Wie wirkt sich die Auflösung von Salz auf die Lösungsdichte aus?

Frage 1: Ist die Dichte des Wassers nach Beginn der Salzlösung noch immer gleich wie am Anfang? Dh. Ist die Dichte von Wasser konstant? Oder werden die gelösten Salzmoleküle die Wassermoleküle in ein kleineres Volumen "quetschen" und so die Dichte des Wassers erhöhen? Und eigentlich müssten wir jetzt von Wasserkonzentration statt von Wasserdichte sprechen, da wir es mit einem Gemisch aus zwei Stoffen zu tun haben?

Wenn Sie das Wasser nicht mischen, löst sich das Salz langsam darin auf, beginnend am Boden des Behälters. Dadurch erhalten Sie im Behälter einen Konzentrationsgradienten, bei dem die höchste Dichte der Löslichkeitsgrenze von Salz bei dieser Temperatur am Boden des Behälters entspricht und die Dichte abnimmt, wenn Sie im Behälter nach oben gehen. Bei einem ausreichend tiefen Behälter sollten Sie für eine gewisse Zeit frisches Wasser an der Oberfläche haben, aber Salz diffundiert langsam von unten in den Behälter, daher bezweifle ich, dass die Oberfläche völlig frisch bleibt, wenn Sie den Behälter längere Zeit beobachten Perioden. Es gibt ein praktisches Gerät, den sogenannten Solarteich, Das funktioniert nach dem Prinzip, dass die Dichte des Wassers am Boden des Teichs so hoch ist, dass die absorbierte Sonnenstrahlung den Boden des Behälters nicht genug erwärmt, um Konvektionsströme zu induzieren, wodurch das „obere“ Wasser effektiv den „Boden“ mit höherer Temperatur isolieren kann " Wasser. Sehenhttps://en.wikipedia.org/wiki/Solar_pond für Details. Beachten Sie, dass der Konzentrationsgradient stabil bleibt, obwohl der Boden des Teichs wesentlich wärmer ist als die Oberseite des Teichs.

In Bezug auf Ihre anderen Teilfragen werden die Natrium- und Chlorionen aus dem Salzkristall mit Wassermolekülen "solvatisiert". Aus chemischer Sicht bezweifle ich, dass es richtig ist anzunehmen, dass die verschiedenen Molekülarten getrennt bleiben, wenn sich das Salz in Wasser auflöst.

Frage 2: Ist die Konzentration/Dichte des Salzes in der Lösung konstant? Diese Frage scheint die offensichtliche Antwort zu haben: "Nein, ist es nicht, weil sich das Salz auflöst und sich daher die Konzentration des Salzes in der Lösung über Raum und Zeit ändert, wenn es sich ausbreitet"?

Wie bereits erwähnt, ist die Salzkonzentration nicht konstant, wenn Sie das Wasser nicht mischen. Selbst wenn Sie viel Zeit verstreichen lassen, wird es ein Konzentrationsgefälle in der Wassersäule geben, das ausreicht, um Solarteiche (oben erwähnt) arbeiten zu lassen.

Frage 3: Die Dichte der Lösung selbst, ρt ... da die Salzkonzentration nicht konstant zu sein scheint, bedeutet dies, dass die Dichte der Lösung nicht konstant ist ... dh sie wird an verschiedenen Punkten in der variieren Flüssigkeit über Raum und Zeit, während sich das Salz auflöst, bis es ein Gleichgewicht erreicht, wenn das gesamte Salz gelöst ist?

Wenn Sie dieses Experiment sorgfältig aufbauen und das Wasser nicht umrühren, ist es möglich, dass sich ungelöstes Salz am Boden des Behälters befindet. Ob dies der Fall ist, hängt davon ab, wie viel Salz Sie hinzufügen.

Frage 4: Wenn die Lösung also eine nicht konstante Dichte hat, bedeutet das, dass sie komprimierbar ist? Und es wird von den komprimierbaren Navier-Stokes-Gleichungen bestimmt?

Sofern Sie nicht beabsichtigen, SEHR hohen Druck auf Ihren Behälter auszuüben, können Sie die Flüssigkeit als nicht komprimierbar betrachten. Das Dichteprofil wird durch den Konzentrationsgradienten verursacht, nicht durch die Kompressibilität.

Angenommen, Sie möchten, dass Gleichungen die Dichte vs. Höhe in der Wassersäule schätzen, möchten Sie vielleicht mit dem Design von Solarteichen beginnen. Ich habe keinen Zweifel, dass Designer mit einigen der gleichen Probleme arbeiten mussten, mit denen Sie es zu tun haben.

Ich denke, es gibt ein paar Missverständnisse, die dazu geführt haben, dass Ihre Frage ziemlich unklar war.

Ich glaube, Ihre ersten beiden Fragen lauten: "Gibt es eine Volumenänderung zwischen dem Süßwasser + Kristallsalzsystem und der Lösung"? Die Masse ist natürlich konstant. Ich habe keine Antwort auf diese Frage, aber auf diese Weise können Sie danach suchen.

Frage 3 betrifft die Verbreitung. Suchen Sie nach dem Fickschen Gesetz.

Frage 4 ist interessant. Eigentlich ist es auch ein Missverständnis, aber ein sehr häufiges in der Fluiddynamik. Die gleichung

Die Frage, die Sie stellen, ist tatsächlich sehr kompliziert, daher gebe ich eine Teilantwort und einige Hinweise, wo Sie mehr erfahren können. Es könnte produktiver sein, mit "partiellen molaren Volumina" statt mit Dichten zu arbeiten. In jedem Fall ist es immer einfach, partielle molare Volumina in partielle Dichten umzurechnen. Im Allgemeinen das partielle molare Volumen der Spezies A,$v_A(x_A)$, ist eine Funktion der Konzentration von Spezies A,$x_A$. Für Salz und Wasser ist es wahrscheinlich möglich, Funktionen nachzuschlagen, die experimentellen Daten zum partiellen molaren Volumen als Funktion der Konzentration entsprechen.

Eine Schlüsselidee ist, dass partielle molare Größen, wie z. B. das partielle molare Volumen, immer über Beziehungen wie die Gibbs-Duhem-Gleichung zusammenhängen. Es zeigt, wie, wenn Sie wissen, wie sich die partielle molare Menge einer Komponente einer Mischung mit der Mischungszusammensetzung ändert, Sie daraus schließen können, wie sich diese Menge für die andere Komponente der Mischung ändert. In Ihrem Fall benötigen Sie also nur eine Funktion für das partielle Molvolumen von Salz und können dann mit einer Gibbs-Duhem-Gleichung die entsprechende Funktion für Wasser erhalten.

Ein guter Ort, um damit anzufangen, wäre ein Lehrbuch der physikalischen Chemie, wie z. B. Atkins.

Wenn Sie das Wasser nicht mischen, löst sich das Salz langsam darin auf, beginnend am Boden des Behälters. Dadurch erhalten Sie im Behälter einen Konzentrationsgradienten, bei dem die höchste Dichte der Löslichkeitsgrenze von Salz bei dieser Temperatur am Boden des Behälters entspricht und die Dichte abnimmt, wenn Sie im Behälter nach oben gehen. Bei einem ausreichend tiefen Behälter sollten Sie für eine gewisse Zeit frisches Wasser an der Oberfläche haben, aber Salz diffundiert langsam von unten in den Behälter, daher bezweifle ich, dass die Oberfläche völlig frisch bleibt, wenn Sie den Behälter längere Zeit beobachten Perioden. Es gibt ein praktisches Gerät, den sogenannten Solarteich,