Γιατί σχηματίζονται φυσαλίδες σε ένα ποτήρι νερό που έχει μείνει έξω;

Το νερό της βρύσης περιέχει ατμοσφαιρικά αέρια, όπως άζωτο και οξυγόνο, διαλυμένα σε αυτό. Καθώς το ποτήρι γεμάτο με νερό κάθεται έξω για μερικές ώρες, η θερμοκρασία του αυξάνεται ελαφρώς (το νερό ζεσταίνεται), γεγονός που προκαλεί τα διαλυμένα αέρια σε αυτό να βγαίνουν από το νερό και να σχηματίζουν φυσαλίδες κατά μήκος του εσωτερικού του ποτηριού.

Γεμίστε ένα ποτήρι με νερό (σε θερμοκρασία δωματίου ή χαμηλότερη) και αφήστε το ανενόχλητο για μερικές ώρες (μπορείτε να το κάνετε αυτό χρησιμοποιώντας νερό βρύσης). Θα παρατηρήσετε τελικά ότι μικροσκοπικές φυσαλίδες αρχίζουν να εμφανίζονται κατά μήκος της πλευράς του γυαλιού (στο εσωτερικό).

Γιατί συμβαίνει αυτό;

Διαλυτότητα αερίων στο νερό

Το νερό που προέρχεται από τις βρύσες περνά μέσα από σωλήνες πριν φτάσει σε μεγάλες δεξαμενές αποθήκευσης. Επομένως, το νερό στους σωλήνες είναι υπό υψηλότερη πίεση από το κανονικό και είναι επίσης πιο δροσερό.

Αυτές οι δύο συνθήκες είναι ιδανικές για τη διάλυση ορισμένων αερίων που είναι άφθονα στην ατμόσφαιρά μας, όπως το άζωτο και το οξυγόνο.

Τα αέρια είναι πιο διαλυτά στο νερό σε χαμηλότερες θερμοκρασίες

Τα αέρια είναι γενικά πιο διαλυτά στο νερό σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Με άλλα λόγια, η διαλυτότητα των αερίων στο νερό μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του νερού.

Το παρακάτω γράφημα θα βοηθήσει στην οπτικοποίηση του τρόπου με τον οποίο η διαλυτότητα των αερίων ποικίλλει ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας.

Η διακύμανση της διαλυτότητας του διοξειδίου του άνθρακα στο νερό με την αύξηση της θερμοκρασίας

Η πτωτική τάση της διαλυτότητας των αερίων με την αύξηση της θερμοκρασίας είναι αρκετά παρόμοια με το πώς αυξάνεται η τάση ατμών με τη θερμοκρασία. Βλέπετε, περισσότερα μόρια αερίου διαλύονται στο νερό όταν είναι κρύο. Ωστόσο, όταν το νερό αρχίζει να θερμαίνεται (δηλαδή, η θερμοκρασία αυξάνεται), αυξάνεται επίσης η κινητική ενέργεια των μορίων αερίου.

Αυτό επιτρέπει σε αυτά τα μόρια να κινούνται πιο ελεύθερα και να σπάσουν τους διαμοριακούς δεσμούς που τα συγκρατούν, διαφεύγοντας έτσι από το διάλυμα. Γι' αυτό η διαλυτότητα των αερίων μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.

Κίνδυνος για την υδρόβια ζωή λόγω της αλλαγής της θερμοκρασίας του νερού

Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της διαλυτότητας των αερίων στο νερό επηρεάζει άμεσα τη ζωή των υδρόβιων οργανισμών. Όπως βλέπετε, υδρόβιοι οργανισμοί όπως τα ψάρια χρειάζονται οξυγόνο για να επιβιώσουν και το παίρνουν από το νερό στο οποίο ζουν απορροφώντας το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό μέσω των βραγχίων τους. Καθώς το οξυγόνο είναι πιο διαλυτό σε πιο κρύα νερά, η θερμοκρασία δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο.

Τα απόβλητα που απελευθερώνονται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής αυξάνουν τη θερμοκρασία του νερού, θέτοντας έτσι σε κίνδυνο τη θαλάσσια ζωή (Photo Credit:Flickr)

Αλλά αυτό ακριβώς συμβαίνει αυτές τις μέρες, κυρίως λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, για παράδειγμα, απορρίπτουν τεράστιες ποσότητες ζεστού νερού σε μεγάλα σώματα νερού, τα οποία στη συνέχεια αυξάνουν τη θερμοκρασία του νερού και επηρεάζουν δραστικά την υδρόβια ζωή, κάτι που είναι πολύ ανεπιθύμητο αποτέλεσμα μιας τέτοιας εξάρτησης από τη θερμοκρασία από τη διαλυτότητα των αερίων.

Η διαλυτότητα των αερίων στο νερό αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης

Αν και τα υγρά και τα στερεά δεν παρουσιάζουν πρακτικά καμία μεταβολή διαλυτότητας με μια μεταβαλλόμενη πίεση του νερού, τα αέρια παρουσιάζουν. Έχει παρατηρηθεί ότι τα αέρια είναι πιο διαλυτά στο νερό σε υψηλότερες πιέσεις. Τα ανθρακούχα ποτά είναι εξαιρετικά παραδείγματα αυτού του φαινομένου.

Νόμος του Χένρι

Οι επιπτώσεις της αλλαγής της πίεσης του νερού στη διαλυτότητα των αερίων μπορούν να εξηγηθούν από έναν από τους νόμους των αερίων που είναι γνωστός ως νόμος του Henry. Δηλώνει ότι "η ποσότητα του διαλυμένου αερίου είναι ανάλογη με τη μερική πίεση στην αέρια φάση."

Ο απλούστερος τρόπος για να εξηγηθεί αυτή η εξάρτηση είναι ότι καθώς αυξάνεται η πίεση, τα μόρια αερίου εξαναγκάζονται στο διάλυμα για να ανακουφίσουν την εφαρμοζόμενη πίεση. Η παρακάτω εικόνα θα βοηθήσει στην καλύτερη οπτικοποίηση:

Γιατί σχηματίζονται φυσαλίδες σε ένα ποτήρι γεμάτο νερό κατά τη διάρκεια της νύχτας

Λόγω των δύο φυσικών φαινομένων που περιγράφονται παραπάνω, το νερό της βρύσης γίνεται καλός υποψήφιος, αν όχι ιδανικός, για τη συγκράτηση των διαλυμένων ατμοσφαιρικών αερίων. Ωστόσο, όταν αυτό το νερό χύνεται σε ένα ποτήρι και αφήνεται σε θερμοκρασία δωματίου για μερικές ώρες, η ατμοσφαιρική πίεση αρχίζει να πέφτει καθώς η θερμοκρασία του αρχίζει να αυξάνεται.

Μικροσκοπικές φυσαλίδες σχηματίζονται σε ένα ποτήρι νερό κατά τη διάρκεια της νύχτας (Photo Credit:Pixabay)

Ως αποτέλεσμα, τα διαλυμένα αέρια στο νερό διαφεύγουν από το διάλυμα και σχηματίζουν φυσαλίδες στις τραχιές περιοχές μέσα στο γυαλί. Καθώς η θερμοκρασία δεν αλλάζει τόσο γρήγορα, χρειάζονται μερικές ώρες για να εμφανιστούν οι φυσαλίδες στο γυαλί.