Законът на Хенри: уравнение, отклонение, приложения
Законът на Хенри гласи, че при постоянна температура количеството газ, разтворен в течност, е право пропорционално на парциалното му налягане върху повърхността на течността.
Постулиран е през 1803 г. от английския физик и химик Уилям Хенри. Неговият закон също може да се тълкува по този начин: ако налягането върху течността се увеличи, толкова по-голямо количество газ се разтваря в него.
Тук газът се счита за разтвореното вещество на разтвора. За разлика от твърдото вещество, температурата има отрицателен ефект върху неговата разтворимост. По този начин, с увеличаване на температурата, газът има тенденция да излиза от течността по-лесно към повърхността.
Това е така, защото повишаването на температурата осигурява енергия на газообразните молекули, които се сблъскват помежду си, за да образуват мехурчета (отгоре изображение). След това тези мехурчета преодоляват външното налягане и излизат от течния синус.
Ако външното налягане е много високо и течността остане хладна, мехурчетата ще бъдат разтворени и само няколко газови молекули ще "преследват" повърхността.
Уравнението на закона на Хенри
Тя може да бъде изразена чрез следното уравнение:
Р = КН ° С
Където P е парциалното налягане на разтворения газ; С е концентрацията на газа; и К е константа на Хенри.
Необходимо е да се разбере, че парциалното налягане на газ е това, което поотделно упражнява един вид останалата част от общата газова смес. А общото налягане не е повече от сумата на всички парциални налягания (Закон на Далтон):
P Общо = P 1 + P 2 + P 3 + ... + P n
Броят на газообразните видове, които съставляват сместа, е представен с п . Например, ако на повърхността на течност има водни пари и CO 2, n е равно на 2.
отклонение
За газове, които са слабо разтворими в течности, разтворът се доближава идеално в съответствие със закона на Хенри за разтвореното вещество.
Въпреки това, когато налягането е високо, се получава отклонение от Хенри, тъй като разтворът спира да се държи като идеално разреждане.
Какво означава това? Че взаимодействията между разтворимото вещество и взаимодействието между разтворимото вещество и разтворимото вещество-разтворител започват да имат свои собствени ефекти. Когато разтворът е много разреден, газовите молекули са "изключително" заобиколени от разтворители, пренебрегвайки възможните срещи помежду си.
Следователно, когато решението вече не е идеално, загубата на линейно поведение се наблюдава в графика P i vs X i .
В заключение на този аспект: Законът на Хенри определя налягането на парите на разтвореното вещество в идеален разреден разтвор. Докато за разтворителя се прилага законът на Раул:
P A = X A A P A *
Разтворимост на газ в течността
Когато газът е добре разтворен в течност, подобно на захар във вода, той не може да бъде разграничен от околната среда, като по този начин се образува хомогенен разтвор. С други думи: не се наблюдават мехурчета в течността (или захарните кристали).
Ефективното разтваряне на газообразните молекули обаче зависи от някои променливи като: температурата на течността, налягането, което го засяга, и химичната природа на тези молекули в сравнение с тези на течността.
Ако външното налягане е много високо, вероятността газът да проникне в повърхността на течността се увеличава. От друга страна, разтворените газообразни молекули са по-трудни за преодоляване на падащото налягане, за да избягат навън.
Ако системата за втечнен газ е в процес на разбъркване (както се случва в морето и във въздушните помпи в резервоара), абсорбцията на газ е предпочитана.
И как естеството на разтворителя влияе на абсорбцията на газ? Ако е полярна, като вода, тя ще покаже афинитет към полярните разтвори, т.е. за тези газове, които имат постоянен диполен момент. Докато, ако е неполярен, като въглеводороди или мазнини, той ще предпочете аполярни газообразни молекули
Например, амонякът (NH 3 ) е газ, който е много разтворим във вода поради взаимодействията на водородните връзки. Докато водородът (Н2), чиято малка молекула е неполярна, слабо взаимодейства с вода.
Също така, в зависимост от състоянието на процеса на абсорбция на газ в течността, в тях могат да се установят следните състояния:
ненаситен
Течността е ненаситена, когато може да разтвори повече газ. Това е така, защото външното налягане е по-голямо от вътрешното налягане на течността.
наситен
Течността установява баланс в разтворимостта на газа, което означава, че газът излиза със същата скорост, с която влиза в течността.
Тя може да се види и по следния начин: ако три газови молекули избягат във въздуха, три други ще се върнат в течността по едно и също време.
свръхнаситено
Течността се пренасища с газ, когато вътрешното му налягане е по-високо от външното налягане. И преди минимална промяна в системата, тя ще освободи разтворения газ до възстановяване на равновесието.
приложения
- Законът на Хенри може да се приложи за изчисляване на абсорбцията на инертни газове (азот, хелий, аргон и др.) В различни тъкани на човешкото тяло и че заедно с теорията на Халдейн са в основата на таблиците декомпресия.
- Важно приложение е насищането на газ в кръвта. Когато кръвта е ненаситена, газът се разтваря в нея, докато насити и престане да се разтваря повече. След като това се случи, разтвореният газ в кръвта отива във въздуха.
- Газификацията на безалкохолни напитки е пример за приложимото право на Хенри. Безалкохолните напитки са разтворили CO 2 под високо налягане, като по този начин поддържат всеки един от комбинираните компоненти, които го създават; и освен това, тя запазва характерния аромат за много по-дълго време.
Когато бутилката сода се разкрие, налягането върху течността намалява и веднага освобождава налягане.
Тъй като налягането върху течността сега е по-ниско, разтворимостта на CO 2 пада и излиза в околната среда (може да се забележи при издигането на мехурчета от дъното).
- Когато водолазът се спуска към по-големи дълбочини, вдишаният азот не може да избяга, защото външният натиск го предпазва, разтваря се в кръвта на индивида.
Когато водолазът бързо се издига на повърхността, където външното налягане става по-малко, азотът започва да избухва в кръвта.
Това причинява декомпресионния дискомфорт. Поради тази причина от водолазите се изисква да се издигат бавно, така че азотът да излиза по-бавно от кръвта.
- Проучване на ефектите от намаляването на молекулярния кислород (O 2 ), разтворен в кръвта и тъканите на алпинистите или практикуващите дейности, които включват продължително пребиваване на големи височини, както и при обитателите на доста високи места.
- Изследване и усъвършенстване на използваните методи за избягване на природни бедствия, които могат да бъдат причинени от наличието на разтворени газове в огромни водни обекти, които могат да бъдат освободени по насилствен начин.
Примери
Законът на Хенри се прилага само когато молекулите са в равновесие. Ето няколко примера:
- В разтвор на кислород (О2) в кръвната течност, тази молекула се счита за слабо разтворима във вода, въпреки че разтворимостта му се увеличава поради високото съдържание на хемоглобин в него. По този начин всяка молекула хемоглобин може да се свърже с четири молекули кислород, които се отделят в тъканите, които ще се използват в метаболизма.
- През 1986 г. имаше гъст облак въглероден диоксид, който внезапно беше изхвърлен от езерото Ниос (разположен в Камерун), задушавайки около 1700 души и голям брой животни, което беше обяснено с този закон.
- Разтворимостта, която даден газ се проявява в течен вид, обикновено се увеличава с увеличаване на налягането на газа, въпреки че при високи налягания има някои изключения, като молекули азот (N2).
- Законът на Хенри не е приложим, когато има химическа реакция между веществото, което действа като разтворимо вещество и това, което действа като разтворител; Такъв е случаят с електролити, като солна киселина (HCl).
