Me preguntaba cómo se podría calcular realmente la cantidad de oxígeno que se disolvería en el agua dadas las condiciones iniciales necesarias, y cuáles tendrían que ser esas condiciones iniciales. Supongo que serían la presión, y la concentración inicial, pero realmente no sé a dónde iría a partir de ahí. Está claro que el aire y el agua tienen concentraciones diferentes de gases y líquidos, a pesar de haber estado en contacto durante miles de años. Y una vez en el agua, ¿el oxígeno se sigue considerando gaseoso? Supongo que sí, pero ¿por qué se le llama gaseoso? ¿Qué cualidad tiene para ser un gas a pesar de estar rodeado de líquido?
Respuestas
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Mark Rovetta
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El aire es una mezcla de gases, y la concentración de oxígeno disuelto en la solución (en el agua) es proporcional a la presión parcial de oxígeno en el aire. Ley de Raoult estados: 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.
gath
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1) Calcular la energía libre de Gibbs para (en principio, por mecánica cuántica y metánica estadística)
$\mathrm{O}_2(\mathrm{g}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{O}_2 (\mathrm{aq}) $
(g, l y aq significan gas, líquido y solución acuosa)
2) Utilizando el la ecuación de la isoterma de reacción (vinculado con la ref. 4) para obtener el constante de equilibrio , $K$ ,
3) Introduce la presión y la concentración iniciales en la ecuación relacionada con la constante de equilibrio. Por ejemplo, para $$A + B \rightarrow C$$ la constante de equilibrio se relaciona con $$\frac{[C]}{[A][B]}=K \tag{1}$$ . Si tenemos una concentración inicial $c$ para ambos $A$ y $B$ 0 en el caso de $C$ la Ec. (1) dice $$ \frac{ x }{(c-x)(c-x)}=K $$
Puede haber datos experimentales disponibles para la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio en los pasos 1 y 2.
Sjoerd
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En el agua el gas está en estado acuoso, porque las moléculas de gas están interactuando 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.
Comprueba http://en.wikipedia.org/wiki/Henry 's_law para 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. Es cierto que se trata de un caso especial, pero para otras moléculas gaseosas 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 el N2 sólo tiene un par. La densidad de electrones es un factor clave en las fuerzas vdW, por lo que esta es la razón por la que 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
workmad3
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Bueno, no lo "calcularías" tanto como lo medirías. Tendrías un poco de agua, cambiarías la presión parcial de O2 sobre ella y medirías cuánto se disuelve. Entonces tendrías una tabla 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 de Montecarlo. El problema aquí es que necesitarías un modelo muy preciso y muy barato de la energía. Y luego tendrías que hacer un trabajo adecuado con la propia simulación.
Por último, hay algunas cosas que se pueden deducir analíticamente. Por ejemplo, que el O2 saldrá de la solución al aumentar la temperatura, o que un líquido hidrofóbico (por ejemplo, los alcanos perfluorados) podría disolver más O2.
