1.1.         Stanovení závislosti rozpustnosti kyslíku ve vodě na teplotě

   $        

   Je-li kapalná fáze v kontaktu s plynnou fází za konstantní teploty a tlaku dochází
   k odpařování složek roztoku do plynné fáze a současně jsou plynné složky pohlcovány fází
   kapalnou. Tento proces je dynamický a pokud je soustava soustavou uzavřenou (tj. nedochází
   k výměně hmoty s okolím) dojde po určité době ke stavu termodynamické rovnováhy při níž jsou
   si aktivity složek roztoku a plynné fáze rovny. Současně soustava nabývá minima možné hodnoty
   své Gibbsovy energie. V tomto stavu pozorujeme, že je konstantní, jak hodnota tlaku všech
   složek v plynné fázi tak i koncentrace složek v kapalné fáze. Obvykle hovoříme o tom že jsou
   páry nad kapalinou nasyceny a v kapalné fázi je dosažena hranice rozpustnosti.

   Velmi názornou soustavou tohoto typu je soustava voda–kyslík–oxid uhličitý (H[2]O-O[2]-CO[2]).
   Rozpouštění plynů ve vodě a naopak jejich uvolňování do atmosféry Země se stalo a je
   rozhodujícím faktorem vzniku a trvání života na Zemi. V současné etapě evoluce je koncentrace
   kyslíku ve vodě určující pro aerobní formy života (např. ryby). Koncentrace CO[2] je naopak
   důležitá pro rozvoj anaerobní formy (např. zelené řasy). Rozpustnost těchto plynů se snižuje s
   teplotou a naopak zvyšuje s tlakem. Různé formy života jsou různě náročné na obsah kyslíku,
   který je dán jeho parciálním tlakem a teplotou roztoku (viz Tabulka 1).

   ?        

   Úkol: Určete závislost rozpustnosti kyslíku v destilované a akvarijní vodě na teplotě
   v intervalu cca 10-40˚C a porovnejte ji s tabelovanými hodnotami. Sledujte i změny pH.

   "        

   Potřeby a chemikálie: Voda destilovaná, akvárium. Přístroj pro měření teploty, obsahu kyslíku
   a pH (např. Orion 4 Star pH/DO). Vzduchování (akvarijní kompresor a vzduchovací kamínek).
   Elektromagnetické míchadlo s ohřevem. Kádinka 300ml. Ochranné roztoky pro čidla.

   2        

   Postup: Dle přiloženého návodu se seznámíme s obsluhou přístroje k měření teploty t, kyslíku
   (DO) a pH. Předběžně si vyzkoušíme manipulace s čidly a kádinkou.

   1.    Do kádinky nalijeme přiměřené množství destilované vody. Zaznamenáme hodnoty na displeji
   přístroje naměřené čidly (t, pH, DO) za laboratorní teploty.

   2.    Vložíme vzduchovací kamínek a necháme ustavit rovnováhu (sycení vzduchem vzduchováním).
   Průběžně v cca 3 minutových intervalech sledujeme stabilizaci signálu z čidel a hodnoty si
   zapisujeme. Při vlastním měření vždy vypínáme vzduchování. Pokud se hodnoty dále nemění
   považujeme je za rovnovážné.

   3.    Do kádinky můžeme přidat trochu ledu pro ochlazení a zopakujeme postup v bodě 2
   (ustavení rovnováhy za snížené teploty).

   4.    Zapneme zahřívání. Vždy, když teplota vystoupí cca o 3 stupně, vypneme zahřívání i
   vzduchování a zaznamenáváme si hodnoty signálů z čidel. Takto pokračujeme až do teploty cca
   40˚C.

   Postup v bodech 1-4 zopakujeme i pro vodu odebranou z akvária. Po skončení práce nezapomeneme
   správně uložit čidla do ochranných roztoků. Z akvária odebíráme vodu vždy čistou kádinkou. Do
   akvária nic nevracíme.

   ?        

   Protokol: Pro vodu destilovanou i akvarijní: Tabulka 1:  Pro teplotu laboratorní i sníženou:
   výchozí hodnoty (t, pH,DO) před vzduchováním, hodnoty v průběhu vzduchování a hodnoty
   rovnovážné. Tabulka 2:  Hodnoty čidel zaznamenané při ohřevu. Graf 1:  Závislost obsahu
   kyslíku na době ustanovování rovnováhy při měření za laboratorní a snížené teploty. Graf 2: 
   Závislost rozpustnosti kyslíku a pH na teplotě doplněná o tabelovanou závislost sestrojenou
   z dat, které uvádí Tabulka 1).

   

  Tabulka 1: Závislost rozpustnosti kyslíku a oxidu uhličitého (mg/l) na teplotě při tlaku vzduchu
                                               1Atm.

+--------------------------------------------------------------------------------------------------+
|t/˚C|0       |5       |10      |15      |20      |25      |30      |35      |40             |
|----------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+---------------|
|O2        |14,8    |12,9    |11,5    |10,4    |9,45    |8,69    |8,05    |7,52    |7,07           |
|----------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+---------------|
|CO2       |1,22    |-       |0,85    |-       |0,62    |-       |0,47    |-       |-              |
+--------------------------------------------------------------------------------------------------+