РАСТВОРИМОСТЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА И СКОРОСТЬ ЕЕ ДИФФУЗИИ

  Растворимость С02 в воде в 30 раз больше, чем растворимость 02 (см. табл. 1.3). Однако в связи с очень низким содержанием двуокиси углерода в атмосфере (0,03%) общее ее количество, растворенное в воде, очень мало. Зная коэффициент растворимости и концентрацию С02 в атмосфере, это количество можно вычислить следующим образом:
Объем растворенной С02— 10^0q’°3 =0»3 мл С02 на 1 л воды.
Наряду с растворенной двуокисью углерода природные воды содержат различные количества С02 в составе бикарбонатов и карбонатов. Поэтому общее количество находящейся в воде С02 может быть довольно большим и может варьировать в зависимости от присутствия катионов. Жесткая вода, например, содержит много растворенного бикарбоната кальция, Са(НСОз)2, что повышает общее количество двуокиси углерода. В морской воде, которая имеет слегка щелочную реакцию (pH ~8,2), общее содержание СОг может варьировать в пределах от 34 до 56 мл на 1 л воды (Nicol, 1960), тогда как количество С02 в виде растворенного газа в ней остается таким, какое необходимо для уравновешивания с атмосферой, т. е. около 0,3 мл на 1 л; остальная С02 существует главным образом в виде бикарбонат-ионов. Таким образом, несмотря на высокое содержание двуокиси углерода, напряжение ее в морской воде (и многих других природных водах) близко к ее давлению в атмосфере, т. е. к 0,23 мм рт. ст., или Па (небольшие отклонения могут быть результатом процессов фотосинтеза и дыхания).
В дыхательных органах животных (например, жабрах и легких) газы диффундируют между средой и организмом кислород входит в организм, а двуокись углерода выходит из него. Поэтому важно знать, насколько быстро газы диффундируют, т. е. знать скорость диффузии. Этот предмет заслуживает особого внимания, так как многие биологи убеждены, что С02 диффундирует намного быстрее, чем 02. На самом деле это не так.
Скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярного веса; двуокись углерода тяжелее кислорода и поэтому диффундирует медленнее. Молекулярный вес двуокиси углерода 44, а кислорода — 32; квадратные корни из

Рис. 1.2. Диффузия кислорода и двуокиси углерода между воздухом и водой. Ори одинаковом парциальном давлении обоих газов в газовой фазе количество С02, растворившейся у поверхности воды .(при 15 °С), в 29,8 раза больше, чем количество 02. Молекулы С02 диффундируют медленнее (со скоростью, составляющей 0,86 от скорости кислорода), но благодаря их большей концентрации в поверхностном слое при одинаковых давлениях в газовой фазе в воду диффундирует в 25,6 раза больше С02, чем 02 (29,8-0,86=25,6).

этих чисел — 6,6 и 5,7 соответственно. Значит, ввиду обратной пропорциональности скорости диффузии С02 и 02 относятся как 5,7/6,6, что равно 0,86. Иными словами, С02 диффундирует со скоростью, составляющей 0,86 скорости диффузии 02.
Когда двуокись углерода диффундирует между воздухом и водой, ее высокая растворимость в воде приводит к кажущемуся ускорению диффузии. Это можно пояснить с помощью рис. 1.2. Пусть мы имеем атмосферу, содержащую кислород с давлением 100 мм рт. ст. и двуокись углерода с давлением 100 мм рт. ст. ,{т. е. парциальные давления или концентрации этих двух газов равны). Каждый газ растворяется в поверхностном слое воды независимо от другого пропорционально своей концентрации в газовой фазе и коэффициенту растворимости. Количества 02 и С02, растворившихся у поверхности, будут соответственно равны 4,5 и 134 мл на 1 л (при 15°С). Другими словами, у поверхности концентрация С02 в растворе в 30 раз (или, точнее, в 29,8 раза) больше концентрации 02, хотя в газовой фазе их концентрации равны. Теперь двуокись углерода и кислород диффундируют с поверхности в толщу воды. Количество С02, растворенной у поверхности, намного больше, поэтому и большее ее количество продиф- фундирует внутрь. Сами по себе молекулы СОг диффундируют со скоростью, составляющей 0,86 скорости молекул 02, так что количество продиффундировавшей С02 по отношению к 02 равно 29,8-0,86=25,6.
Тёперь мы поймем, что при диффузии двуокиси углерода и кислорода от равных концентраций в воздухе в толщу воды общее количество продиффундировавшей С02 будет примерно в 25 раз больше. Аналогичным образом, если напряжения С02 и 02 в воде равны (в нашем случае 100 мм рт. ст. у поверхности воды), двуокись углерода будет диффундировать в атмосферу быстрее. Важно отметить, что это кажущееся ускорение диффузии двуокиси углерода проявляется только тогда, когда диффузия происходит в воде или между газом и водой и мы исходим из напряжений или парциальных давлений газов, а не из их молярных концентраций. Эта быстрая диффузия связана с более высокой растворимостью двуокиси углерода; каждая же молекула С02 диффундирует в соответствии с законами физики (т. е. несколько медленнее кислорода) К
Зная физические основы диффузии газов, мы теперь можем перейти к вопросу о том, каким образом организм животного существует и функционирует в пределах этих ограничений.

Еще по теме РАСТВОРИМОСТЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА И СКОРОСТЬ ЕЕ ДИФФУЗИИ:

1. Второй пример (броуновское движение, диффузия)
2. Глава VII УВЕЛИЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДАВ АТМОСФЕРЕ, ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАИ
3. ЗНАЧЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СОЕДИНЕНИЙ
4. Определение растворимых углеводов фотометрически с пикриновой кислотой
5. Факторы, влияющие на скорость резорбции через кожу. 
6. ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ФОСФОРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, НЕРАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ, НО РАСТВОРИМЫЕ В СЛАБЫХ КИСЛОТАХ
7. 9-1. Рост разнообразия и скоростей
8. Скорость почвообразования при вмешательстве человека
9. Эффективность и скорость действия естественного отбора
10. УГЛЕРОД
11. ЦИКЛ УГЛЕРОДА