既然完全不溶於水的物質不存在,為何把一塊石頭扔到海里它不溶解沒了呢?
還是溶解需要時間?
不贊同說飽和的答案。飽和的意思就是我降一點溫,或者攪個拌就該有沉澱了。事實上,顯然並非如此。
舉個例子,氯化鈉的溶解度大概是35g/100ml,海水現在的含鹽度大約為3.5%,兩者相差甚遠。鹽岩石也是石頭吧?你扔塊食鹽到海里,看它溶不溶?那為什麼實際上,我們扔塊石頭到水裡,從來都是能看到石頭乖乖的呆在水底,而不是嘩的一下消失了呢?我其實更同意題主說的,時間問題。武斷的下個結論,時間足夠長的情況下,你追蹤海里的一塊石頭,它最終都是會越變越小,以至沖刷,腐蝕,溶解的。
但這個時間可能是上億年,長到人類根本不可能觀測到。關鍵便是熱力學和動力學的問題。學過物化的請跟我複習一句話:常溫情況下,氫氣和氧氣混合在一起,雖然熱力學上有非常大的變成水的趨勢,但實際上一滴水都不會生成。溶解其實也亦然。對於石英之類的,溶解度在0.01g/100ml左右的難溶物,就更是如此。補充一下:
@劉順陽 的答案也很形象直觀,不過我從另外一個角度下個類似的結論:因為有這種實際上的濃度梯度的存在,所以進一步減慢了溶解的過程。換句話說,溶解的速度受到了分子擴散的限制。(不過考慮到海水的流動,所以是不是速控步驟也不好說。)@呂林(好多重名的我不知道該at哪一個……):氫氣和氧氣本身反應是很劇烈的,即使是在常溫下也應該燃燒放出大量的熱——只要你丟進去一個小煙頭或是火星的話。化學熱力學研究的內容就是,氫氣加氧氣生成水,這個反應應該發生,並且趨勢很大,放熱很大。然而事實上,在沒有這個煙頭的情況下,你把氫氣和氧氣混合放一起,放個幾萬年也不會反應。這就是因為雖然整個反應是放熱的,但打破氧分子和氫分子的化學鍵的那一步是要吸熱的,而如果沒有足夠的能量來跨過整個坎,整個反應是不能進行的。結合這個問題,大致可以理解為:一個石頭最終完全平均的溶解分散在大海里,這個過程是放熱的,自發進行的,應該發生的。但中間有許多步,諸如分子慢慢的擴散等,如果沒有大浪衝擊提供足夠的能量,實際上會導致反應很難進行。為什麼,水中的魚在活著的時候,沒有因為海水的溶解而死亡。
我腦中一直在思考這個問題。
首先反對一樓,「好大的風」,舉的例子,【常溫情況下,氫氣和氧氣混合在一起,雖然熱力學上有非常大的變成水的趨勢,但實際上一滴水都不會生成。】
這個例子中,氫氣和氧氣反應禁阻,是因為需要跨越活化能位壘,這個另一個問題了。
先說能不能,再說為什麼。
問題太過寬泛了,我們把題目修改下,以便於實驗更加易於理解。
【一塊重為1g的純石頭A,扔進純水中,足夠多的溶劑,常溫常壓下,足夠長時間,水能否將石頭A完全溶解?】
為了方便計算,我們將石頭A的溶解度假設為「不溶物」溶解度上限,即100g水中可以溶解0.01g石頭A。
那麼,理論上講,10000g水可以溶解1g石頭A。
熱力學結果是,能。
問題改為【一塊重為1g的純石頭A,扔進10000g純水中,,常溫常壓下,多長時間可以完全溶解?】
動力學過程,我們要使用Noyes-Whintney 方程和FICK擴散定律來描述這個問題。
石頭A溶出物質的速度,應該正比於其溶解度Cs與溶劑中溶質的濃度C之差。
根據Noyes-Whintney 方程,溶出速度有:
其中K和S先看做常數不管。
積分的簡化結果形式為:
根據我們前邊的設定,1g石頭A溶解於10000g水中,確實需要無窮多時間(t→∞時,C=Cs)。
動力學結果,無窮長時間,也就是不能。
那麼再進一步,我們將溶劑量改為無窮多。問題改為,【一塊重為1g的純石頭A,扔進無窮量的純水中,常溫常壓下,完全溶解速度到底有多慢?】
首先,在濃差驅動的前提下,溶出物質的擴散速度,是指數衰減的。
隨著擴散的進行,溶出的速度是不斷減小的。
最開始時候,石頭A溶出的最大速度:
其中,K為溶出速率常數,S為石頭A的表面積,D為擴散速率常數,V為溶劑體積,h為擴散層厚度,Cs為溶解度。
由於溶劑V體積無限大,擴散的速率無限慢,仍然在熱力學上無法完全溶解石頭A。
那麼如果溶劑體積稍微少一些呢?
