הקפאת גז

[verysane]

הקפאת גז

מה קורה אם אני מקפיאה CO2 בבקבוק. האם הנפח של הגז משתנה? הלחץ?

 

[giladt02]

PV=NkT

עבור גזים אידאליים. כשאת מקפיאה CO2 הוא מפסיק להיות גז אידאלי אבל כמו שניתן להבין הנפח שלו יורד פלאים באותו לחץ. מצד שני בלחץ אטמוספירי לא תקבלי נוזל אלא רק מוצק, קרח יבש.

 

[avinamal]

ואני דווקא מבין שהנפח לא ישתנה כלל

מדובר בגז... מן הסתם הוא תופס את כל נפח הבקבוק

מה שכן ירד זה הלחץ, לפי המשוואה שהביא גילעד (כלומר ביחס ישר לטמפרטורה). לא ממש רואה אותך מקפיאה CO2 במקרר הביתי... צריך לרדת מתחת 70- מעלות צלזיוס. מקפיא לא יורד מתחת 12-.

 

[verysane]

טוב, זה לא ממש רק גז בתוך הבקבוק

פישטתי את הבעיה. זו בעיה תאורטית (ולכן אני לא אנסה להקפיא לבד בבית).

יש לי בקבוק בעל נפח של 2 ליטר. מכיל 1.7 ליטר של סודה והשאר זה גז CO2. שואלים מה יהיה הלחץ של הגז בבקבוק אם נכניס אותו למקפיא (5 מעלות צלסיוס). אז רק מתוך השאלה אני מבינה שהלחץ הוא זה שצריך להשתנות, אבל בכל זאת, כדאי לחדד את הנקודה. בעצם, כשאני מכניסה את הגז לקירור המולק' נעות לאט יותר, אבל המיקום שלהן אחת ביחס לשניה לא משתנה. וזו הסיבה שהנפח לא משתנה, אבל גם הסיבה לכך שהלחץ יורד (פחות כוח בעת פגיעת המולק' בדפנות הבקבוק). זה כמובן הסבר אינטואטיבי. למה בטמפ' מאוד נמוכות הנפח כן ישתנה?

 

[avinamal]

ה"סודה" שם הכוונה למים?

להבנתי, יש לך 2 ליטר של סודה - 1.7 ליטר מים ו-0.3 ליטר CO2. זו באמת שאלה די תיאורטית - CO2 מתמוסס במיים והופך לחומצה קרבונית, ואז הוא בכלל לא במצב גזי. נתעלם מהאפקט הזה לרגע. אם הבנתי נכון את השאלה (מרגע לרגע גובר בי החשש שלא זה המצב

) הרי שכל מה שמעניין אותך זה 0.3 ליטר גז אידיאלי, הזנחת שינויי הנפח של המים[1] ומשוואת הגז האידיאלי שהובאה מקודם. [1] ממילא לא אתה, לא אני ולא המורה שלך מסוגלים לחשב את זה. * ההסבר האינטואטיבי שלך לגבי לחץ נכון. ** "למה בטמפ' מאוד נמוכות הנפח כן ישתנה?" CO2 קופא ב 78.5~ צלזיוס (בלחץ של 1 ATM). כמו שאתה מתאר לעצמך, כשגז הופך למוצק זה מערב שינחוי נפח די רציני.

 

[verysane]

קודם הייתי, אני בד"כ וגם בפעם

האחרונה שבדקתי - אני בת. השאלה הזו היא חלק משאלה מאוד ארוכה וגדולה יותר. לפני שהסודה הגיעה לבית הלקוח והוא דחף אותה למקרר, היא הספיקה לעבור דרך מפעל ייצור ושם כבר דאגתי להזריק לבקבוק כמות CO2 שתתמוסס במים ותיצור את המשקה. אני יודעת שיש שינוי נפח במים, אבל כמו שניתן לראות, מה שלא יודעים - מזניחים. גם ההערה האחרונה של גלעד הייתה מעניינת, ובסופו של דבר יוצא שהזניח בעצם הופך לשכיח...וגם שכוח, או לפחות כזה שמתעלמים ממנו.

