重力場對一杯溶液的濃度有影響嗎?

時間 2021-05-09 00:20:21

1樓:rAin

嘛,我也獻一下醜吧。

首先我們用分子化學勢的觀念去考慮溶液體系分子間相互作用。

我們寫出了乙個Boltzmann分布下平衡態化學勢與濃度的關係。

當然,溶液體系的相互作用是相對複雜的。如果要規範地寫出其化學勢,還是相當大工作量的。

所以我們簡單地假設考慮乙個比較理想的情況:稀溶液。並進一步認為化學勢主要與重力相關,或者換而言之,除重力外,分子間作用勢對溶質分子在溶液內分布是基本均勻一致的(除了近表面)。

OK。體系定義好之後,這個問題就可以被十分簡單地寫出了:

.需要注意的是,我們的推導並沒考慮溶質受重力影響。從這個式子可以看出來分子質量越大的組分受重力影響(上稀下濃)越大。

需要說明的是,看起來這一公式還會導致液體溶劑的密度(壓強)變化。對於液體,這一密度變化則不能簡單用上面的公式計算了。因為此時化學勢不能再被忽略

給幾個例子。前面徐克學長給的肌聯蛋白的例子,分子量是300萬,我們就可以算出8cm的杯子頂部和底部有多大的濃度差了。

代入m = 3000 / Na kg,和R = k*Na,有

所以,頂部的肌聯蛋白濃度不足底部的0.4倍,是十分明顯的差別。

事實上,8mm的距離就足以讓其濃度產生9%的降低了。收工!

2樓:林烜

我們高中物理老師做過乙個實驗,就是拿一缸濃鹽水,靜置一段時間後,用雷射筆照它。可以看到雷射的光路有很明顯的偏折。就是因為重力場導致的溶液各處濃度不同引起的折射。

如果題主想要深入的話建議可以看看彭笑剛老師的《物理化學講義》59頁溶液中分子的分布,講的很詳細。

3樓:裝飾你的風景

如果把範圍擴大一點兒的話可以參考離心機的工作原理。

溶液不同高度密度不同,溶質找到跟自己密度相同的位置,待著。不過地球的重力效應不明顯,使用離心機得到增大重力加速度的效果。

4樓:徐克

如果我們考慮馬里亞納海溝(10911m)這麼深的容器,那麼只需要分子量為2就存在顯著的的濃度差別了呀!當然了這種情況要考慮溶劑(假定是水,分子量18)本身的分布。加入這一修正之後,我們可以初步得到結論:

在馬里亞那海溝處,如果不存在對流干擾,分子量大於20或者小於16的溶質的濃度在海面和水底是會有顯著差別的!

聽起來是個不錯的東西呢,看看啥時候跟老師說一下加入本科生教學實驗豪華午餐~~~

(P.S.感謝 @陳陽提醒,蛋白質『溶液』其實是膠體分散液的範疇了……不過~意會意會不要被死板的分類束縛手腳啊哈哈哈哈哈哈哈)

(PP.S @陳陽 雖然沒有頭像不過是個清華優質單身工科男,有意思的妹子快去勾搭~)

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