Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 5 dotazů obsahujících »plynném«
4) Sytá vodní pára
16. 02. 2007
Dotaz: Dobrý den, máme dvě nádoby stejného objemu, ve kterých je voda, rovněž stejného
objemu (přičemž voda nezabírá celý objem nádoby). V jedné nádobě je nad hladinou
vody vzduch a v druhé je vzduch vypuštěn, tzn. nad hladinou vody se nachází
pouze vodní páry. Můj dotaz zní: bude v nádobě, ve které není vzduch, větší
množství vodních par, nebo bude v obou nádobách stejné množství vodní páry (nad
vodní hladinou)? (petr)
Odpověď: V nádobě, v níž je v rovnovážném stavu voda se svými parami, je tzv.
dynamická rovnováha. To znamená, že ačkoliv z makroskopického pohledu se
nic nemění (množství kapalné a plynné fáze je pořád stejné), na
mikroskopické úrovni se něco děje: molekuly vody se neustále chaoticky
pohybují, občas některá "vyskočí" z kapaliny a stane se součástí par
("vypaří se"), jindy se zase molekula páry vrátí do kapaliny
("zkondenzuje").
Rovnováha závisí tedy na tom, jak "husto" je molekul vodní páry v plynné
fázi nad kapalinou - pokud příliš mnoho, kondenzují, pokud příliš málo,
nastává vypařování z kapalné fáze. Přitom nezáleží na tom, mezi čím se
tyto molekuly vodní páry pohybují - zda mezi částicemi vzduchu, ve
vzduchoprázdnu nebo v jakémkoli jiném plynu; záleží pouze na jejich
množství v jednotce objemu. Selským rozumem usoudíme, že nemůže být tak
úplně jedno, zda se molekuly pohybují mezi "ničím" nebo mezi částicemi
vzduchu - ale za běžných podmínek je jakýkoli plyn natolik "řídký", že
částice v něm se pohybují dostatečně volně.
Je-li ve Vašich nádobách stejné množství kapalné fáze a v obou případech
jde o rovnovážný stav, musí v nich být také stejná množství vody v
plynném skupenství, v důsledku tedy stejný tlak molekul vodní páry. Liší
se pouze celkový tlak nad kapalinou v nádobě - v jednom případě je
plynná fáze tvořena pouze vodními parami, v druhém stejným množstvím
vodních par a navíc ještě vzduchem, takže celkový tlak je zde vyšší,
tvořený součtem tzv. parciálních (částečných) tlaků jednotlivých složek
(vodní pára, kyslík, dusík, oxid uhličitý... ).
A jaký je tlak syté vodní páry, tedy páry v dynamické rovnováze s
kapalnou vodou? To závisí na teplotě. Např. při 10 °C je to asi 1,2 kPa
(setina atmosférického tlaku), při 50 °C asi 12 kPa, při 100 °C je to
akorát atmosférický tlak a při 120 °C je to asi 2,5 násobek
atmosférického tlaku.
Dotaz: Chcel by som vedieť, aký je pomer vodik/kyslik
pri ktorom je zmes traskavina, horí, nehorí. Pri elektrolýze vzniká
pomer 2:1. Aký je rozdiel pri 2HO a H2,O2 - myslím v plynnom stave
nie peroxid. (Mikulas)
Odpověď: 1) Toto je otázka chemické kinetiky. Hoření anebo výbuch vypadají takhle:
molekula O2 je stabilní, molekula H2 taky, takže vydrží vedle sebe dost
dlouho a nesloučí se. Ale dostanou-li "šťouchnutí", můžou překonat
počáteční ostych. Úplně na začátku se roztrhnou se vazby H-H a O=O, úplně
nakonec se "přeorientují" na vazby O-H ve vodě. Při tomto sloučení se
vybaví tolik energie, že to případně stačí "rozehřát ke slučování"
(=natrhat) i další molekuly. Je-li těch nových, které se roztrhaly, víc než
těch, které se sloučily a tím jim dodaly energii, nastává klasická řetězová
reakce, tedy výbuch. Je-li jich míň, tak slučování zanikne, utichne. Je-li
tedy např. příliš málo O2 v množství H2, pak se sice rozehřeje O2, ale nemá
vedle sebe H2, se kterým by se sloučil a tím uvolnil energii pro
"rozehřátí" dalších párů O2 a H2, a vcelku se řetězová reakce nekoná. Jak
vysoká je potřebná koncentrace H2 v O2 anebo naopak O2 v H2 - to je otázka
spíše z praktické chemie.
Toto bylo jen velmi hrubé přiblížení. Děj probíhá s mnoha
mezistupněmi, kdy se např. molekula dostane do excitovaného stavu (s vyšší
vnitřní energií, ale případně i bez roztržení vazby), nebo se vazba O=O
natrhne na -O-O-, nebo se změní nalepením vodíku na radikály typu H-O-O-,
které se vzápětí nalepí na další molekuly H2, aby je to potrhalo a dalo
vznik dalším radikálům atd.atd. Každá z těchto dílčích reakcí má svou
energiovou bilanci a je vázána na předchozí reakce (vedoucí ke vzniku
výchozích složek pro uvažovanou reakci). Je to tedy nikokli přímočará
reakce, ale celá složitá struktura možných přeměn. I proto mj. ve výsledné
směsi ani v ideálních podmínkách není jen H2O, ale i stopy H2O2, O3 apod. v
závislosti na reakčních podmínkách.
Konkrétní minimální koncentrace vám sdělí buď
chemici-experimentátoři, nebo specialisté z chemické kinetiky na tuto
reakci - anebo bezpečnostní technici, stanovující maximální bezpečné
koncentrace hořlavých plynů.
2) Při elektrolýze H2O vznikají samozřejmě H i O ve stechiometrickém poměru
(a slučují se na H2 a O2). Ovšem pozor, rozpustnost obou plynů není stejná,
takže opravdové bublinky po smíchání nemají poměr 2:1, jak by plynulo ze
stechiometrie.
3) I v plynném stavu může být H2O2, O3, radikály apod., ovšem s
pravděpodobností exponenciálně klesající s nadbytečnou energií, kterou
mají.
