Allgemeine Chemie
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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 21.05.2019, 15:13   #1   Druckbare Version zeigen
Klendathu Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 14
Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Hallo Leute,

Ich hätte eine Frage.

Man stelle sich ein Aquarium vor mit 3,3 Liter Fassungsvermögen.
Maße: 19 x 14,8 x 20 cm. Es ist mit Wasser befüllt.

Das Wasser ist nicht mit Sauerstoff gesättigt. Zum Beispiel könnte es lediglich
zu 90% mit Sauerstoff gesättigt sein.

Es befinden sich im Wasser selbst keine Lebewesen, Stoffe, die selbst Sauerstoff verbrauchen oder produzieren.

Der Athmosphärendruck müsste ja nun die Sättigung mit der Zeit von 90% wieder auf 100% Sättigung ausgleichen.

Wieviel Sauerstoff wird das Wasser innerhalb einer bestimmten Zeit durch die Luft aufnehmen können?

Ich wäre dankbar, wenn mir da vielleicht jemand weiter helfen könnte :-)

Vielen Dank und liebe Grüße

Klen
Klendathu ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 21.05.2019, 15:38   #2   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Ist das eine Sache der Praxis oder nur eine theoretische Aufgabe?

Rein theoretisch wird die Sättigung irgendwann einmal 100% betragen. Aber:

- Wie viel Sauerstoff 100% sind, hängt vom Luftdruck und der Temperatur ab. Das solltest Du also vorher klären.
- Was 100% sind, hängt von der Genauigkeit ab: 99%? 99,9%?, 99,999999%? Je näher an Hundert, desto länger. Viel länger.

In der Praxis kommen noch so Späße dazu wie Temperaturschwankungen, Wasserverdampfung etc.

Unabhängig davon: Die Sauerstoffmenge von 90% auf 100% sind wohl 10% von der Sättigungsmenge. Nachschlagen und ausrechnen.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.05.2019, 15:48   #3   Druckbare Version zeigen
Klendathu Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 14
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Zitat:
Zitat von Cyrion Beitrag anzeigen
Ist das eine Sache der Praxis oder nur eine theoretische Aufgabe?

Rein theoretisch wird die Sättigung irgendwann einmal 100% betragen. Aber:

- Wie viel Sauerstoff 100% sind, hängt vom Luftdruck und der Temperatur ab. Das solltest Du also vorher klären.
- Was 100% sind, hängt von der Genauigkeit ab: 99%? 99,9%?, 99,999999%? Je näher an Hundert, desto länger. Viel länger.

In der Praxis kommen noch so Späße dazu wie Temperaturschwankungen, Wasserverdampfung etc.

Unabhängig davon: Die Sauerstoffmenge von 90% auf 100% sind wohl 10% von der Sättigungsmenge. Nachschlagen und ausrechnen.

Ja, stimmt, das hätte ich dazu schreiben sollen.
Ich gehe von 25 Grad Temperatur aus und normalen Druck. Also 1000 hPa oder 1 Bar.
Und es ist eine theoretische Frage.
Danke für den Hinweis :-) Habe es leider nicht hinbekommen...

Geändert von Klendathu (21.05.2019 um 16:08 Uhr)
Klendathu ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.05.2019, 23:06   #4   Druckbare Version zeigen
Klendathu Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 14
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Hallo Leute,

ich bin leider immer noch nicht weiter gekommen.
Wenn mir hier vielleicht jemand helfen würde?

Lg Klen
Klendathu ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.05.2019, 04:47   #5   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.496
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Das läßt sich vermutlich berechnen, aber sehr, sehr aufwendig: An der Grenzfläche diffundiert Sauerstoff (Diffusion Gas in Wasser) ein. Wenn die Flüssigkeit unbewegt ist, diffundiert aus der oberen Schicht dann Sauerstoff in untere Schichten (Diffusion Gas in Wasser zu Gas in Wasser). Dann wird aus der Luft Sauerstoff nachgeliefert usw. Es sind also die Zusammenhänge von "unendlich" vielen Schichten mit jeweils unterschiedlicher Konzentration unter Berüöcksichtigung der Diffusionskoeffizieten etc. zu berechnen. Das geht dann so in etwa über das/die Fick'schen Gesetze (oder gibt es da nicht noch Einstein-... Gesetz?).

