Strona głównaPytania → Skąd się biorą bąbelki?

Skąd się biorą bąbelki?

Pytanie

Pyta Kuba

Dlaczego cząsteczki gazu rozpuszczonego w cieczy (np. azot w wodzie) pod wpływem obniżania się zewnętrznego ciśnienia opuszczają ciecz łącząc się w widoczne gołym okiem bąbelki?

Odpowiedź

Odpowiada Damian Zdulski

Rozpatrzmy zamknięte naczynie z cieczą w której rozpuszczono pewną ilość gazu  (np. dla ustalenia uwagi w wodzie rozpuszczono dwutlenek węgla). Układ cały czas znajduje się w stałej temperaturze. W takiej sytuacji nierozpuszczona część gazu będzie tworzyć parę nad powierzchnią cieczy.  Molekuły nierozpuszczonego gazu, na skutek losowych ruchów termicznych, będą uderzały w powierzchnie cieczy i z pewnym prawdopodobieństwem $r_{1}$ będą absorbowane przez rozpuszczalnik. Częstotliwość zderzeń wzrośnie, gdy zwiększymy ilość gazu  (np. wtłaczając go do naczynia) lub zmniejszymy objętość pary (np.  poprzez wciskanie tłoka.) Obie te czynności skutkują zwiększeniem ciśnienia $p$ nierozpuszczonej części gazu. Zwiększenie ilości zderzeń będzie powodować wzrost ilości cząsteczek jakie przedostają się do rozpuszczalnika i tym samym wzrost koncentracji $c$ rozpuszczonej części gazu. Z drugiej strony molekuły rozpuszczone w cieczy także uderzają w powierzchnię i z prawdopodobieństwem $r_{2}$ uciekają z rozpuszczalnika. W tym przypadku częstotliwość zderzeń rośnie wraz z koncentracją $c$ gazu w rozpuszczalniku. W stanie równowagi termodynamicznej ilość cząsteczek gazu absorbowana i emitowana na sekundę w tych dwóch przeciwstawnych procesach przez ciecz  musi być jednakowa. Dlatego zachodzi prawo Henry’ego $p=Kc$, gdzie $K$ jest stałą  zależną od rodzaju cieczy, gazu oraz temperatury układu. Demonstruje działanie prawa Henry’ego prosty eksperyment oraz animacja.

Gdy  otwieramy butelkę z napojem gazowanym gwałtownie obniża się ciśnienie nierozpuszczonego dwutlenku węgla w naczyniu. Jednak koncentracja dwutlenku węgla w roztworze nie zdąży się dostosować. Napój staje się wtedy roztworem przesyconym. Jest to stan wysoce niestabilny. Roztwór oddaje gaz do otoczenia w formie bąbelków aż do osiągnięcia stanu równowagi w którym procesy oddawania oraz pochłaniania dwutlenku węgla się równoważą i tym samym spełnione jest  prawo Henry’ego. Wzrost oraz dynamika bąbelków są opisane w artykule popularnonaukowym.