なぜ温度が溶存酸素濃度に影響するのですか？

さまざまな液体への多くのガスの溶解度は、iの増加とともに減少することが観察されています。 n温度、たとえば水中の酸素、窒素、メタン。これは、熱力学ではクラペイロン方程式に取って代わられるルシャトリエの原理の定性的予測に従います。関係する2つのフェーズの1つはガスであるため、クラウジウス-クラペイロン方程式を使用できます。

これは、ガス/蒸気のモル体積が溶液のモル体積よりはるかに大きいことを前提としています。すべての値が1モルに対応すると仮定すると、クラウジウス-クラペイロン方程式は

$$ \ frac {\ mathrm d \ ln（p）} {\ mathrm dT} = \ frac {\ Delta H} {RT ^ 2} $$これは、圧力と温度$ p_1、T_1 $から$ p_2、T_2 $の間の統合された形式であり、$ \ Delta H $が温度に依存しないと仮定すると

$$ \ ln \ left（\ frac {p_2} {p_1} \ right）=-\ frac {\ Delta H} {R} \ left（\ frac {1} {T_2}-\ frac {1} {T_1} \ right） $$

その導出に含まれる近似にもかかわらず、この方程式は、多くの固体および液体にわたる蒸気圧の測定値、たとえば、凝固点の低下、沸点上昇、および固体と気体の溶解度をよく説明しています。液体では、後者は他の2つほど頻繁には説明されませんが。

沸点上昇では、温度$ T_1 $の溶液の蒸気圧は純粋な溶媒よりも低くなります$ p_1 $ 。溶液は、温度が$ T_2 $に上昇したときにのみ沸騰し、蒸気圧は$ p_2 $（通常は1 atm）に上昇します。これは、純粋な溶媒が沸騰する圧力です。ラウールの法則により、$ p_1 = p_2x _ {\ mathrm s} $、ここで$ x _ {\ mathrm s} $は溶媒のモル分率$ \ ln（p_2 / p_1）= \ ln（1 / x_s）$ As $ x_ \ mathrm s = 1-x_ \ mathrm t $ここで、$ x_ \ mathrm t $は溶質のモル分率、$$ \ ln \ left（\ frac {1} {1-x_t} \ right）=-\ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left（\ frac {1} {T_2}-\ frac {1} {T_1} \ right）$$であり、$ x_ \ mathrm t $は1 $よりはるかに小さい\ ln（1-x_t）\ apply -x_t -x_t ^ 2/2 \ ldots $ここから、2番目の項は最初の項と比較して重要ではないため無視できます。$$ x_ \ mathrmt = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left（\ frac {1} {T_2}-\ frac {1} {T_1} \ right）$$

熱力学的に沸点上昇と溶解度は非常に似ていますが、溶質と溶媒を入れ替える必要があるため、以前は溶媒と呼んでいたものを溶質にする必要があり、その逆もあります。

溶解度を考慮すると、溶解したモル分率の変化$ x_ \ mathrm t $は$$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R}と書くことができます。 \ left（\ frac {1} {T_2}-\ frac {1} {T_ \ mathrm B} \ right）$$

ここで、$ T_2 $は、液化物の通常の沸点になります。ガス。また、$ \ Delta H_ \ text {vap} $（正の量）は液化ガスの（モル）気化熱であり、これを溶液からの気化熱と概算します。

この最後の式は、溶解度が温度の上昇とともに減少し、理想的な溶液を形成するすべての溶媒で同じである必要があることを示しています。

溶液では、ガス分子は魅力的です。それ自体と溶媒の間の相互作用エネルギー。 （実験では、$ \ Delta H_ \ text {vap} $が正であるため、溶解する熱が負であることが示されています）。溶媒分子はまた、それらの間で魅力的な相互作用を持っています。さもなければ、それらは液体を形成しません。したがって、ガス-溶媒相互作用の場合、溶媒-溶媒相互作用を破壊する必要があります。全体的に、エネルギーの違いはおそらく小さいでしょう。ただし、考慮すべきエントロピー効果があります。明らかに、これはガスが溶解すると増加します。これは、溶媒に別の種が存在するため、分子を配置できる方法の数が増え、これによりエントロピーが増加するためです。これらの効果が合わさって、自発過程で予想されるように自由エネルギーが負になります。

温度が上昇すると、分子は平均エネルギーを獲得するため、分子を溶液に保つ引力ポテンシャルを克服できるため、溶媒の蒸気圧が上昇し、ガスの溶解度が低下します。また、平均運動エネルギー$（3/2）kT $は、溶液と気相で同じであり、溶液では、運動のより小さな範囲に制限されているだけであることも注目に値します。したがって、分子が誤って気相に入る原因となるのは、取得される運動エネルギーであるという概念です。

理想的な気体の場合（おそらく溶液中では物理学が少し異なります）、とにかく酸素は理想的な気体であるため、覚えておく必要のある物理学の方程式は…

運動エネルギー=（ 1/2）（質量）（速度）^ 2 =（3/2）（ボルツマン定数）（温度）、

したがって、温度は分子の速度の尺度であり、温度が上昇すると、分子の速度も増加します。したがって、気体酸素を含む溶液中のすべての分子は、より急速に移動して運動エネルギーを獲得し、溶媒和エネルギーを逃れます。したがって、酸素ガスは液体の水よりも密度が低いため、表面を泡立たせて水性溶液を逃がしやすくなります。

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• 残念ながら、この回答も正しくありません。

冷水では水分子が互いに接近しているため、冷水は温水よりも多くの酸素分子を保持し、酸素分子が逃げにくくなります。より高い温度では、酸素分子はより多くの運動エネルギーを持っています。そのため、お湯の中のガス分子は、水中の弱い結合力をより簡単に克服し、表面から逃げることができます。

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