Me preguntaba cómo se calcularía realmente cuánto oxígeno se disolvería en el agua dadas las condiciones iniciales necesarias, y cuáles deberían ser esas condiciones iniciales. Supongo que serían presión y concentración inicial, pero realmente no sé a dónde iría desde allí. Es evidente que el aire y el agua tienen diferentes concentraciones de gases y líquidos, a pesar de haber estado en contacto durante miles de años. Y una vez en el agua, ¿el oxígeno todavía se considera gaseoso? Supongo que lo es, pero ¿por qué se llama gaseoso? ¿Qué cualidad lo considera gas a pesar de estar rodeado de líquido?
El aire es una mezcla de gases, y la concentración de oxígeno disuelto en solución (en el agua) es proporcional a la presión parcial de oxígeno en el aire. La ley de Raoult establece: La presión de vapor de una solución ideal depende directamente de la presión de vapor de cada componente químico y de la fracción molar del componente presente en la solución.
1) Calcular la energía libre de Gibbs para (en principio, por mecánica cuántica y metanología estadística)
(g, l y aq representan gas, líquido y solución acuosa)
2) Usando la ecuación de isoterma de reacción (vinculada con ref 4) para obtener la constante de equilibrio , ,
3) Ingrese la presión inicial y la concentración en la ecuación relacionada con la constante de equilibrio. Por ejemplo, para
Puede haber datos experimentales disponibles para la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio en los pasos 1 y 2.
En el agua, el gas está en estado acuoso, porque las moléculas de gas interactúan con las moléculas. En el equilibrio, la concentración del gas en el agua y sobre el agua son diferentes, siendo la relación una constante de la Ley de Henry.
Consulte http://en.wikipedia.org/wiki/Henry's_law para obtener una lista de constantes.
La constante más anómala es la del CO2, que a pesar de ser 1/500 tan abundante en el aire como el O2, en el agua es 50/1. esto se debe a que el CO2 puede reaccionar químicamente con el agua. Por supuesto, este es un caso especial, pero para otras moléculas de gas las fuerzas dominantes son polares o de van der Waals.
Las moléculas de O2 tienen dos pares de electrones libres para las interacciones intermoleculares, mientras que las N2 solo tienen un par. La densidad de electrones es un factor clave en las fuerzas vdW, por lo que esta es la razón por la cual el O2 y el N2 tienen concentraciones de equilibrio similares en el agua a pesar de que el N2 es 4/1 en abundancia atmosférica/presión parcial.
Bueno, no lo "calcularías" tanto como lo medirías. Tendría un poco de agua, cambiaría la presión parcial de O2 por encima y mediría cuánto se disuelve. Entonces tendrías un gráfico donde puedes calcular el potencial químico del O2 en el agua frente a la presión parcial, el coeficiente de la ley de Henry, etc.
Podrías intentar hacer una simulación. Por ejemplo, una simulación Monte Carlo. El problema aquí es que necesitarías un modelo de energía muy preciso y muy barato. Y luego tendrías que hacer un trabajo adecuado con la simulación en sí.
Finalmente, hay algunas cosas que puedes deducir analíticamente. Por ejemplo, que el O2 abandonará la solución al aumentar la temperatura, o que un líquido hidrofóbico (es decir, alcanos perfluorados) podría disolver más O2.
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