Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Chemie životního prostředí – seminář
Jaromír Literák
Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity
26. října 2017
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Parciální tlak látky pi nad jejím roztokem
pi = γi xi p∗
L
pi – parciální tlak látky v plynné fázi nad jejím roztokem
γi – aktivitní koeficient látky v roztoku
xi – molární zlomek látky v roztoku
p∗
L – tlak nasycené páry nad čistou látkou
Pro ideální plyn fugacita fi = pi .
Raoultův zákon (γi = 1)
pi = xi p∗
i
Henryho zákon (γi = 1 a γi jsou konstanty)
pi = xi K’
H
K’
H – Henryho konstanta
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Parciální tlak látky pi nad jejím roztokem
K’
H =
pi
xi
= γi p∗
i [jednotka tlaku]
nebo bezrozměrná udaná jako podíl K’
H a standardního tlaku (1 bar)
Alternativní formy KH :
KH =
pi
ci
[(jednotka tlaku) (jednotka koncentrace)−1
]
nebo
KH =
ci
pi
[(jednotka koncentrace) (jednotka tlaku)−1
]
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Parciální tlak látky pi nad jejím roztokem
Rozdělovací koeficient vzduch-roztok
Kal =
ca
cl
ca =
pi
R T
Kal =
pi
R T cl
=
pi
cl
·
1
R T
=
KH
R T
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 1
Jaká je rozpustnost kyslíku ve vodě jezera (v mg dm−3
) při 28 ◦
C?
KH = 1,15 × 10−3
mol dm−3
atm−1
M(O2) = 32 g mol−1
x(O2) = 0,21
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 2
Jezero Titicaca se nachází v Andách na hranici mezi Peru a Bolívií
v nadmořské výšce 3.810 m. Odhadněte koncentraci kyslíku v jezerní
vodě (v mg dm−3
) při 5 ◦
C.
Henryho konstanta KH je 1,9 × 10−8
mol dm−3
Pa−1
při této teplotě.
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 2
Jezero Titicaca se nachází v Andách na hranici mezi Peru a Bolívií
v nadmořské výšce 3.810 m. Odhadněte koncentraci kyslíku v jezerní
vodě (v mg dm−3
) při 5 ◦
C.
Henryho konstanta KH je 1,9 × 10−8
mol dm−3
Pa−1
při této teplotě.
Atmosferický tlak u povrchu jezera?
pz = p0 · exp
−z
7,4 km
z – nadmořská výška (v km)
p0 – atmosferický tlak u hladiny moře
pz – atmosferický tlak ve výšce z
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 2
Plytké jezírko je situováno uprostřed velkého města. Koncentrace
benzenu ve vzduchu je ca = 50 µg m−3
a ve vodě cw = 400 µg m−3
.
Určete preferovaný směr pohybu benzenu při jeho výměně mezi vodou a
vzduchem při 25 ◦
C.
Kaw = 0,22 při 25 ◦
C
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 3
Jaké je pH deště, jehož kapky se při pohybu atmosférou nasytí oxidem
uhličitým? Předpokládejte, že na pH má vliv pouze rozpuštěný CO2.
CO2(g)
CO2 + H2O H+ + HCO3
-
HCO3
- H+ + CO3
2-
Ka1
Ka2
CO2(aq) KH
KH = 3,4 × 10−2
mol dm−3
atm−1
x(CO2) = 390 ppm
pKa1 = 6,35
pKa1 = 10,33
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 3
Jaké je pH deště, jehož kapky se při pohybu atmosférou nasytí oxidem
uhličitým? Předpokládejte, že na pH má vliv pouze rozpuštěný CO2.
CO2(g)
CO2 + H2O H+ + HCO3
-
HCO3
- H+ + CO3
2-
Ka1
Ka2
CO2(aq) KH
KH = 3,4 × 10−2
mol dm−3
atm−1
x(CO2) = 390 ppm
pKa1 = 6,35
pKa1 = 10,33 (což znamená, že v rovnováze je velmi nízká koncentrace
CO2−
3 , tedy pouze disociace do prvního stupně je relevantní)
CO2 + H2O H+
+ HCO−
3
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 4
Atmosferická koncentrace CO2 byla 275 ppm před průmyslovou revolucí.
Odhadněte pH srážek při této koncentraci CO2 v atmosféře.
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 5
Vyjádřete maximální rozpustnost (koncentraci) Ca2+
ve vodě jako funkci
parciálního tlaku CO2, který je v rovnováze s roztokem.
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 5
CaCO3
Ca2+ CO3
2- HCO3
- CO2 + H2O
CO2
Ks
KH
Ka1Ka2
KS = [Ca2+
] · [CO2−
3 ] = 10−8,42
mol2
dm−6
Ka1 =
[H+
] · [HCO−
3 ]
[CO2]
= 10−6,35
mol dm−3
Ka2 =
[H+
] · [CO2−
3 ]
[HCO−
3 ]
= 10−10,33
mol dm−3
KH (CO2) =
[CO2]
p(CO2)
= 3,4 × 10−2
mol dm−3
atm−1
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 6
Jaká je koncentrace vápenatých iontů ve vodě, která je v rovnováze
s pevným vápencem a vzduchem, který obsahuje 390 ppm oxidu
uhličitého? Výsledek udejte jako molární i hmotnostní koncentraci.
M(Ca) = 40,078 g mol−1
x(CO2) = 390 ppm
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář
Rovnováha kapalina-plyn Příklady
Příklad č. 7
Zbrašovské aragonitové jeskyně
CO2 má tendenci hromadit se v níže položených místech jeskyně.
Odhadněte poměr koncentrací Ca2+
ve vodě v jezírku, které je
v rovnováze se vzduchem, který obsahuje 40% (V /V ) CO2, a ve vodě
jezírka, které je v rovnováze s běžným vzduchem. V obou případech je
jezírko ve vápenci, tudíž je take ustavena rovnováha mezi vodou a
vápencem.
Jaromír Literák Chemie životního prostředí – seminář