Ich weiß, dass ein Temperaturanstieg die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser verringert, aber ich weiß nicht warum. Könnte jemand das erklären?
Kommentare
- Haben Sie versucht, selbst ein bisschen zu suchen? Sie haben ' nicht gesagt, was Sie bisher wissen oder Wo Sie vor dem Posten hier gesucht haben. Wenn Sie bei Google nach " Sauerstoffauflösungstemperatur suchen " ergibt dies als drittes Ergebnis. Probieren Sie es aus.
- @Don_S oh cool, es heißt ', weil das Auflösen von Sauerstoff exotherm ist. und nach dem Prinzip von Le Chatelier ' würde das Hinzufügen von Wärme die endotherme Seite begünstigen, sodass das Hinzufügen von Wärme das Gleichgewicht nach links verschiebt. Vielen Dank für den Link, perfekt!
Antwort
Es wird beobachtet, dass die Löslichkeit vieler Gase in einer Vielzahl von Flüssigkeiten mit zunehmendem i abnimmt n Temperatur, zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff und Methan in Wasser. Dies folgt den qualitativen Vorhersagen des Le-Chatelier-Prinzips, das in der Thermodynamik durch die Clapeyron-Gleichung ersetzt wird. Da eine der beiden beteiligten Phasen ein Gas ist, kann die Clausius-Clapeyron-Gleichung verwendet werden.
Dies setzt voraus, dass das Molvolumen eines Gases / Dampfes weitaus größer ist als das der Lösung. Unter der Annahme, dass alle Werte einem Mol entsprechen, lautet die Clausius-Clapeyron-Gleichung
$$ \ frac {\ mathrm d \ ln (p)} {\ mathrm dT} = \ frac {\ Delta H} {RT ^ 2} $$, was in seiner integrierten Form zwischen Druck und Temperatur $ p_1, T_1 $ bis $ p_2, T_2 $ und unter der Annahme, dass $ \ Delta H $ temperaturunabhängig ist,
$$ \ ergibt ln \ left (\ frac {p_2} {p_1} \ right) = – \ frac {\ Delta H} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$
Trotz der mit seiner Ableitung verbundenen Näherungen beschreibt diese Gleichung gut die Messungen des Dampfdrucks über viele Feststoffe und Flüssigkeiten, beispielsweise die Senkung des Gefrierpunkts, die Erhöhung des Siedepunkts und die Löslichkeit von Feststoffen und Gasen in Flüssigkeiten, obwohl letzteres nicht so häufig beschrieben wird wie die beiden anderen.
Bei der Erhöhung des Siedepunkts hat die Lösung bei einer Temperatur $ T_1 $ einen niedrigeren Dampfdruck $ p_1 $ als das reine Lösungsmittel . Die Lösung siedet nur, wenn die Temperatur auf $ T_2 $ erhöht wird, wobei der Dampfdruck auf $ p_2 $ (normalerweise 1 atm) angestiegen ist. Dies ist der Druck, bei dem das reine Lösungsmittel siedet. Nach dem Gesetz von Raoult ist $ p_1 = p_2x _ {\ mathrm s} $, wobei $ x _ {\ mathrm s} $ der Molenbruch des Lösungsmittels $ \ ln (p_2 / p_1) = \ ln (1 / x_s) $ As $ x_ \ ist mathrm s = 1-x_ \ mathrm t $ wobei $ x_ \ mathrm t $ der Molenbruch des gelösten Stoffes ist, $$ \ ln \ left (\ frac {1} {1-x_t} \ right) = – \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$ und als $ x_ \ mathrm ist t $ weitaus kleiner als die Einheit $ \ ln (1-x_t) \ ca. -x_t -x_t ^ 2/2 \ ldots $, aus denen der zweite Term ignoriert werden kann, da er im Vergleich zum ersten dann unbedeutend ist, $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_1} \ right) $$
Thermodynamisch die Erhöhung des Siedepunkts und der Löslichkeit sind sehr ähnlich, aber wir müssen gelösten Stoff und Lösungsmittel austauschen, sodass das, was wir früher als Lösungsmittel bezeichnet haben, jetzt gelöst sein muss und umgekehrt .
