Διαλυτότητα των αερίων (νόμος του Henry)

Χρηστος Ευθυμιου · #1 30-12-11, 19:08

Συνέχεια του ποηγούμενου post!

Η τάση των αερίων

Η επιφανειακή τάση είναι μια ιδιότητα η οποία παρατηρείται στο σημείο επαφής μεταξύ ενός υγρού και ενός αερίου π.χ. μεταξύ νερού και αέρα.
Η επιφάνεια του υγρού συμπεριφέρεται σαν μια ελαστική μεμβράνη. Η ερμηνεία της επιφανειακής τάσης ενός υγρού είναι ότι ενώ τα μόρια αερίου
στο εσωτερικό της φυσαλίδας έλκονται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις από τα γύρω μόρια, τα επιφανειακά μόρια έλκονται
μονόπλευρα προς το κέντρο της φυσαλίδας (αυτός είναι και ο λόγος για την οποία η επιφάνεια ενός υγρού τείνει να ελαχιστοποιηθεί
παίρνοντας σφαιρική μορφή ή μορφή σταγόνας όταν πρόκειται για υγρό).

Όλοι μας έχουμε παρατηρήσει κάποια έντομα τα οποία κάθονται
στην επιφάνεια του νερού χωρίς να βουλιάζουν.

Στα πόδια του εντόμου φαίνεται καθαρά η επιφανειακή τάση του νερού, παρ' ότι έχει παραμορφωθεί η επιφάνεια του νερού το έντομο δεν βουλιάζει.

Ακόμα ένα καλό παράδειγμα είναι το ξυραφάκι το οποίο επιπλέει στην επιφάνεια του νερού, το ειδικό βάρος (πυκνότητα) του μετάλλου
(ρ= 7,85 kg/dm3) είναι 7,85 φορές μεγαλύτερη από το ειδικό βάρος (πυκνότητα) του νερού (ρ = 1,0 Kg/dm3) βλέπουμε ότι το ξυραφάκι δεν βουλιάζει.

Foto: Christos Efthymiou

Παρατηρώντας μια βρύση που στάζει διαπιστώνουμε ότι οι σταγόνες του νερού τείνουν πάντα να πάρουν σφαιρική μορφή.

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...nced_small.gif

Δημιουργός της παραπάνω παράστασης είναι: "Chris 73"

Βλέπουμε λοιπόν σε όλες τις εφαρμογές μεταξύ υγρών και αερίων τον κύριο λόγο έχει η επιφανειακή τάση των υγρών και αντίστοιχα
η τάση των αερίων όταν ένα αέριο είναι εγκλοβισμένο μέσα σε ένα υγρό π.χ. όπως οι φυσαλίδες ή οι σαπουνόφουσκες.

Ακόμα ένα παράδειγμα για να γίνει πιο κατανοητό και στην συνέχεια να συνδέσουμε το θέμα με την κατάδυση.

Σαν παιδιά έχουμε παίξει πολλές φορές με σαπουνόφουσκες. Μια σαπουνόφουσκα αιωρείται για κάποιο χρονικό διάστημα στον
αέρα αυξάνοντας συνεχώς τον όγκο της έως ότου σπάσει.

Ακριβώς σ’ αυτό το σημείο η τάση του αερίου έχει υπερβεί την επιφανειακή τάση του υγρού που το περιβάλλει.

Η εσωτερική πίεση μιας φυσαλίδας είναι πάντα μεγαλύτερη από την εξωτερική πίεση.

Σε σχέση με την κατάδυση ακριβώς σ’ αυτό το σημείο δεν πρέπει να φτάσουμε ποτέ, δηλαδή το διαλυμένο άζωτο στους ιστούς
δεν πρέπει να υπερβεί την επιφανειακή τάση του εκάστοτε ιστού.

Ο όρος επιφανειακή τάση χρησιμοποιείται στις φυσικές επιστήμες, στην κατάδυση μιλάμε συνήθως για ανοχή της μερικής πίεσης
(Partrial pressure) των αερίων στους ιστούς.

Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι η επιφανειακή τάση ταυτίζεται με την μέγιστη ανοχή της μερικής πίεσης των αερίων στους ιστούς.

Αν ξεπεραστεί το σημείο ανοχής, τότε οι ιστοί του σώματος μας δεν μπορούν πλέον να κρατήσουν δεσμευμένα τα διαλυμένα αέρια
(Ν2, He κ.λ.π.) με αποτέλεσμα να τα απελευθερώνουν, συνήθως πρώτα σε μορφή μικροφυσαλίδων οι οποίες στην συνέχεια αν εξελιχθούν σε
φυσαλίδες θα προκαλέσουν κατά πάσα πιθανότητα καταδυτικό ατύχημα.

Για να ολοκληρωθεί ομαλά μια κατάδυση με ή χωρίς αποσυμπίεση η τάση του αζώτου Ν2 (Ν2, He στην τεχνική κατάδυση) στο τέλος της
κατάδυσης δεν πρέπει να υπερβεί την μέγιστη ανοχή της μερικής πίεσης του/των αερίων στους ιστούς, κυρίως όμως του πιο ευάλωτου ιστού.

Οι πιο ευάλωτοι ιστοί στις βαθιές καταδύσεις με μικρό χρόνο βυθού, είναι κυρίως οι μεσαίοι ιστοί με χρόνο ημιζωής Ηe 1/2t 10 – 55 min,
για το N2 1/2t 27 – 146 min (Kompartimenten 5 -10), είναι ιστοί με κακή αιμάτωση όπως π.χ. το δέρμα, το λίπος, κ.λ.π., παρ’ ότι έχουν
μεγάλο δείκτη διαλυτότητας χρειάζονται πολλές ώρες έως ότου απορροφήσουν την ποσότητα αερίου βάσει του νόμου του Henry.

Σε σχετικά μικρούς χρόνους κατάδυσης οι μεσαίοι και οι αργοί ιστοί δεν φθάνουν ποτέ σε κατάσταση πλήρους φόρτισης.

Χρήστος Ευθυμίου

eye love scuba · #2 31-12-11, 01:36

Χρήστο, δεν καταλαβαίνω τον τρόπο που συσχετίζεις (σχεδόν ταυτίζεις) την επιφανειακή τάση με την ανοχή υπερκορεσμού.

Επίσης να προσθέσω ότι επιφανειακή τάση υπάρχει και μεταξύ 2 υγρών που δε διαλύονται το ένα στο άλλο, πχ λάδι και νερό. Στην κατάδυση (προς το παρρόν) αυτό δεν έχει σημασία, μια που δεν αναπνέουμε υγρά.

tecrec · #3 31-12-11, 14:01

Παράθεση:

Αρχικό μήνυμα απο eye love scuba

Χρήστο, δεν καταλαβαίνω τον τρόπο που συσχετίζεις (σχεδόν ταυτίζεις) την επιφανειακή τάση με την ανοχή υπερκορεσμού.

Επίσης να προσθέσω ότι επιφανειακή τάση υπάρχει και μεταξύ 2 υγρών που δε διαλύονται το ένα στο άλλο, πχ λάδι και νερό. Στην κατάδυση (προς το παρρόν) αυτό δεν έχει σημασία, μια που δεν αναπνέουμε υγρά.

Επιφανειακή τάση είναι μία ιδιότητα - φυσικό φαινόμενο που παρατηρείται στην επιφάνεια ενός υγρού.

Η ερμηνεία της επιφανειακής τάσης είναι ότι ενώ ένα μόριο στο κέντρο ενός υγρού έλκεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις από τα γύρω του μόρια, τα επιφανειακά μόρια έλκονται μονόπλευρα προς το εσωτερικό του υγρού (και για αυτή η επιφάνεια ενός υγρού τείνει να ελαχιστοποιηθεί πχ σταγόνα).

