Wuwejův zápisník

Rozpustnost kyslíku ve vodě

04.11.2006 21:00, Wu | praktické | věda | komentáře -

Optal se mě kolega, jak to je s rozpustností kyslíku ve vodě, jestli je při větší teplotě kyslíku míň, nebo víc. Že totiž při jedné z debat s kamarády v hospodě na téma narazili a rozdělili se do dvou skupin, jedna tvrdila že s rostoucí teplotou rozpustnost klesá, druhá naopak. Potvrdil jsem mu, že má pravdu on, když říkal že rozpustnost klesá a v teplejší vodě je ho míň, že je na to vzorec, ale víc jsem z paměti nevyškrábal.

Večer jsem se podíval do fyzikální chemie, obecné chemie a trochu po Internetu, našel inkriminovaný vztah (Henryho zákon), nějak si to zapamatoval a druhý den kolegovi převyprávěl. Sice tak trochu naopak, ale ani neprotestoval :). Takže to raději vezmu ještě jednou, pořádně a snad už srozumitelně.

Budeme muset začít asi zeširoka, od zkoumání vlastností plynů při procesech stlačování, změny teploty, zkrátka od termodynamiky. Vztah mezi teplotou, objemem, tlakem a počtem částic plynu vyjadřuje stavová rovnice: p.V = n.R.T

Uvádím ji jen na dokreslení, pro pochopení potřeba není.

Plyn nad rozpouštědlem má nějaký chemický potenciál, označme µg (g jako gas čili plyn). Plyn rozpuštěný v kapalině má také chemický potenciál, označme jej µl (l jako liquid čili kapalina). Teď bychom potřebovali vědět, co to ten chemický potenciál je... Jelikož je to ale složité na odvození, bude nám stačit, že je to veličina, která jistým způsobem popisuje energii obsaženou v dané složce a je závislá na teplotě. µ0 je hodnota při standardních podmínkách, v chemii jsou standardní podmínky obvykle 20°C (293K) a atmosférický tlak (101kPa).

  • pro plyn vyjádříme takto µg = µg0 + R.T.ln(p)
  • pro plyn v kapalině takto µl = µl0 + R.T.ln(x)

Můžete si všimnout přítomnosti členů R, T, p, tedy je evidentní, že k odvozování byla použita mimo jiné i zmíněná stavová rovnice. Možná vás napadne, proč je v jednom vztahu použit tlak (p) a v druhém molární zlomek (x)... Já bych to nepitval, ještě by vyšlo najevo, že x je vlastně a (aktivita). Prostě obojí závisí na počtu částic (n).

Příroda nemá rozdíly energie příliš ráda, to všichni víme z praxe, takže dokud bude trvat rozdíl potenciálů, bude se snažit o jejich vyrovnání. Nyní už se konečně dostáváme k samotnému rozpouštění - mezi plynem nad rozpouštědlem a v něm se nakonec ustaví rovnováha, kterou lze vyjádřit jako rovnost chemických potenciálů obou složek: µg = µl

Dosazením obou členů do rovnosti dojdeme k výsledku
Henryho konstanta,
který vypadá šíleně, ale ve formě x = p.H kde H je Henryho konstanta, dostáváme zmíněný Henryho zákon, tedy že rozpustnost je přímo úměrná tlaku plynu nad rozpouštědlem (mluvíme od čistém plynu, v případě vzduchu by šlo o parciální tlak kyslíku, nicméně princip je stejný). V našem případě se tlak nemění a zajímá nás právě ta konstanta - když si do ní zkusmo dosadíte nějaké hodnoty (T je teplota v Kelvinech, tj. 273+počet ve °C, e je základ
přirozených logaritmů) , snadno spočítáte, že s rostoucí teplotou klesá.

Konkrétní hodnoty najdete např. na serveru Akvárium, pokles je opravdu výrazný.

Literatura - R.Brdička, J.Dvořák: Základy fysikální chemie. Praha: Academia, 1977.

12345
1162670400000

Kategorie

Informace

Kontakt

Sledujte také

Archiv

STRÁNKY ARCHIVOVÁNY NÁRODNÍ KNIHOVNOU ČR

CBDB.cz – Databáze knih a spisovatelů, knihy online