Gruß

jag
__________________
Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.
jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.05.2019, 18:02   #6   Druckbare Version zeigen
Klendathu Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 14
Grinsen AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Zitat:
Zitat von jag Beitrag anzeigen
Das läßt sich vermutlich berechnen, aber sehr, sehr aufwendig: An der Grenzfläche diffundiert Sauerstoff (Diffusion Gas in Wasser) ein. Wenn die Flüssigkeit unbewegt ist, diffundiert aus der oberen Schicht dann Sauerstoff in untere Schichten (Diffusion Gas in Wasser zu Gas in Wasser). Dann wird aus der Luft Sauerstoff nachgeliefert usw. Es sind also die Zusammenhänge von "unendlich" vielen Schichten mit jeweils unterschiedlicher Konzentration unter Berüöcksichtigung der Diffusionskoeffizieten etc. zu berechnen. Das geht dann so in etwa über das/die Fick'schen Gesetze (oder gibt es da nicht noch Einstein-... Gesetz?).

Gruß

jag
Danke Jag für die Antwort! Ich habe Folgendes gefunden:

https://www.physiologyweb.com/calculators/diffusion_time_calculator.html

Dies ist ein Diffusionsrechner, der aber eigentlich in den biologischen Bereich gehört. Könnte der hier behilflich sein? Ich erhalte, wenn ich die richtigen Quotienten eintrage auch ein Ergebnis... Nur weiß ich nicht, was ich damit genau anfange ^^
Klendathu ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.05.2019, 08:52   #7   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.629
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

In einer Stunde 1h=3600s wird Sauerstoff mit D=2*10^-9 m^2/s in ruhendem Wasser ungefähr eine Strecke von
{x=\sqrt {4Dt}=5,4 mm}
zurücklegen.
Zur analytischen Lösung können Sie sich der Theorie des halbunendlichen Körpers bedienen. Diese ist für Wärmeleitvorgänge gut beschrieben, durch die Analogie von Wärmeleitung und Diffusion können Sie die Lösung durch Ersetzen der Temperatur durch Konzentrationen und die Wärmeleitfähigkeit durch den Diffusionskoeffizienten eins zu eins übernehmen.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.05.2019, 12:48   #8   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.629
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Allgemeine Lösung:
{\Theta=erf(\eta)}
erf = Gaußsche Fehlerfunktion
{\eta=\frac{x}{2 \cdot \sqrt {D \cdot t}}}
x=Abstand von der Phasengrenze
D=Diffusionskoeffizient Sauerstoff in Wasser
t=Zeit ab Beaufschlagung mit der neuen Sauerstoffkonzentration
{\Theta=\frac{c(x,t)-c(x=0)}{c(t=0)-c(x=0)}}
c(x,t)=Konzentration am Ort x zur Zeit t
c(t=0)=Konzentration in der Flüssigkeit vor Beaufschlagung
c(x=0)=Gleichgewichtskonzentration an der Phasengrenze nach Beaufschlagung (Berechnet mit Henry aus dem Partialdruck in der Gasphase)
{c(x=0)=K_H^{pc} \cdot p_{O_2}}
mit der Henry-Konstanten aus https://de.wikipedia.org/wiki/Henry-Gesetz
Dann die Stoffstromdichte zum Zeitpunkt t bei x=0 berechnen (erstes Ficksches Gesetz bei x=0), und über eine Stunde integrieren. Multiplikation mit der verfügbaren Oberfläche ergibt die insgesamt absorbierte Sauerstoffmenge.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.05.2019, 03:04   #9   Druckbare Version zeigen
Klendathu Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 14
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Danke euch beiden für die Hilfe.

Ich habe es leider trotzdem nicht hinbekommen für 1 Liter Wasser :-(
Klendathu ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.05.2019, 16:02   #10   Druckbare Version zeigen
Jonas__  
Mitglied
Beiträge: 391
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Hi,
ich möchte erwähnen, dass in realen Systemen und typischen Zeiten die natürlich Konvektion größer ist als die Diffussion.
Jonas__ ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.05.2019, 16:23   #11   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.629
AW: Wieviel Sauerstoff kann in einer Stunde in 1 Liter Wasser diffundieren?

Und die zugehörigen Größenordnungen:
stagnierendes Wasser (z.B. Sedimentwasser): 0,02 mmol O2/m^2/d
reales System (z.B. Ozean) 10 mmol/m^2/d
safety ist offline   Mit Zitat antworten
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atmosphärendruck, diffusion, sauerstoffsättigung

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