1.1.         Stanovení závislosti rozpustnosti kyslíku ve vodě na teplotě

$

Uvedeme-li kapalnou fázi do 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. Rozpustnost plynů se snižuje s teplotou a naopak
zvyšuje s tlakem. který je dán jeho parciálním tlakem nad kapalnou fází a teplotou (viz Tabulka 1).

Velmi názornou soustavou tohoto typu je soustava voda–kyslík–oxid uhličitý (H[2]O-O[2]-CO[2]).
Rozpouštění O[2 ]a CO[2] ve vodě a naopak jejich uvolňování do atmosféry Země se stalo a je
rozhodujícím faktorem vzniku a trvání života na Zemi. Koncentrace kyslíku a CO[2 ]je rozhodující
pro zachování rovnováhy mezi aerobními formami (např. ryby) a anaerobní formami (např. zelené řasy)
života v hydrosféře. Stejně tak je koncentrace O[2 ]a CO[2] důležitá pro rovnováhu forem života na
souši. Různé formy života jsou přizpůsobeny pro určitý rozsah těchto plynů. Je-li jejich
koncentrace pro daný organizmus nevhodná, dochází k narušení ekologického systému.

?

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 500ml. Ochranné roztoky pro čidla.

2

Postup: Dle přiloženého návodu se seznámíme s obsluhou přístroje k měření teploty t, obsahu 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 současně mícháme roztokem na elektromagnetické míchačce. Sytíme
vzduchem a mícháme. Průběžně v cca 1 minutových intervalech sledujeme stabilizaci signálu z čidel a
hodnoty si zapisujeme. Pokud se hodnoty dále nemění považujeme je za rovnovážné.

3.    Do kádinky přidáváme ledu pro ochlazení na teplotu alespoň 3˚C a současně opakujeme postup
v bodě 2 (ustavení rovnováhy za snížené teploty).

4.    Zapneme zahřívání. Pomalu zahříváme. Vždy, když teplota vystoupí cca o 3 stupně, vypneme
zahřívání 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: Tabulka 1a (Sledování rychlosti ustavení rovnováhy za laboratorní teploty): v destilované
vodě pro každý čas hodnoty pH a DO. Tabulka 1b: viz Tabulka 1a ale pro vodu akvarijní. Tabulka 2
(Závislost rozpustnosti kyslíku ve vodě destilované): čas a hodnoty z čidel včetně teploty
zaznamenané při ohřevu. Graf 1: Závislost obsahu kyslíku na době ustanovování rovnováhy
v destilované a akvarijní vodě. Graf 2: Experimentálně naměřená 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

                                                             -

                                                                 -