¿Cómo afecta la disolución de la sal a la densidad de la solución?

Pregunta 1: ¿La densidad del agua sigue siendo la misma que al principio ahora que la sal ha comenzado a disolverse? Es decir. ¿La densidad del agua es constante? ¿O las moléculas de sal disueltas "comprimirán" las moléculas de agua en un volumen más pequeño aumentando así la densidad del agua? ¿Y en realidad deberíamos estar hablando de la concentración de agua ahora en lugar de la densidad del agua ya que estamos tratando con una mezcla compuesta por dos sustancias?

Si no mezclas el agua, la sal se disolverá lentamente, comenzando por el fondo del recipiente. Esto te dará un gradiente de concentración en el recipiente, donde la mayor densidad corresponde al límite de solubilidad de la sal a esa temperatura, en el fondo del recipiente, y la densidad disminuye a medida que subes en el recipiente. Para un recipiente lo suficientemente profundo, debe tener agua dulce en la superficie durante cierto tiempo, pero la sal se difundirá lentamente desde la parte inferior del recipiente, por lo que dudo que la superficie permanezca totalmente fresca mientras observa el recipiente durante mucho tiempo. períodos. Existe un dispositivo práctico, conocido como estanque solar, que funciona según el principio de que la densidad del agua en el fondo del estanque es tan alta que la radiación solar absorbida no calentará el fondo del recipiente lo suficiente como para inducir corrientes de convección, lo que permitirá que el agua "superior" aísle el agua "superior" a mayor temperatura. " agua. Verhttps://en.wikipedia.org/wiki/Solar_pond para más detalles. Tenga en cuenta que el gradiente de concentración permanece estable, aunque el fondo del estanque es sustancialmente más cálido que la parte superior del estanque.

Con respecto a sus otras subpreguntas, los iones de sodio y cloro del cristal de sal se "solvatan" con moléculas de agua. Desde el punto de vista de la química, dudo que sea correcto suponer que las diferentes especies moleculares permanecen separadas cuando la sal se disuelve en agua.

Pregunta 2: ¿Es constante la concentración/densidad de la sal en la solución? Esta pregunta parece tener la respuesta obvia de "no, no es porque la sal se disuelve y, por lo tanto, la concentración de la sal en la solución cambia con el espacio y el tiempo a medida que se dispersa".

Como se mencionó anteriormente, la concentración de sal no es constante, SI no mezcla el agua. Incluso si dejas pasar mucho tiempo, habrá un gradiente de concentración en la columna de agua suficiente para permitir que los estanques solares (mencionados anteriormente) funcionen.

Pregunta 3: La densidad de la solución en sí, ρt... como la concentración de sal parece no ser constante, implica que la densidad de la solución no es constante... es decir, variará en diferentes puntos de la fluido en el espacio y el tiempo a medida que la sal se disuelve hasta que alcanza un equilibrio cuando toda la sal se disuelve?

Si organiza este experimento con cuidado y no remueve el agua, es posible que quede sal sin disolver en el fondo del recipiente. Si este es el caso o no, depende de la cantidad de sal que agregue.

Pregunta 4: Entonces, si la solución tiene una densidad no constante, ¿significa que es comprimible? ¿Y se regirá por las ecuaciones compresibles de Navier-Stokes?

A menos que tenga la intención de imponer presiones MUY altas en su contenedor, puede considerar que el líquido es incompresible. El perfil de densidad es causado por el gradiente de concentración, no por la compresibilidad.

Suponiendo que desea ecuaciones para estimar la densidad frente a la altura en la columna de agua, es posible que desee comenzar con el diseño del estanque solar. No tengo ninguna duda de que los diseñadores tuvieron que trabajar algunos de los mismos problemas con los que estás lidiando.

Creo que hay algunos malentendidos que llevaron a que su pregunta fuera bastante oscura.

Creo que sus primeras 2 preguntas equivalen a: "¿Hay un cambio de volumen entre el sistema de agua dulce + sal cristalina y la solución"? Por supuesto, la masa es constante. No tengo la respuesta a esta pregunta, pero puesta de esta manera podrás buscarla.

La pregunta 3 trata sobre la difusión. Busca la ley de Fick.

La pregunta 4 es interesante. En realidad, también es un malentendido pero muy común en dinámica de fluidos. La ecuacion

La pregunta que está haciendo es en realidad muy complicada, por lo que le daré una respuesta parcial y algunos consejos sobre dónde puede obtener más información. Podría ser más productivo trabajar en términos de "volúmenes molares parciales" en lugar de densidades. En cualquier caso, siempre es fácil convertir volúmenes molares parciales a densidades parciales. Generalmente el volumen molar parcial de la especie A,$v_A(x_A)$, es función de la concentración de la especie A,$x_A$. Para la sal y el agua, probablemente sea posible buscar funciones que se ajusten a los datos experimentales sobre el volumen molar parcial en función de la concentración.

Una idea clave es que las cantidades molares parciales, como el volumen molar parcial, siempre se relacionan mediante relaciones como la ecuación de Gibbs-Duhem. Muestra cómo, si sabe cómo varía la cantidad molar parcial de un componente de una mezcla con la composición de la mezcla, puede inferir cómo varía esa cantidad para el otro componente de la mezcla. Entonces, en su caso, solo necesita una función para el volumen molar parcial de sal y luego podrá usar una ecuación de Gibbs-Duhem para obtener la función correspondiente para el agua.

Un buen lugar para comenzar a aprender sobre esto sería un libro de texto de química física, como Atkins.

Si no mezclas el agua, la sal se disolverá lentamente, comenzando por el fondo del recipiente. Esto te dará un gradiente de concentración en el recipiente, donde la mayor densidad corresponde al límite de solubilidad de la sal a esa temperatura, en el fondo del recipiente, y la densidad disminuye a medida que subes en el recipiente. Para un recipiente lo suficientemente profundo, debe tener agua dulce en la superficie durante cierto tiempo, pero la sal se difundirá lentamente desde la parte inferior del recipiente, por lo que dudo que la superficie permanezca totalmente fresca mientras observa el recipiente durante mucho tiempo. períodos. Existe un dispositivo práctico, conocido como estanque solar,