Je sais quune augmentation de la température diminue la solubilité de loxygène dans leau, mais je ne sais pas pourquoi. Quelquun pourrait-il expliquer?
Commentaires
- Avez-vous essayé de chercher un peu par vous-même? Vous navez ' dit ce que vous savez jusquà présent ou où vous avez regardé avant de publier ici. La recherche sur Google de " température de dissolution de loxygène " donne ceci comme troisième résultat. Essayez-le.
- @Don_S oh cool, il le dit ' car la dissolution de loxygène est exothermique, et selon le principe de Le Chatelier ', lajout de chaleur favoriserait le côté endothermique, donc lajout de chaleur déplace léquilibre vers la gauche. Merci pour le lien, parfait!
Réponse
On observe que la solubilité de nombreux gaz dans une variété de liquides diminue avec laugmentation i n température, par exemple oxygène, azote et méthane dans leau. Cela fait suite aux prédictions qualitatives du principe de Le Chatelier, qui en thermodynamique est supplantée par l’équation de Clapeyron. Comme lune des deux phases impliquées est un gaz, léquation de Clausius – Clapeyron peut être utilisée.
Cela suppose que le volume molaire de tout gaz / vapeur est bien supérieur à celui de la solution. En supposant que toutes les valeurs correspondent à une mole, léquation de Clausius – Clapeyron est
$$ \ frac {\ mathrm d \ ln (p)} {\ mathrm dT} = \ frac {\ Delta H} {RT ^ 2} $$ qui dans sa forme intégrée entre la pression et la température $ p_1, T_1 $ à $ p_2, T_2 $, et en supposant que $ \ Delta H $ est indépendant de la température donne
$$ \ ln \ left (\ frac {p_2} {p_1} \ right) = – \ frac {\ Delta H} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$
Malgré les approximations impliquées dans sa dérivation, cette équation décrit bien les mesures de la pression de vapeur sur de nombreux solides et liquides, par exemple la dépression du point de congélation, lélévation du point débullition et la solubilité des solides et des gaz dans les liquides, bien que ce dernier ne soit pas aussi souvent décrit que les deux autres.
Dans lélévation du point débullition, la solution à une température $ T_1 $ a une pression de vapeur $ p_1 $ inférieure à celle du solvant pur . La solution bout seulement quand la température est augmentée à $ T_2 $ où sa pression de vapeur a augmenté à $ p_2 $ (normalement 1 atm), qui est la pression à laquelle le solvant pur bout. Par la loi de Raoult $ p_1 = p_2x _ {\ mathrm s} $, où $ x _ {\ mathrm s} $ est la fraction molaire du solvant $ \ ln (p_2 / p_1) = \ ln (1 / x_s) $ As $ x_ \ mathrm s = 1-x_ \ mathrm t $ où $ x_ \ mathrm t $ est la fraction molaire du soluté, $$ \ ln \ left (\ frac {1} {1-x_t} \ right) = – \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$ et comme $ x_ \ mathrm t $ est bien plus petit que lunité $ \ ln (1-x_t) \ approx -x_t -x_t ^ 2/2 \ ldots $ dont le second terme peut être ignoré car insignifiant par rapport au premier alors, $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$
Thermodynamiquement lélévation du point débullition et de la solubilité sont très similaires mais nous devons permuter le soluté et le solvant, donc ce que nous appelions autrefois solvant doit maintenant être soluté et vice versa .
Considérant maintenant la solubilité, la variation de la fraction molaire dissoute $ x_ \ mathrm t $ peut sécrire $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_ \ mathrm B} \ right) $$
où ce qui était $ T_2 $ est maintenant la température débullition normale du liquéfié gaz. De plus, $ \ Delta H_ \ text {vap} $ (une quantité positive) est maintenant la chaleur (molaire) de vaporisation du gaz liquéfié et nous lapprochons pour être la chaleur de vaporisation de la solution.
Cette dernière équation indique que la solubilité diminue avec laugmentation de la température et devrait être la même dans tous les solvants dans lesquels elle forme des solutions idéales.
Dans la solution, une molécule de gaz a un effet attractif énergie dinteraction entre lui-même et le solvant. (Lexpérience montre que $ \ Delta H_ \ text {vap} $ est positif donc la chaleur à dissoudre est négative). Les molécules de solvant ont également une interaction intéressante entre elles, sinon elles ne formeraient pas de liquide. Ainsi, pour une interaction gaz-solvant, un solvant-solvant doit être détruit. Dans lensemble, la différence dénergie est probablement faible. Cependant, il y a un effet entropique à considérer. Il est clair que cela aura augmenté lorsquun gaz se dissout car il y a maintenant une autre espèce dans le solvant et ainsi le nombre de façons dont les molécules peuvent être disposées a augmenté et cela aura augmenté lentropie. Ensemble, ces effets rendent lénergie libre négative comme prévu pour un processus spontané.
Au fur et à mesure que la température augmente, les molécules gagnent en énergie moyenne et sont donc plus capables de surmonter le potentiel attractif qui les maintient en solution et ainsi la pression de vapeur du solvant augmente et la solubilité du gaz diminue. Il convient également de noter que lénergie cinétique moyenne $ (3/2) kT $ est la même dans la solution et dans la phase gazeuse, en solution elle est simplement limitée à une plage de mouvement plus petite. Ainsi la notion que cest lénergie cinétique acquise qui fait entrer une molécule en phase gazeuse est incorrecte.
Réponse
Pour les gaz parfaits (probablement en solution, la physique est un peu différente) mais de toute façon comme loxygène est un gaz idéal, les équations de la physique que vous devez garder à lesprit sont …
énergie cinétique = ( 1/2) (masse) (vitesse) ^ 2 = (3/2) (constante de Boltzmann) (température),
donc la température est donc une mesure de la vitesse de vos molécules, où à mesure que la température augmente , la vitesse des molécules augmente également. Ainsi, toutes les molécules en solution, y compris loxygène gazeux, se déplacent plus rapidement en gagnant de lénergie cinétique pour échapper à lénergie de solvatation, et elles sont donc plus susceptibles de remonter à la surface et de séchapper dune solution aqueuse car loxygène gazeux est moins dense que leau liquide.
Commentaires
- Malheureusement, cette réponse nest pas non plus correcte.
Réponse
Leau froide contient plus de molécules doxygène que leau chaude car les molécules deau sont plus proches les unes des autres dans leau froide, ce qui rend plus difficile lévacuation des molécules doxygène. À une température plus élevée, la molécule doxygène a une plus grande quantité dénergie cinétique. Ainsi, la molécule de gaz dans leau chaude peut plus facilement surmonter les faibles forces de liaison dans leau et séchapper par la surface.
Commentaires
- Malheureusement cette réponse nest pas correct