Από εκεί και πέρα, η επιφανειακή τάση ενός υγρού δεν επηρεάζεται από ένα άλλο υλικό (ή αέριο ή υγρό ή στερεό) το οποίο ασκεί εξωτερικές δυνάμεις (ΜΕΧΡΙ ένα σημείο βέβαια και όσο οι δυνάμεις που ασκούνται από το άλλο υλικό δεν ξεπερνούν τις δυνάμεις συνοχής που υπάρχουν στην επιφάνεια του υγρού).
Όταν η ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας ξεπεράσει τις δυνάμεις συνοχής τότε αλλάζει η επιφάνεια του υγρού (μεγαλώνει) και το υγρό πλέον δεν μπορεί να αντισταθεί στις εξωτερικές δυνάμεις.

Η επιφανειακή τάση σχετίζεται με τον υπερκορεσμό στους ιστούς, αλλά μπαίνουμε σε θέματα Μηχανικής της Φυσαλίδας.

Μπορείς να ρίξεις μια ματιά στο http://www.deepocean.net/deepocean/i...?science04.php που έχει μία σχετική ανάλυση που περιλαμβάνει συσχέτιση επιφανειακής τάσης και υπερκορεσμού

eye love scuba · #4 31-12-11, 17:55

Thanx!

To site το ξέρω, αλλά νομίζω ότι υπάρχουν διαφορές με όσα αναφέρει ο Χρήστος.

Η συνέχεια της κουβέντας next year

Kαλή χρονιά σε όλους

dmanetakis · #5 01-01-12, 12:32

Καλημέρα σας και Καλή Χρονία σε όλους !

Πιθανότατα η ταύτιση επιφανειακής τάσης και ανοχής υπερκορεσμού προέρχεται, εάν λάβουμε υπόψη ότι μικροφυσαλίδες υπάρχουν στους ιστούς του σώματος ακόμα και σε πίεση 1atm (επιφάνεια της θάλασσας) , και δεν είναι μόνο αποτέλεσμα έκθεσης σε υπερβαρικό περιβάλλον (κατάδυση).

Αυτές οι μικροφυσαλίδες και οι μεταβολές στην επιφανειακή τους τάση (...και κατ ΄επέκταση στο μέγεθος τους ) κατά τη διάχυση των διαφόρων αερίων, νομίζω πως μας ενδιαφέρουν στη θεωρία της αποσυμπίεσης .

@tecrec
Προτείνω το link που παρέθεσες να το γράψεις και εδώ http://www.scubadive.gr/forum/forumdisplay.php?f=49 . Θα ήταν αρκετά χρήσιμο.

eye love scuba · #6 01-01-12, 13:32

Παράθεση:

Αρχικό μήνυμα απο dmanetakis

Καλημέρα σας και Καλή Χρονία σε όλους !

Αυτές οι μικροφυσαλίδες και οι μεταβολές στην επιφανειακή τους τάση (...και κατ ΄επέκταση στο μέγεθος τους ) κατά τη διάχυση των διαφόρων αερίων, νομίζω πως μας ενδιαφέρουν στη θεωρία της αποσυμπίεσης .

Χρηστος Ευθυμιου · #7 13-01-12, 11:32

Παράθεση:

Αρχικό μήνυμα απο eye love scuba

Χρήστο, δεν καταλαβαίνω τον τρόπο που συσχετίζεις (σχεδόν ταυτίζεις) την επιφανειακή τάση με την ανοχή υπερκορεσμού.

Γιώργο,
στην πρώτη ερώτηση απάντησε ο φίλος μας tecrec, θα προσθέσω πιο κάτω μια εικόνα για καλύτερη κατανόηση και ένα απόσπασμα από το Γερμανικό βιβλίο “TAUCHEN NOCH SICHERER”το οποίο αφορά την τάση των αερίων.

