Strona głównaPytania → Jak szybko tlen przenika do...

Jak szybko tlen przenika do wody?

Pytanie

Pyta Dawid

Czy z powodu napięcia powierzchniowego cząsteczki tlenu mają utrudnione zadanie w dostawaniu się do wody? Czy gdyby zraszać powierzchnię wody to cząsteczki tlenu łatwiej dostaną się do wody ?

Odpowiedź

Odpowiada dr Marcin Gronowski

Przenikanie cząsteczek z fazy gazowej do cieczy odbywa się w trzech etapach

  1. transfer cząsteczki tlenu w pobliże granicy faz ciecz-woda
  2. dyfuzja molekularna cząsteczki przez granicę faz
  3. transport wgłąb cieczy przez dyfuzję i ewentualnie konwekcję

Każdy z tych etapów może mieć wpływ na całkowitą szybkość procesu. Tutaj rozważymy dość typowy przypadek, kiedy najwolniejszym jest etap 2. W najprostszym modelu, szybkość tego procesu jest proporcjonalna do pierwiastka z iloczynu współczynnika dyfuzji tlenu w wodzie oraz częstotliwości z jaką odświeżana jest powierzchnia wody. Nie ma tu prostej zależności od napięcia powierzchniowego. Proces ten możemy przyspieszyć albo częściej „odświeżając” powierzchnię wody (może to być zraszanie, mieszanie, wywoływanie fali, lub ruch bąbelków powietrza w wodzie), albo zwiększając współczynnik dyfuzji, np. poprzez wzrost temperatury. Dodajmy tutaj, że ogrzewanie wody prowadzi do zmniejszenia jej napięcia powierzchniowego. Obniżenie napięcia powierzchniowego może też być osiągnięte poprzez dodanie surfaktantów (np. mydła) do wody, lecz wówczas następuje obniżenie szybkości transferu tlenu z powietrza do wody. Surfaktanty tworzą na powierzchni wody warstwę utrudniającą dostawanie się cząsteczek tlenu do cieczy.

Niezależnie od szczegółów mechanizmu, zwiększenie powierzchni granicy faz będzie prowadziło do zwiększenia całkowitej szybkości przenikania tlenu do wody. Istnienie napięcia powierzchniowego powoduje, że kropla wody w powietrzu przyjmuje kształt o możliwie najmniejszej powierzchni granicy faz. Jest to efekt bez znaczenia w przypadku dużych objętości wody, jak jezioro lub reaktor.

Widzimy więc, że napięcie powierzchniowe może mieć co najwyżej pośredni wpływ na całkowitą szybkość z jaką przenika tlen do wody.

Maksymalne stężenie tlenu w wodzie, jakie może zostać osiągnięte, wynika z relatywnie niskiej rozpuszczalności, która również nie jest powiązana z napięciem powierzchniowym.