二氧化碳在水中的溶解度是有限的,二氧化碳和水生成碳酸的反應本身也是可逆的,就是說水中溶解的二氧化碳和酸的濃度會趨向一個平衡狀態,離子積保持恆定。換句話說,水是不會無限度吸收二氧化碳而使它不能跑出去的,而是隻能溶解一點點二氧化碳,一點點碳酸。如果超過了這個限度而繼續生成碳酸,那麼反應生成物必然會以二氧化碳氣體的形式跑到溶液外面。現在,在製備二氧化碳的反應中,二氧化碳已經形成氣泡從液相中析出了,那麼溶液中的CO2、H2CO3就是飽和的,所以不會再溶解進溶液裡面,自然也不會和水發生反應。
如果長頸漏斗沒有伸入液麵以下,那麼長頸漏斗的下端就會和燒瓶上方的氣體連通,那麼長頸漏斗就成了氣體通道,反應的氣體很容易透過長頸漏斗從瓶中直接進入漏斗上方容器外的空間,這樣不僅會造成右方的集氣瓶中無法收集到反應產生的全部二氧化碳,而且還可能使空氣經過長頸漏斗進入反應容器中,造成瓶中的氣體純度下降。這樣是非常不好的。液封所能避免的正是上面說的這種情況。
如果按照上面的方法理解,就可以明白為什麼導管的下端一定要位於液麵上方——液麵上方的導管是氣體通道,液麵下方的管道是液體通道。另外,氣體能不能穿過液體只是一個表面現象,不可作為一種絕對的規律。理解這一現象的其實弄清為什麼氣體會從液體中跑出來:這是氣體在液體中的溶解度所決定的,如果液體內的氣體分子濃度達到飽和後,仍然不斷有氣體從反應液中生成(或者仍向液體中通氣),那麼氣體一定會析出,而氣體的密度又非常小,所以一定會向上方析出,這就是為什麼向水中吹氣,氣泡會向上升。(當然如果析出的是比液體密度小的物質,比如沉澱,那麼它析出後一定是向下沉的。)
在生成CO2氣體的反應液中,二氧化碳分子可能會產生在溶液中任何一個與大理石接觸的位置,這個是溶液的均一性決定的。既然如此,肯定會有一些氣體恰好在長頸漏斗下方的位置產生,那麼生成的氣泡也很有可能順著長頸漏斗中的液柱跑到容器外面,而使我們無法收集到。但是需要注意,由於長頸漏斗下端的直徑非常小,經過這個途徑跑出去的氣體的液麵範圍也很小,大部分氣體還是會進入反應器內的上部空間而被收集,因此這一點微小的損失我們是可以接受的。而相比之下,漏斗下端露在液麵上則會匯出大量的氣體,不僅造成了很大的浪費,而且造成收集到的氣體不純淨,同時這種損失是完全可以避免的。如果出現這種現象,就是我們所不能容忍的了,這就屬於實驗操作的錯誤了。
二氧化碳在水中的溶解度是有限的,二氧化碳和水生成碳酸的反應本身也是可逆的,就是說水中溶解的二氧化碳和酸的濃度會趨向一個平衡狀態,離子積保持恆定。換句話說,水是不會無限度吸收二氧化碳而使它不能跑出去的,而是隻能溶解一點點二氧化碳,一點點碳酸。如果超過了這個限度而繼續生成碳酸,那麼反應生成物必然會以二氧化碳氣體的形式跑到溶液外面。現在,在製備二氧化碳的反應中,二氧化碳已經形成氣泡從液相中析出了,那麼溶液中的CO2、H2CO3就是飽和的,所以不會再溶解進溶液裡面,自然也不會和水發生反應。
如果長頸漏斗沒有伸入液麵以下,那麼長頸漏斗的下端就會和燒瓶上方的氣體連通,那麼長頸漏斗就成了氣體通道,反應的氣體很容易透過長頸漏斗從瓶中直接進入漏斗上方容器外的空間,這樣不僅會造成右方的集氣瓶中無法收集到反應產生的全部二氧化碳,而且還可能使空氣經過長頸漏斗進入反應容器中,造成瓶中的氣體純度下降。這樣是非常不好的。液封所能避免的正是上面說的這種情況。
如果按照上面的方法理解,就可以明白為什麼導管的下端一定要位於液麵上方——液麵上方的導管是氣體通道,液麵下方的管道是液體通道。另外,氣體能不能穿過液體只是一個表面現象,不可作為一種絕對的規律。理解這一現象的其實弄清為什麼氣體會從液體中跑出來:這是氣體在液體中的溶解度所決定的,如果液體內的氣體分子濃度達到飽和後,仍然不斷有氣體從反應液中生成(或者仍向液體中通氣),那麼氣體一定會析出,而氣體的密度又非常小,所以一定會向上方析出,這就是為什麼向水中吹氣,氣泡會向上升。(當然如果析出的是比液體密度小的物質,比如沉澱,那麼它析出後一定是向下沉的。)
在生成CO2氣體的反應液中,二氧化碳分子可能會產生在溶液中任何一個與大理石接觸的位置,這個是溶液的均一性決定的。既然如此,肯定會有一些氣體恰好在長頸漏斗下方的位置產生,那麼生成的氣泡也很有可能順著長頸漏斗中的液柱跑到容器外面,而使我們無法收集到。但是需要注意,由於長頸漏斗下端的直徑非常小,經過這個途徑跑出去的氣體的液麵範圍也很小,大部分氣體還是會進入反應器內的上部空間而被收集,因此這一點微小的損失我們是可以接受的。而相比之下,漏斗下端露在液麵上則會匯出大量的氣體,不僅造成了很大的浪費,而且造成收集到的氣體不純淨,同時這種損失是完全可以避免的。如果出現這種現象,就是我們所不能容忍的了,這就屬於實驗操作的錯誤了。