增高將降低氣體在水溶液中的溶解度。此外，與水分子能形成水化物及發生電離現象的氣體分子，水中溶解氣體的實際濃度，還受氣體分子間及氣體分子與溶液離子間化學反應的控制。最明顯的例子是H₂S與O₂的反應，它控制了水中氧與H₂S的濃度。黑海海水中H₂S與O₂的含量見圖7.7。表層水與大氣圈接觸，因而水中的氧含量高。深海淤泥中的H₂S大量生成，使深部水含有大量的H₂S，而氧氣的含量極微。對於過渡族元素（Fe，Mn等）及金屬元素（Cu，Pb，Zn）等易於發生電價變化的元素，它們的地球化學行為將受到水中H₂S與O₂含量的重大影響。