气和水怎样才能溶解效果高

① 气体的组成及其在水中的溶解

（1）气体组成

地表水直接与大气圈接触，N₂，O₂，CO₂，Ar，He等气体都能部分溶于水中。随水质的不同，以及温度、压力等变化，溶解于水中的气体与气圈中的气体处于动态平衡之中。在一些有机物富集的沼泽水中，常有CH₄，H₂，H₂S等还原气体存在。

火山气体分析结果表明，除90%～99%为水外，最常见的是CO₂，还有少量的CO；含硫气体有SO₂及H₂S等，前者在高温时占优势，后者在低温时更多一些。卤素气体中主要是HCl，其次为HF。此外还有H₂及CH₄和NH₃等。在不同压力下形成的热液中，这些气体都将部分被溶解，有的是气液共存相，水溶液中常有

，F^－，Cl^－等离子，其中Cl^－含量可达最高值。

显然，在地球化学体系中N₂，O₂，H₂，CO₂，SO₂，H₂S，NH₃，CH₄，HF，HCl等是最重要的溶于水的气体，其中许多气体对金属元素在水中迁移有着重要的影响。

（2）气体的溶解度

不同气体在水中的溶解度很不相同，这与气体分子的成分及结构有关。一些气体分子在水中的溶解度见表7.9。

单原子气体（惰性气体）及同核双原子分子气体（N₂，O₂，H₂）都是非极性分子，在水中的溶解度都比较小。

异核多原子分子气体在水中的溶解度相对较高。这是因为这类分子的键中有离子键成分，在水中能发生解离，而与水分子形成水合离子，而且许多气体分子本身又是偶极分子，这样溶于水时与水分子能发生较大的放热反应。

表7.9 气体在水中的溶解度（20℃，101325Pa）

HF及HCl的气体分子都是极性分子，键中离子键成分高，电负性差值为1.9及0.9，化合价又都是一价，因而它们在水中解离度较高，从而导致在常温常压下，HF的溶解度为35.3%，HCl为42%。所以水溶液中可有大量的Cl^－和F^－离子存在，尤其是Cl^－在地表水及矿物的气液包裹体中含量都很高。

CO₂和SO₂溶于水中都能形成含氧酸H₂CO₃及H₂SO₄。前者为弱酸，后者为中强酸，所以它们的溶解度比同核双原子分子要高。而SO₂又比CO₂高50倍。这里还有分子的极性因素，因为CO₂为非偶极分子，O－C－O键角为180°，而SO₂为偶极分子，O－S－O键角为120°。

综上所述，地球化学体系中异核多原子分子的溶解度增长序列为：CO₂，H₂S，SO₂，NH₃，HF，HCl。所以与水溶液平衡的常见气相为CO₂及H₂S，而HF及HCl等分子只有在高温低压条件下，水转变为水蒸气时，才能大量呈气相出现。

（3）影响气体溶解度的因素

气体的溶解还受温度与压力的控制及水中其他组分的影响。在绝大多数情况下，温度增高，气体的溶解度减小。在固定温度条件下，气体的溶解度与压力的增加成正比。被溶解的氧气是水中能够有生命体的基础，也是地球化学作用中许多氧化反应的条件。构造运动中压力变化很快，这对水中气体的影响很大，例如构造裂隙的发生，压力骤降，将导致气体从水中迅速逸出。

电解质浓度的增高将降低气体在水溶液中的溶解度。此外，与水分子能形成水化物及发生电离现象的气体分子，水中溶解气体的实际浓度，还受气体分子间及气体分子与溶液离子间化学反应的控制。最明显的例子是H₂S与O₂的反应，它控制了水中氧与H₂S的浓度。黑海海水中H₂S与O₂的含量见图7.7。表层水与大气圈接触，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，而氧气的含量极微。对于过渡族元素（Fe，Mn等）及金属元素（Cu，Pb，Zn）等易于发生电价变化的元素，它们的地球化学行为将受到水中H₂S与O₂含量的重大影响。