Zwei adiabatische Zylinder sind innen durch eine halbdurchlässige Membran in zwei gleiche Teile geteilt. Die Membran lässt nur Wasserstoff durch. Die eine Hälfte des ersten Zylinders ist mit Wasserstoff gefüllt (P = 1 atm) und die andere Hälfte ist anfänglich Vakuum. Der erste Teil des zweiten Zylinders ist anfänglich mit Wasserstoff (P = 1 atm) und der zweite Teil mit Sauerstoff (P = 2 atm) gefüllt.
Wenn beide Systeme ein Gleichgewicht erreichen, wie groß ist das Verhältnis von Wasserstoffgas (Mol), das in beiden Fällen auf beiden Seiten der Trennwand vorhanden ist.
Ich sehe, dass der erste Zylinder Wasserstoff im Verhältnis 1:1 haben wird, aber ich habe ein Problem mit dem zweiten Teil. Ich denke, es sollte keine Diffusion geben, weil der Druck auf der anderen Seite schon größer ist. Aber wie sich herausstellt, ist die Antwort für den zweiten Teil auch 1:1. Kann mir jemand sagen warum das so ist?
Der unidirektionale Wasserstoffstrom durch die Membran ist proportional zur Häufigkeit der Kollisionen von Wasserstoffmolekülen mit der Membran. Diese Frequenz hängt vom Partialdruck des Wasserstoffs ab. Wir müssen also schließen, dass die Partialdrücke von Wasserstoff in beiden Hälften gleich sind, was uns die Antwort für das Verhältnis 1:1 gibt.
Um eine Vorstellung davon zu bekommen, warum nur Partialdruck wichtig ist, bedenken Sie Folgendes. In der linken Hälfte haben Sie Mischgas bei : Teile Sauerstoff u Teil Wasserstoff. Nur in der rechten Hälfte Wasserstoff. Die Moleküle beschießen die Membran von links mal häufiger als von rechts. Aber gleichzeitig nur von diesen Molekülen sind tatsächlich Wasserstoff, was uns die Häufigkeit von Wasserstoffmolekülen gibt, die mit der Membran kollidieren.
Jeffrey J Weimer
Vasily Mitch