 

[giladt02]

לא מדוייק

בסודה יש המון CO2 מומס במים, כשהמים קופאים הגז לא קופא איתם אלא בורח ולמעשה כמות הגז החופשי הכוללת בבקבוק עולה. היה אפשר לחשוב כי ירידת הטמפרטורה מורידה את הלחץ ע"פ משוואת המצב שרשמתי בתגובה הראשונה, אבל סביר יותר להניח כי הלחץ יעלה בגלל כמות הגז החופשי הנוספת.

 

[giladt02]

לא מדוייק

בסודה יש המון CO2 מומס במים, כשהמים קופאים הגז לא קופא איתם אלא בורח ולמעשה כמות הגז החופשי הכוללת בבקבוק עולה. היה אפשר לחשוב כי ירידת הטמפרטורה מורידה את הלחץ ע"פ משוואת המצב שרשמתי בתגובה הראשונה, אבל סביר יותר להניח כי הלחץ יעלה בגלל כמות הגז החופשי הנוספת.

 

[avinamal]

אוקיי הבנתי סוף סוף מה את שואלת ../images/Emo13.gif

וזו לא שאלה כ"כ פשוטה. השחקנים הראשיים הם חוק הנרי[1] ועיקרון לה-שטלייה[2]. כדי להשתמש בשני, צריך לדעת האם התמוססות CO2 במים הוא תגובה אקסותרמית או אנדותרמית. התשובה היא - אקסותרמית. הסיבה - תהליכי המסה של גז בנוזל הם תמיד אקסותרמיים. אז לה-שטלייה אומר לנו שקירור יעודד את הכוון של התמוססות. מכוון הנרי - ירידת הלחץ מורידה את המסיסות. כך שיש 2 שיקולים סותרים. זו אגב הסיבה שמי שמייצר סודה עושה זאת בקירור ובלחץ גבוה של CO2. לך אין הפריבילגיה הזו. מסקנה? לדעתי הקירור מוריד את לחץ האדים בסופו של דבר, כלומר קבוע שווי המשקל של התגובה עולה. אשקיע בזה עוד מחשבה מחר

[1] ניסוח חופשי - ריכוז של גז מומס בנוזל עומד ביחס ישר ללחץ החלקי שלו מעל התמיסה. [2] ניסוח חופשי - תגובה כימית ש"הוסטה" ממצב שיווי משקל תגיב בכוון שיחזיר אותה לשווי משקל.

 

[avinamal]

הגיע מחר ../images/Emo13.gif

התאפסתי על עצמי. לחץ האדים של CO2 יורד עם הטמפרטורה. למה? כי קבוע שווי המשקל עולה. אם משוואות עושות לך (מתחרז עם שח) את זה, יקירתי, קבלי אחת המקשרת בין קבוע שווי המשקל לטמפרטורה:

K = Ko*e^(-ΔE/RT) K - Equilibrium constant. In this case K = [CO2(aq)]/[CO2(g)]. Ko - Some not-so-interesting positive number. e - That crazy number named after Euler. ΔE - Reaction energy difference. R - Gas constant (keep it consistent with units). T - Temperature (Kelvin please!). =,*,-,^,(),/ - International arithematics signs.​

הפואנטה בנוסחה המיותרת הזו היא שאת מורידה את הטמפ', וכיוון ש ΔE<0 עכשיו, המעריך החיובי גדל, K גדל, התוצר מועדף, יותר CO2 מתמוסס -ולחץ הגז יורד.

 

[verysane]

זה בהחלט היה הרבה מעבר למה שהייתי

צריכה לדעת, אבל רשמתי לפני והשכלתי.

תודה.