Παράθεση:

Η ερμηνεία της επιφανειακής τάσης είναι ότι ενώ ένα μόριο στο κέντρο ενός υγρού έλκεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις από τα γύρω του μόρια, τα επιφανειακά μόρια έλκονται μονόπλευρα προς το εσωτερικό του υγρού (και για αυτή η επιφάνεια ενός υγρού τείνει να ελαχιστοποιηθεί πχ σταγόνα).

Η επιφανειακή τάση σχετίζεται με τον υπερκορεσμό στους ιστούς, αλλά μπαίνουμε σε θέματα Μηχανικής της Φυσαλίδας.

Μπορείς να ρίξεις μια ματιά στο http://www.deepocean.net/deepocean/i...?science04.php που έχει μία σχετική ανάλυση που περιλαμβάνει συσχέτιση επιφανειακής τάσης και υπερκορεσμού

Συμπληρώνω το παρακάτω σχήμα.

Επιφανειακή τάση μερικών υγρών σε mN/m = 10−3N/m

Methanol 22,60
Aceton 23,30
Benzol 28,90
Ethylenglycol 48,4
Glycerin 63,4
Νερό 80 °C 62,6
Νερό 50 °C 67,9
Νερό 20 °C 72,75

Και ένα απόσμα από το βιβλίο “TAUCHEN NOCH SICHERER” σελίδα 112

Παράθεση:

Die Gasspannung
Will man beim Tauchen das Auftreten gefählicher Gasblasen Vermeiden, so darf die sogenannte „Gasspannung“, auch als „Lösungsdruck“ bezeichnet, in der Gewebe den Totaldruck um mehr als die „erlaubte Überspannung“ oder „Übersättigungstoleranz“ Überschreiten.

Μετάφραση:
Η Τάση του αερίου
Για να αποφεφθχεί στις καταδύσεις η εμφάνιση επικίνδυνων φυσαλίδων, τότε πρέπει τη λεγόμενη “Τάση του αερίου”, ή η “πίεση στο διάλυμα” όπως αλλιώς ονομάζεται, η πίεση στους ιστούς δεν πρέπει να υπερβεί την “επιτρεπόνη- ανοχή της υπέρτασης” ή την “ανοχή του υπερκορεσμού” σε σχέση με την απόλυτη πίεση.

Lösungsdruck = η πίεση στο διαλύμα = η μερική πίεση του αερίου στο υγρό.

Επομένως, ο όρος επιφανειακή τάση χρησιμοποιείται στις φυσικές επιστήμες, στην κατάδυση μιλάμε συνήθως για μερική πίεση (Partrial pressure) των αερίων στους ιστούς.

H μερική πίεση ταυτίζεται (είναι ίδια) με την επιφανειακή τάση.

Παράθεση:

Αρχικό μήνυμα απο eye love scuba

Επίσης να προσθέσω ότι επιφανειακή τάση υπάρχει και μεταξύ 2 υγρών που δε διαλύονται το ένα στο άλλο, πχ λάδι και νερό. Στην κατάδυση (προς το παρρόν) αυτό δεν έχει σημασία, μια που δεν αναπνέουμε υγρά.

Έχω ήδη αναφέρει ότι κάθε υγρό έχει την δική του επιφανειακή τάση.

Όταν πρόκειται όμως για δυο υγρά τα οποία δεν αναμειγνύονται μεταξύ τους π.χ. νερό και λάδι, ναι μεν έχει το καθένα την δική του επιφανειακή τάση, αλλά λόγω του ότι δεν αναμειγνύονται, μιλάμε πλέον για επιφανειακό όριο, ή επιφανειακή φάση (Grenzfläche oder Phasengrenze).

Παράθεση:

Grenzfläche oder Phasengrenze
Als Grenzfläche oder Phasengrenze wird in der Physik und Materialwissenschaft die Fläche zwischen zwei Phasen bezeichnet, beispielsweise die Fläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten wie Öl und Wasser.

Χρήστος Ευθυμίου