3.5.1. Растворимость двухатомных молекулярных газов

Для двухатомных молекулярных газов, растворяющихся в металлах, когда предварительно должна произойти диссоциация молекул на атомы, применяется закон Сивертса, который описывается уравнением

В общем случае можно записать

где u = 1, 1/2, 1/3, ... в зависимости от количества атомов в молекуле. Коэффициент растворимости r в формуле (3.54) имеет размерность, зависящую от показателя степени u. Например, при u= 1 коэффициент растворимости является безразмерной величиной1), тогда как при u =1/2 этот коэффициент имеет размерность Тор 1/2.

Для растворения газа в твердом теле необходима энергия активации. Она является экспоненциальной функцией температуры и входит в формулу коэффициента растворимости;

Здесь r0 — постоянная растворимости, а H а.р — теплота активации растворения.

В связи с тем что растворению молекулярных газов в металлах предшествует их диссоциация, энергия активации этих газов, а также рост их растворимости с температурой больше, чем для атомарных газов. Так, например, для растворения одинаковых количеств водорода и гелия в кварцевом стекле в первом случае необходима температура 1000 К, а во втором — лишь 400 К. Подобно этому азот в вольфраме при температуре ~ 2300 К растворяется в таком же количестве, как водород в никеле при температуре 500 К• Зависимости коэффициента растворимости r от температуры для некоторых газов в стеклах и металлах приведены на фиг. 3.19. Из этих данных видно, что для металлов коэффициенты растворимости имеют большие значения и существенно зависят от температуры. Для большинства металлов и молекулярных газов при температурах 500—1300 К величины коэффициента растворимости находятся в пределах 102—10-1.

Растворимость газов в стеклах меньше; она также меньше зависит от температуры. Температурная зависимость ослабляется с увеличением содержания стеклообразующих компонентов. Например, стекла 13 и 17 (фиг. 3.19), содержащие более 80% стеклообразующих компонентов, имеют коэффициент растворимости для гелия r'~7-10-3, и эта величина почти постоянна в диапазоне 350—700 К, тогда как стекло 14 (с меньшим содержанием кремния) имеет меньшую растворимость.

1)Количество газа n, обычно выражается в атм•см3(норм.)-см-3, или атмосферах, а давление р — в единицах давления, например в торах. В формуле Генри r' является безразмерной величиной, а в формуле Сивертса r" имеет размерность единицы давления в степени 1/2