我在此給出一下公式中參數可能的數值,感興趣的知友可以去嘗試帶入自己模擬的數值算一下。
D: 10E-8 cm^2/s
S: 2.23
cm^2
h: 10^-3
cm
Cs: 0.01g
最後嚴肅認真地回答樓主的問題,石頭扔進海里一定會質量增加的,因為上邊會長珊瑚。
就熱力學上講,可以溶,但熱力學只會告訴你能不能溶,它不會告訴你要多久。就像氫氣氧氣常溫常壓下熱力學角度上是會自發反應的,但我們"看起來"卻是不反應的,反應速率,這是動力學上的事情。一塊石頭,扔海里,可以"反應",反應時間以億年為單位。對人類個體而言,跟沒反應沒什麼區別。
溶解是有條件的,最起碼,神馬溫度啊催化劑啊都不提,還有個時間呢。
一塊石頭扔海里,你分分鐘就想看到溶解,未免要求太高了,怎麼也得幾十萬年吧,即使你活得到那麼久,大概也沒那麼長的耐心來持續關注它。
溶解速度啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
好吧我們不提溶解速度,要加速溶解可以升溫只要溫度夠高,不用水了,這個戰五渣你乾脆問,存在完全不溶的物質,把什麼扔進太陽里能不氣化熔解進去嗎石頭那個叫侵蝕,海水的沖刷和海水酸鹼度的腐蝕,和你那個溶解含義不一樣吧。
比例有誇張
結論:你需要如此強烈的攪拌,以至於直觀看上去石頭是被水流沖刷掉了。
如果「完全不溶於水的物質不存在」成立,那麼有「任何物質都會溶於水」,就有「溶解速度」的概念。石頭的溶解速度恰好就非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常緩慢
同意 @好大的風的觀點,這是動力學問題,其根本原因則要用分子間力來解釋。
在這裡有三種分子間力(準確來說應該叫粒子間力),即溶質-溶質分子間力,溶質-溶液分子間力,溶液-溶液分子間力。
比較溶質-溶液分子間力和溶液-溶液分子間力,當前者相對於後者越大時,其溶解度越大。這個過程可以理解為小三插足,小三越努力,越容易插足成功。這也是相似相容的根本原因。
比較溶質-溶質分子間力和溶質-溶液分子間力,當前者相對於後者越大時,溶質分子越難分開,如果溶質為固體的話,可以理解為溶質-溶液分子間力越難把溶質分子從固體表面拉走,也就是說溶解越慢。這個過程是溶解的限速步驟。
如何加快這一步呢,可以加一個外力,譬如攪拌。也可以加熱,使分子熱運動加劇,從而固體表面分子更容易逃逸出來。
回到題主的問題,石頭之所以溶解慢,是因為「石頭分子」間力相對於「石頭分子」和水分子之間的吸引力來說太大了。
另,不同意 @劉順陽的答案,當溶解速度大於擴散時,才會出現濃度梯度,而石頭溶解如此之慢。。。你知道溶度積常數嗎……
我覺得這個其實是一個接觸面積和時間的問題。
比如說1L水放在你的面前,你拿一個350g的NaCl固體,而這個固體是一個球型的,就像個雞蛋一樣,丟在這個水裡。
而同一個條件下,你拿350gNaCl粉末丟在水裡。哪個溶解的比較快?結果是顯而易見的。
@劉順陽 的答案就是這個意思,一整個石頭和海水的接觸面積是固定的,所以溶解的比較慢,而且還要不斷攪動才可以加速。
如果你把同樣的一個石頭弄成粉末灑進水裡(怎麼感覺有點像灑骨灰似的?細思甚恐)……那很快它們也就會融了的。不敢游泳了
會的。
就是慢。
你見過鵝卵石么。
但是其實鵝卵石並不是溶解的而是沖刷的。
然而海里也一樣。
溶解速度還不如在海水裡沖刷的速度快呢。
哦對了,其實也不一定,比如在比較深的海里。
所以嘍,請去海底看看,那兒的石頭都溶解的差不多了。
然而看不見呢。
╮(╯▽╰)╭溶解度太低
溶解平衡,我記得當初是這麼說的
顯然,對於小石頭跟不盡的海水而言,不是溶解度的問題 也就是說沒有飽和。而石頭在海里消失,大多不是單純的溶解,是化學腐蝕跟生物腐蝕。 對於「石頭」 這個溶質,過於籠統,但是就題zhu大大的疑問——溶質的可溶性跟肉眼觀察到的溶解是兩回事兒。溶解當然需要時間,一定溫度下,當一部分溶質先溶解後,未溶解固態溶質附近的溶質分子濃度升高,阻止溶質進一步溶解,隨著溶質分子在溶劑中擴散,溶質才得以進一步溶解直至飽和。就像冰糖在水裡溶化 水底兒比上邊兒甜一個道理。溶解速度還與固態溶質本身的表面性質有很大關係。 而多數石頭並非單一溶質,海水也並非單一溶質的溶液,所以「石頭溶于海水」這個問題比字面上複雜的多。
不同意排名第一的答案@侯馬可,答主以NaCl來闡述看不到石頭的溶解是因為溶解太慢(需要上億年),請問你家炒菜不放鹽?或者時候要抄上幾萬年來等鹽融化?石頭的成分,那好像不是NaCl呢。石頭——以白雲石(主要成分)為例,密度2.86g/cm3~3.20g/cm3。在純水中的溶解方程如下:注意第3式是可逆的,所以當水中離子濃度過高會反向生,在25℃時的溶解速率約為2.2x10^(-6)g/(m2.s),一個直徑為10cm的石頭,質量約為,固白雲石在純水中的溶解時間。以上數據引自(http://download.springer.com/static/pdf/736/art%253A10.1007%252Fs10498-007-9022-z.pdf?auth66=1427260476_de0a9ea7ba750ffbdd89bb01eea9fe5aext=.pdf),因條件不同,所以此處計算數據可能偏小。所以,如果和海水中離子濃度沒有聯繫,那為石頭為啥不變小呢?
穩定。。。。
卧槽 高中化學沒讀?
這個,我覺得物質和物體總還是有點區別吧
海里溶解的石頭早就飽和了
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