Любой раствор — это однородная по химическим и физическим кондициям субстанция с одинаковыми или непрерывно изменяющимися свойствами. В любом веществе содержатся примеси, то есть оно многокомпонентное. При отсутствии влияния примесей на изучаемые свойства вещества оно считается однокомпонентным, в противном случае эту субстанцию принято считать раствором. Рассмотрим зависимость растворимости газов от температуры и давления в процессе плавления металла.
Особенности растворов
Соединения состоят из растворителя и растворенного компонента, они могут приобретать любое агрегатное состояние — твердое, жидкое, а также газообразное. Как правило, роль растворителя отводится преобладающему в смеси компоненту, либо веществу, кристаллизующемуся первым в процессе охлаждения раствора. При смешивании жидких компонентов с газами растворителем считается жидкость. С точки зрения термодинамики такое деление составляющих раствора носит условный характер. Определение концентрации проводится по следующим показателям:
- молярная;
- нормальная;
- моляльная;
- процентная;
Еще один способ определения концентрации — отношение числа молей компонента к общему количеству молей всех системных компонентов.
Растворимость газов в металлах
По ходу проведенных исследований, растворимость газов в металлах во время плавления отличается от аналогичных процессов образования газовых растворов в других жидких субстанциях. Главным аргументом является температурный режим реакции: с повышением этого показателя концентрация газов в большинстве металлов растет, тогда как в водных растворах он выделяется, и, соответственно, его количество в воде уменьшается. Такое несоответствие нивелируется при рассмотрении всего процесса в динамике — от твердого состояния металла до его кипения.
В твердом состоянии металла показатель невысок, а вот растворимость газов при резком повышении температуры растет и достигает максимума при выходе в точку плавления. По факту в жидком состоянии металл способен растворить гораздо большие объемы газа, чем субстанция твердая, и этот показатель растет с повышением температуры готовящегося сплава. Однако, достигнув максимума, растворимость снижается, а при температуре кипения устанавливается ближе к нулевой отметке. Если сравнивать графики растворения газов в воде и сплавах, становится понятно, что в обоих случаях снимаются одни и те же показатели.
Давление и показатели газовой растворимости
Тем же опытным путем было доказано, что растворимость газов с повышением давления значительно увеличивается. На показатель существенное влияние оказывает фактор упругости пара металла. Например, цинк имеет высокое значение упругости пара. Имея определенную степень распада на атомы, молекулы в процессе отбора замещаются новыми, поддерживая определенный уровень концентрации в веществе. Причем на процесс оказывают влияние, как определенные температуры, так и давление.
В соответствии с проведенными опытами по степени влияния давления на показатель растворимости газов, в атомном состоянии водород оказался наиболее легко проникающим в жидкий металл. Изначально внедрение происходит в слои на поверхности, затем диффузия углубляется, а из воздуха поступают новые атомы газа. При длительном воздействии газа по ходу насыщения металла кривая растворения достигает определенного предела. Зафиксированные в этой точке значения температуры, давления и содержания газа в дальнейшем и определяют показатель растворимости газа.
