Как быстро кислород проникает в воду?

Молекулам кислорода труднее проникнуть в воду из-за поверхностного натяжения? Если посыпать поверхность воды, легче ли молекулам кислорода попасть в воду?

ОТВЕТ

Переход молекул из газовой фазы в жидкую происходит в три этапа

1. перенос молекулы кислорода вблизи границы раздела жидкость-вода
2. молекулярная диффузия молекулы через фазовую границу
3. перенос в жидкость путем диффузии и, возможно, конвекции

Каждый из этих этапов может повлиять на общую скорость процесса. Здесь мы рассмотрим достаточно типичный случай, когда самой медленной является стадия 2. В простейшей модели скорость этого процесса пропорциональна корню из произведения коэффициента диффузии кислорода в воде и частоты, с которой обновляется поверхность воды. Простой зависимости от поверхностного натяжения не существует. Мы можем ускорить этот процесс, либо чаще "освежая" поверхность воды (это может быть дождевание, перемешивание, создание волны или движение пузырьков воздуха в воде), либо увеличивая коэффициент диффузии, например, повышая температуру. Добавим сюда, что нагревание воды приводит к снижению ее поверхностного натяжения. Снижения поверхностного натяжения можно также добиться путем добавления в воду поверхностно-активных веществ (например, мыла), но тогда снижается скорость переноса кислорода из воздуха в воду. ПАВ (поверхностно-активные вещества) образуют на поверхности воды слой, который затрудняет проникновение молекул кислорода в жидкость.

Независимо от деталей механизма, увеличение площади поверхности раздела приведет к увеличению общей скорости переноса кислорода в воду. Существование поверхностного натяжения заставляет каплю воды в воздухе принимать форму с наименьшей возможной площадью поверхности фазовой границы. Это несущественный эффект для больших объемов воды, таких как озеро или реактор.

Таким образом, мы видим, что поверхностное натяжение может оказывать лишь косвенное влияние на общую скорость проникновения кислорода в воду.

Максимальная концентрация кислорода в воде, которая может быть достигнута, обусловлена относительно низкой растворимостью, которая также не связана с поверхностным натяжением.