HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 3 pps

56

Chương 3

CÁC KHÍ HOÀ TAN TRONG NƯỚC BIỂN

Một phần không thể tách rời của thành phần hóa học nước biển là

các khí hoà tan. Nước biển hoà tan được tất cả các chất khí, từ các khí

có hoạt tính hoá học cao như Ôxy, Cácbonic đến các khí trơ như Argon,

Hêli... Ngoài ra, do những nguyên nhân cục bộ nào đó, trong nước biển

còn có cả những khí mà khí quyển không có hoặc có rất ít như

Sunfuhydro, Metan... Trong số những khí hoà tan trong nước biển, khí

Ôxy, Nitơ và Cácbonic có ý nghĩa hơn cả và cũng được nghiên cứu nhiều

nhất.

Thành phần định tính và định lượng của hợp phần khí hoà tan trong

nước biển có liên quan chặt chẽ với các đối tượng mà nước biển tiếp xúc

(đặc biệt là khí quyển) và các quá trình xảy ra trong đó như các phản

ứng hoá học, các quá trình sinh hoá, thoát khí từ Mantri...

3.1 QUY LUẬT CHUNG HOÀ TAN CÁC KHÍ TỪ KHÍ QUYỂN

VÀO NƯỚC BIỂN

Như đã biết, quá trình hoà tan một chất khí nào đó từ khí quyển

vào nước biển là quá trình thuận nghịch và hướng của quá trình phụ

thuộc vào áp suất của khí đó trên mặt biển. Nếu áp suất của chất khí trên

mặt biển lớn hơn áp suất của chính khí đó trong nước biển thì các phân

tử khí tiếp tục đi từ khí quyển vào nước biển, ngược lại, các phân tử khí

sẽ từ nước biển đi ra khí quyển. Quá trình này luôn luôn có xu thế đạt tới

trạng thái cân bằng, là trạng thái mà áp suất của chất khí trong hai môi

trường bằng nhau. Tại trạng thái cân bằng, có bao nhiêu phân tử khí từ

khí quyển đi vào nước biển thì cũng có bấy nhiêu phân tử khí từ nước

biển đi ra khi quyển. Trạng thái cân bằng như vậy là cân bằng động. Khi

trạng thái cân bằng được thiết lập, nồng độ chất khí trong nước biển

được gọi là nồng độ bão hoà và được xác định bằng biểu thức của định

57

luật Henri-Danton như sau:

Ci = Ki.Pi

trong đó Ci là nồng độ bão hoà của chất khí i trong nước biển, Pi-áp

suất của khí đó trên mặt nước biển, Ki-hệ số tỷ lệ (còn gọi là hệ số hấp

thụ) phụ thuộc vào bản chất của chất khí, nhiệt độ, độ muối và thứ

nguyên của các đại lượng. Khi Pi=1 thì Ki chính bằng nồng độ bão hoà

và gọi là độ hoà tan của chất khí tại nhiệt độ và độ muối cho trước. Độ

hoà tan của hầu hết các chất khí trong nước (trừ Amoniac) tỷ lệ nghịch

với nhiệt độ và độ muối. Bảng 3.1 có đưa ra giá trị độ hoà tan của khí

Ôxy, Nitơ trong những điều kiện nhiệt độ, độ muối khác nhau.

Bảng 3.1: Độ hoà tan của khí Ôxy, Nitơ (ml/l) phụ thuộc nhiệt độ, độ muối

(theo Sverdrup và Jhonson)

Khí T0

C S = 0 %o S = 16 %o S = 20 %o

0 49,24 40,10 38,20 Ôxy 24 29,38 24,80 23,60

0 23,0 15,02 14,21 Nitơ 24 14,63 9,36 8,96

Định luật Henri-Danton cho thấy nếu có một hỗn hợp khí trên bề

mặt chất lỏng thì nồng độ bão của một chất khí nào đó chỉ phụ thuộc vào

áp suất riêng của chính khí đó mà không phụ thuộc vào sự có mặt của

các khí khác có trong hỗn hợp. Khí quyển hành tinh là một hỗn hợp của

nhiều khí, áp suất khí quyển chính là tổng của áp suất riêng của từng khí

có mặt trong đó:

Bảng 3.2: Nồng độ bão hoà của Ôxy và Nitơ trong nước biển phụ thuộc vào

nhiệt độ và độ muối ở điều kiện áp suất khí quyển bình thường (P=1atm)

(theo Grin và Đuglax)

Nồng độ bão hoà của Ôxy (ml/l) Nồng độ bão hoà của Nitơ (ml/l)

To

C

Cl %o 0 10 20 30 To

C

Cl %o 0 10 20 30

0 10,35 9,08 6,53 5,49 15 19,31 15,54 13,09 11,46

5 9,72 8,54 6,18 5,23 16 19,04 15,36 12,93 11,34

10 9,11 8,04 5,88 4,97 17 18,77 15,18 12,78 11,23

15 8,56 7,57 5,56 4,71 18 18,50 15,00 12,63 11,11

20 8,03 7,13 5,29 4,49 19 18,24 14,81 12,48 11,00

25 7,52 6,73 5,02 4,25 20 17,97 14,63 12,32 10,88

30 7,07 6,34 4,76 4,04 21 17,70 14,45 12,17 10,77

P P P P ... 0,78 0,21 0,0003 ... 1(atm) KQ N2 O2 CO2 = + + + = + + + =