Matematyczny opis ustalania się równowagi poziomów cieczy

Matematyczny opis ustalania się równowagi poziomów cieczy w U-rurce jest  dokładną analogią ze zjawiskami ustalania się równowagi w układach chemicznych.  Dla dalszych rozważań należy przyjąć, że wysokość poziomu cieczy w rurce będzie  analogią do  stężenia  substancji w reakcji chemicznej. Lewe ramię U-rurki stanowi  analogię lewej strony równania reakcji chemicznej (a więc substratów reakcji), zaś  prawe ramię odpowiada produktom reakcji. Parcie słupa cieczy w ramieniu U-rurki  odpowiada potencjałowi chemicznemu substratów lub produktów.  Ciężar  właściwy  (" ro ") cieczy jest odpowiednikiem  standardowego  potencjału  chemicznego. Podstawiając odpowiednie analogiczne terminy chemiczne, Czytelnik  bez trudu dokona przejścia od opisu poniższych doświadczeń hydraulicznych z U- rurką, do opisu kinetyki chemicznej prowadzącej do stanu równowagi.  Jeśli do lewego ramienia pustej U-rurki nalać pewną ilość cieczy, to w najniższym  punkcie U-rurki wystąpi parcie cieczy proporcjonalne do iloczynu  ciężaru  właściwego  (" ro ") cieczy i wysokości słupa w lewym ramieniu  P  =  ro  *  hl . Parcie jest  "siłą napędową" powodującą, że po otworzeniu kranika  Z  w dolnej części, ciecz  będzie się przelewać z lewej do prawej części U-rurki. Wynikiem obniżania się  poziomu w lewej części i wzrostu poziomu w prawym ramieniu jest zmniejszanie się  różnicy parć cieczy. Zmniejszanie się różnicy parć powoduje, że szybkość  przelewania się cieczy z każdą chwilą maleje. W stanie równowagi różnica parć  równa jest zero. Teoretycznie, wobec ciągłego zmniejszania się tej "siły napędowej",  na ustalenie się stanu równowagi potrzeba nieskończenie długiego czasu. Zamiast  operowania pojęciem "czasu reakcji", należy raczej stosować pojęcie "czasu  połówkowego reakcji". Nietrudno zauważyć, że szybkość przepływu zależy również  od tego jakiej cieczy użyje się do doświadczenia (np. wody czy miodu). Posługiwanie  się taką analogią hydrauliczną stwarza jednak dydaktyczną pułapkę. Słuchacze mają  pokusę aby uznać, że stan równowagi istnieje  tylko  wtedy, gdy poziomy cieczy w obu  ramionach  są równe . I analogicznie,  błędnie  wnioskują że  stan  równowagi  chemicznej jest to stan, gdy stężenia substratów i produktów są  sobie  równe  (czyli tylko wtedy gdy wydajności równe są 50%).  Obraz bardziej zbliżony do typowej sytuacji istniejącej podczas reakcji chemicznej  będzie miał miejsce wtedy, gdy w lewym i prawym ramieniu U-rurki będą znajdowały  się dwie  różne  ciecze, np. woda (w lewym) i rtęć (w prawym). Opis zachodzących 

(…)

… względem ciśnienia
atmosferycznego; nadciśnienie w tym znaczeniu określa się jako ciśnienie manometryczne.
Przykładowo, że jeśli ciśnienie w pojemniku jest równe 0,3 MPa (nadciśnienie), to ciśnienie
bezwzględne wynosi 0,3 MPa + 0,1 MPa = 0,4 MPa (0,1 MPa to ciśnienie atmosferyczne).
Przed upowszechnieniem układu SI ciśnienie manometryczne zaznaczało się przez dodanie
litery n po symbolu wymiaru ciśnienia…
… MPa to ciśnienie atmosferyczne).
Przed upowszechnieniem układu SI ciśnienie manometryczne zaznaczało się przez dodanie
litery n po symbolu wymiaru ciśnienia. Dla odróżnienia, ciśnienie absolutne zaznaczało się przez
dodanie litery a, tzn. w przytoczonym przykładzie ciśnienie byłoby podane jako 3 atn lub 4 ata
(stosując przybliżenie 0,1 MPa = 1 at).
…
… i produktów są
sobie równe; zrównują się również szybkości reakcji "w prawo" i "w lewo". W stanie
tym stężenia substratów i produktów nie są najczęściej identyczne, lecz spełniają
warunek:
K = [produkty] : [substraty] = constans
(nawiasy kwadratowe oznaczają stężenia odpowiednich substancji w stanie
równowagi). Wartość liczbowa stałej równowagi "K" jest proporcjonalna
do standardowego potencjału chemicznego…
…), jak i na obliczenie nowych wartości stężeń wszystkich
substancji, po wytworzeniu nowego stanu równowagi. Taki jest realny pożytek ze
stosowania prawa równowagi chemicznej (prawa działania mas)...
Tomasz Pluciński - tomek@chemik.chem.univ.gda.pl
Praca wpłynęła do Chemfana: 18-06-1999
Manometr (ang. pressure gauge) – przyrząd do pomiaru ciśnienia.
Podział [edytuj]
Ze względu na wskazywane ciśnienie dzieli…
... zobacz całą notatkę