Vím, že zvýšení teploty snižuje rozpustnost kyslíku ve vodě, ale nevím proč. Mohl by někdo vysvětlit?
Komentáře
- Zkoušeli jste trochu hledat sami? Neřekli jste ', co zatím víte, nebo kam jste se podívali před zveřejněním zde. Vyhledávání google " teplota rozpouštění kyslíku " poskytuje toto jako třetí výsledek. Vyzkoušejte to.
- @Don_S oh cool, říká to ' s, protože rozpouštění kyslíku je exotermické, a podle Le Chatelier ' s principu by přidání tepla zvýhodnilo endotermickou stránku, takže přidání tepla posune rovnováhu doleva. Díky za odkaz, perfektní!
Odpověď
Bylo pozorováno, že rozpustnost mnoha plynů v různých kapalinách klesá s nárůstem i n teplota, například kyslík, dusík a methan ve vodě. Toto sleduje kvalitativní předpovědi Le Chatelierova principu, který je v termodynamice nahrazen Clapeyronovou rovnicí. Protože jednou ze dvou zapojených fází je plyn, lze použít Clausiovu-Clapeyronovu rovnici.
Předpokládá se, že molární objem jakéhokoli plynu / páry je mnohem větší než molární objem roztoku. Za předpokladu, že všechny hodnoty odpovídají jednomu molu, je Clausius – Clapeyronova rovnice
$$ \ frac {\ mathrm d \ ln (p)} {\ mathrm dT} = \ frac {\ Delta H} {RT ^ 2} $$, které ve své integrované formě mezi tlakem a teplotou $ p_1, T_1 $ až $ p_2, T_2 $ a za předpokladu, že $ \ Delta H $ je nezávislé na teplotě dává
$$ \ ln \ left (\ frac {p_2} {p_1} \ right) = – \ frac {\ Delta H} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$
Navzdory aproximacím obsaženým v jeho derivaci tato rovnice dobře popisuje měření tlaku par u mnoha pevných látek a kapalin, například deprese bodu tuhnutí, zvýšení bodu varu a rozpustnost pevných látek a plynů v kapalinách, i když ten druhý není tak často popisován jako ostatní dva.
Při zvýšení teploty varu má roztok při teplotě $ T_1 $ nižší tlak par $ p_1 $ než čisté rozpouštědlo . Roztok se vaří, pouze když se teplota zvýší na $ T_2 $, kde se jeho tlak par zvýší na $ p_2 $ (obvykle 1 atm), což je tlak, při kterém se varí čisté rozpouštědlo. Podle Raoultova zákona $ p_1 = p_2x _ {\ mathrm s} $, kde $ x _ {\ mathrm s} $ je molární zlomek rozpouštědla $ \ ln (p_2 / p_1) = \ ln (1 / x_s) $ As $ x_ \ mathrm s = 1-x_ \ mathrm t $, kde $ x_ \ mathrm t $ je molární zlomek rozpuštěné látky, $$ \ ln \ left (\ frac {1} {1-x_t} \ right) = – \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$ a jako $ x_ \ mathrm t $ je mnohem menší než unity $ \ ln (1-x_t) \ cca -x_t -x_t ^ 2/2 \ ldots $, z nichž lze druhý člen ignorovat, protože je v porovnání s prvním potom zanedbatelný, $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ vlevo (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ vpravo) $$
Termodynamicky zvýšení bodu varu a rozpustnost jsou velmi podobné, ale musíme vyměnit rozpuštěné látky a rozpouštědla, takže to, co jsme dříve nazývali rozpouštědlem, musí být nyní rozpuštěné a naopak .
Vzhledem k rozpustnosti lze nyní variaci rozpuštěného molárního zlomku $ x_ \ mathrm t $ zapsat jako $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_ \ mathrm B} \ right) $$
kde to, co bylo $ T_2 $, je nyní normální teplota varu zkapalněného plyn. Také $ \ Delta H_ \ text {vap} $ (kladné množství) je nyní (molární) výparné teplo zkapalněného plynu a aproximujeme to výparným teplem z roztoku.
Tato poslední rovnice naznačuje, že rozpustnost klesá se zvyšováním teploty a měla by být stejná ve všech rozpouštědlech, ve kterých tvoří ideální řešení.
V roztoku má molekula plynu atraktivní interakční energie mezi sebou a rozpouštědlem. (Experiment ukazuje, že $ \ Delta H_ \ text {vap} $ je kladné, takže teplo k rozpuštění je záporné). Molekuly rozpouštědla mají také atraktivní interakci mezi sebou, jinak by netvořily kapalinu. Pro interakci plyn-rozpouštědlo tedy musí být zničeno rozpouštědlo-rozpouštědlo. Celkově je rozdíl v energii pravděpodobně malý. Je však třeba vzít v úvahu entropický účinek. Je zřejmé, že se to zvýší, když se plyn rozpustí, protože nyní je v rozpouštědle jiný druh, a tak se zvýšil počet způsobů, jak mohou být molekuly uspořádány, což zvýšilo entropii. Společně tyto účinky činí volnou energii negativní, jak se očekávalo pro spontánní proces.
Jak se zvyšuje teplota, molekuly získávají průměrnou energii a jsou tak schopnější překonat atraktivní potenciál, který je udržuje v roztoku, a tím se zvyšuje tlak par rozpouštědla a snižuje se rozpustnost plynu. Rovněž stojí za zmínku, že průměrná kinetická energie $ (3/2) kT $ je stejná v roztoku i v plynné fázi, v roztoku je omezena pouze na menší rozsah pohybu. Představa, že je to získaná kinetická energie, způsobí nesprávný vstup molekuly do plynné fáze.
Odpověď
Pro ideální plyny (pravděpodobně v řešení se fyzika trochu liší), ale stejně jako kyslík je ideální plyn, rovnice z fyziky, které musíte mít na paměti, jsou …
kinetická energie = ( 1/2) (hmotnost) (rychlost) ^ 2 = (3/2) (Boltzmannova konstanta) (teplota),
takže teplota je tedy měřítkem rychlosti vašich molekul, kde se teplota zvyšuje , tak se zvyšuje rychlost molekul. Všechny molekuly v roztoku, včetně plynného kyslíku, se tedy pohybují rychleji a získávají kinetickou energii, aby unikly solvatační energii, a proto jsou náchylnější k bublinkování na povrchu a úniku z vodného roztoku, protože plynný kyslík je méně hustý než kapalná voda.
Komentáře
- Bohužel ani tato odpověď není správná.
Odpověď
Studená voda pojme více molekul kyslíku než horká voda, protože molekuly vody jsou ve studené vodě blíže k sobě, což ztěžuje únik molekuly kyslíku. Při vyšší teplotě mají molekuly kyslíku větší množství kinetické energie. Takže molekula plynu v horké vodě může snadněji překonat slabé vazebné síly ve vodě a uniknout přes povrch.
Komentáře
- Bohužel tato odpověď není správné