In Anbetracht der Löslichkeit kann die Variation des gelösten Molenbruchs $ x_ \ mathrm t $ als $$ x_ \ mathrm t = \ frac {\ Delta H_ \ text {vap}} {R} geschrieben werden \ left (\ frac {1} {T_2} – \ frac {1} {T_ \ mathrm B} \ right) $$
wobei $ T_2 $ jetzt die normale Siedetemperatur der Verflüssigung ist Gas. Auch $ \ Delta H_ \ text {vap} $ (eine positive Größe) ist jetzt die (molare) Verdampfungswärme des Flüssiggases, und wir schätzen, dass dies die Verdampfungswärme aus der Lösung ist.
Diese letzte Gleichung zeigt an, dass die Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt und in allen Lösungsmitteln, in denen sie ideale Lösungen bildet, gleich sein sollte.
In der Lösung hat ein Gasmolekül ein attraktives Wechselwirkungsenergie zwischen sich und dem Lösungsmittel. (Experiment zeigt, dass $ \ Delta H_ \ text {vap} $ positiv ist, daher ist die Auflösungswärme negativ). Die Lösungsmittelmoleküle haben auch eine attraktive Wechselwirkung untereinander, da sie sonst keine Flüssigkeit bilden würden. Für eine Gas-Lösungsmittel-Wechselwirkung muss also ein Lösungsmittel-Lösungsmittel zerstört werden. Insgesamt ist der Energieunterschied wahrscheinlich gering. Es ist jedoch ein entropischer Effekt zu berücksichtigen. Dies wird eindeutig zugenommen haben, wenn sich ein Gas auflöst, da sich jetzt eine andere Spezies im Lösungsmittel befindet, und somit hat die Anzahl der Möglichkeiten, wie die Moleküle angeordnet werden können, zugenommen, und dies hat die Entropie erhöht. Zusammen machen diese Effekte die freie Energie negativ, wie es für einen spontanen Prozess erwartet wird.
Wenn die Temperatur erhöht wird, gewinnen die Moleküle an durchschnittlicher Energie und können so das attraktive Potential überwinden, das sie in Lösung hält, und somit steigt der Dampfdruck des Lösungsmittels und die Löslichkeit des Gases nimmt ab. Es ist auch erwähnenswert, dass die durchschnittliche kinetische Energie $ (3/2) kT $ in der Lösung und in der Gasphase gleich ist, in Lösung ist sie lediglich auf einen kleineren Bewegungsbereich beschränkt. Die Vorstellung, dass es die kinetische Energie ist, die erfasst wird, bewirkt, dass ein Molekül falsch in die Gasphase eintritt.
Antwort
Für ideale Gase (wahrscheinlich in Lösung ist die Physik etwas anders), aber da Sauerstoff ein ideales Gas ist, sind die Gleichungen aus der Physik, die Sie berücksichtigen müssen, …
kinetische Energie = ( 1/2) (Masse) (Geschwindigkeit) ^ 2 = (3/2) (Boltzmann-Konstante) (Temperatur),
daher ist die Temperatur ein Maß für die Geschwindigkeit Ihrer Moleküle, wobei die Temperatur steigt ebenso nimmt die Geschwindigkeit der Moleküle zu. Somit bewegen sich alle Moleküle in Lösung, einschließlich gasförmigen Sauerstoffs, schneller und gewinnen kinetische Energie, um der Solvatationsenergie zu entgehen. Daher neigen sie eher dazu, die Oberfläche zu sprudeln und der wasserfreien Lösung zu entweichen, da Sauerstoffgas weniger dicht als flüssiges Wasser ist.
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- Leider ist diese Antwort auch nicht korrekt.
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Kaltes Wasser enthält mehr Sauerstoffmoleküle als heißes Wasser, da Wassermoleküle in kaltem Wasser näher beieinander liegen, was das Entweichen von Sauerstoffmolekülen erschwert. Bei höheren Temperaturen hat das Sauerstoffmolekül eine größere Menge an kinetischer Energie. So kann das Gasmolekül in heißem Wasser die schwachen Bindungskräfte im Wasser leichter überwinden und durch die Oberfläche entweichen.
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- Leider diese Antwort ist nicht korrekt