Hvorfor påvirker temperaturen konsentrasjonen av oppløst oksygen?

Løseligheten til mange gasser i en rekke væsker observeres å avta med økning i n temperatur, for eksempel oksygen, nitrogen og metan i vann. Dette følger de kvalitative spådommene til Le Chateliers prinsipp, som i termodynamikk erstattes av Clapeyron-ligningen. Siden en av de to involverte fasene er en gass, kan ligningen Clausius-Clapeyron brukes.

Dette forutsetter at molarvolumet av enhver gass / damp er langt større enn løsningen. Forutsatt at alle verdier tilsvarer en føflekk, er ligningen Clausius – Clapeyron

$$ \ frac {\ mathrm d \ ln (p)} {\ mathrm dT} = \ frac {\ Delta H} {RT ^ 2} $$ som i sin integrerte form mellom trykk og temperatur $ p_1, T_1 $ til $ p_2, T_2 $, og ved å anta at $ \ Delta H $ er uavhengig av temperatur gir

$$ \ ln \ left (\ frac {p_2} {p_1} \ right) = – \ frac {\ Delta H} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$$ i væsker, selv om sistnevnte ikke er så ofte beskrevet som de to andre.

I kokepunktet, har løsningen ved en temperatur $ T_1 $ et lavere damptrykk $ p_1 $ enn det rene løsningsmidlet . Løsningen koker bare når temperaturen økes til $ T_2 $ hvor damptrykket har økt til $ p_2 $ (normalt 1 atm), som er trykket der det rene løsningsmidlet koker. I henhold til Raoults lov $ p_1 = p_2x _ {\ mathrm s} $, hvor $ x _ {\ mathrm s} $ er molfraksjonen av løsemiddel $ \ ln (p_2 / p_1) = \ ln (1 / x_s) $ Som $ x_ \ mathrm s = 1-x_ \ mathrm t $ hvor $ x_ \ mathrm t $ er molfraksjonen av løsemiddel, $$ \ ln \ left (\ frac {1} {1-x_t} \ right) = – \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$ og som $ x_ \ mathrm t $ er langt mindre enn enhet $ \ ln (1-x_t) \ approx -x_t -x_t ^ 2/2 \ ldots $ hvorfra den andre termen kan ignoreres, da den er ubetydelig sammenlignet med den første da, $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$

Termodynamisk høyden på kokepunktet og løseligheten er veldig like, men vi må bytte løsemiddel og løsemiddel over, så det vi tidligere kalte løsemiddel må nå være løsemiddel og omvendt .

Med tanke på nå løselighet, kan variasjonen av molfraksjonen oppløst $ x_ \ mathrm t $ skrives som $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_ \ mathrm B} \ right) $$

hvor det som var $ T_2 $ er nå den normale koketemperaturen til den flytende gass. Også $ \ Delta H_ \ text {vap} $ (en positiv mengde) er nå (molar) fordampningsvarmen til den flytende gassen, og vi tilnærmer dette til å være fordampningsvarmen fra løsningen.

Denne siste ligningen indikerer at løseligheten avtar med økning i temperatur og skal være den samme i alle løsningsmidler der den danner ideelle løsninger.

I løsningen har et gassmolekyl et attraktivt samhandlingsenergi mellom seg selv og løsningsmidlet. (Eksperiment viser at $ \ Delta H_ \ text {vap} $ er positiv og dermed er oppløsningsvarmen negativ). Løsningsmiddelmolekylene har også en attraktiv interaksjon seg imellom ellers ville de ikke danne væske. For en gass-løsningsmiddelinteraksjon må et løsningsmiddel-løsningsmiddel således ødelegges. Samlet er forskjellen i energi sannsynligvis liten. Imidlertid er det en entropisk effekt å vurdere. Dette vil tydeligvis ha økt når en gass oppløses, siden det nå er en annen art i løsningsmidlet, og dermed har antall måter molekylene kan ordnes på økt, og dette vil ha økt entropien. Sammen gjør disse effektene den frie energien negativ som forventet for en spontan prosess.

Når temperaturen økes, øker molekylene i gjennomsnittlig energi, og er dermed mer i stand til å overvinne det attraktive potensialet som holder dem i oppløsning, og dermed øker damptrykket til løsningsmidlet og gassens løselighet avtar. Det er også verdt å merke seg at den gjennomsnittlige kinetiske energien $ (3/2) kT $ er den samme i løsningen og i gassfasen, i løsning er den bare begrenset til et mindre område på bevegelse. Forestillingen om at det er den kinetiske energien som tilegnes som får et molekyl til å komme inn i gassfasen i feil.

For ideelle gasser (sannsynligvis i løsning er fysikken litt annerledes), men uansett da oksygen er en ideell gass, er ligningene fra fysikk som du trenger å huske på …

kinetisk energi = ( 1/2) (masse) (hastighet) ^ 2 = (3/2) (Boltzmann-konstant) (Temperatur),

så derfor er temperatur et mål på hastigheten til molekylene dine, der når temperaturen øker , øker også hastigheten til molekylene. Dermed beveger alle molekyler i oppløsning, inkludert gassformig oksygen, seg raskere og får kinetisk energi for å unnslippe løsningsenergi, og de er derfor mer utsatt for å boble opp overflaten og unnslippe den vandige løsningen fordi oksygengass er mindre tett enn flytende vann.

Kommentarer

• Dessverre stemmer ikke dette svaret heller.

Kaldt vann har mer oksygenmolekyl enn varmt vann fordi vannmolekyler er tettere sammen i kaldt vann, noe som gjør det vanskeligere å oksygenmolekylet rømmer. Ved høyere temperatur har oksygenmolekylet større mengde kinetisk energi. Så gassmolekylet i varmt vann kan lettere overvinne de svake bindingskreftene i vannet og rømme gjennom overflaten.

Kommentarer

• Dessverre dette svaret er ikke riktig