PRAWO HENRY'EGO: RÓWNANIE, ODCHYLENIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Prawo Henry'ego mówi, że przy stałej temperaturze ilość rozpuszczonego gazu w cieczy jest wprost proporcjonalna do jego ciśnienia parcjalnego na powierzchni cieczy.

Postulował to w 1803 roku angielski fizyk i chemik William Henry. Jego prawo można również interpretować w ten sposób: jeśli ciśnienie na ciecz wzrośnie, tym większa będzie ilość rozpuszczonego w niej gazu.

Tutaj gaz jest uważany za substancję rozpuszczoną w roztworze. W przeciwieństwie do substancji stałej, temperatura ma negatywny wpływ na jej rozpuszczalność. Zatem wraz ze wzrostem temperatury gaz ma tendencję do łatwiejszego ucieczki z cieczy w kierunku powierzchni.

Wynika to z faktu, że wzrost temperatury przekazuje energię cząsteczkom gazowym, które zderzają się ze sobą tworząc bąbelki (górne zdjęcie). Te pęcherzyki następnie pokonują ciśnienie zewnętrzne i uciekają z zatoki cieczy.

Jeśli ciśnienie zewnętrzne jest bardzo wysokie, a ciecz jest zimna, pęcherzyki rozpuszczą się i tylko kilka cząsteczek gazu „unosi się” na powierzchni.

Równanie prawa Henry'ego

Można to wyrazić następującym równaniem:

P = K _H ∙ C

Gdzie P jest ciśnieniem cząstkowym rozpuszczonego gazu; C to stężenie gazu; a K _H jest stałą Henry'ego.

Konieczne jest zrozumienie, że ciśnienie parcjalne gazu jest tym, które jest wywierane indywidualnie przez resztę całej mieszaniny gazów. A całkowite ciśnienie to nic innego jak suma wszystkich ciśnień cząstkowych (prawo Daltona):

P _Razem = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Liczba gatunków gazowych, które tworzą mieszaninę, jest reprezentowana przez n. Na przykład, jeśli na powierzchni cieczy znajduje się para wodna i CO ₂ , n jest równe 2.

Odchylenie

W przypadku gazów słabo rozpuszczalnych w cieczach, roztwór jest bliski ideału, zgodnie z prawem Henry'ego dla substancji rozpuszczonej.

Jednak gdy ciśnienie jest wysokie, występuje odchylenie w stosunku do Henry'ego, ponieważ roztwór przestaje zachowywać się jak idealny rozcieńczalnik.

Co to znaczy? Te interakcje substancja rozpuszczona i substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik zaczynają mieć swoje własne skutki. Gdy roztwór jest bardzo rozcieńczony, cząsteczki gazu są „wyłącznie” otoczone rozpuszczalnikiem, zaniedbując możliwe spotkania między sobą.

Dlatego też, gdy roztwór nie jest już idealnie rozcieńczony, na wykresie P _i vs X _i obserwuje się utratę liniowego zachowania .

Podsumowując ten aspekt: ​​prawo Henry'ego określa prężność pary substancji rozpuszczonej w idealnym rozcieńczonym roztworze. Podczas gdy w przypadku rozpuszczalnika obowiązuje prawo Raoulta:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Rozpuszczalność gazu w cieczy

Gdy gaz jest dobrze rozpuszczony w cieczy, takiej jak cukier w wodzie, nie można go odróżnić od otoczenia, tworząc w ten sposób jednorodny roztwór. Innymi słowy: w cieczy nie obserwuje się pęcherzyków (ani kryształków cukru).

Jednak wydajna solwatacja cząsteczek gazowych zależy od pewnych zmiennych, takich jak: temperatura cieczy, ciśnienie, które na nią działa, oraz chemiczna natura tych cząsteczek w porównaniu z cieczą.

Jeśli ciśnienie zewnętrzne jest bardzo wysokie, zwiększa się prawdopodobieństwo przedostania się gazu do powierzchni cieczy. Z drugiej strony, rozpuszczonym cząsteczkom gazowym trudniej jest przezwyciężyć ciśnienie padające na ucieczkę na zewnątrz.

Jeśli układ gazowo-ciekły jest mieszany (jak w morzu i w pompach powietrza wewnątrz akwarium), korzystne jest wchłanianie gazu.

A jak rodzaj rozpuszczalnika wpływa na wchłanianie gazu? Jeśli jest polarny, podobnie jak woda, będzie wykazywał powinowactwo do polarnych substancji rozpuszczonych, to znaczy do tych gazów, które mają stały moment dipolowy. Natomiast jeśli jest niepolarny, jak węglowodory lub tłuszcze, będzie preferował niepolarne cząsteczki gazowe

Na przykład amoniak (NH ₃ ) jest bardzo rozpuszczalnym gazem w wodzie ze względu na interakcje wiązań wodorowych. Natomiast wodór (H ₂ ), którego mała cząsteczka jest niepolarna, oddziałuje słabo z wodą.

Ponadto w zależności od stanu procesu pochłaniania gazów w cieczy można w nich ustalić następujące stany:

Nienasycone

Ciecz jest nienasycona, gdy jest w stanie rozpuścić więcej gazu. Dzieje się tak, ponieważ ciśnienie zewnętrzne jest większe niż ciśnienie wewnętrzne cieczy.

Nasycony

Ciecz ustanawia równowagę w rozpuszczalności gazu, co oznacza, że ​​gaz ucieka z taką samą szybkością, z jaką wchodzi do cieczy.

Można to również zobaczyć w następujący sposób: jeśli trzy cząsteczki gazu uciekną w powietrze, kolejne trzy w tym samym czasie powrócą do cieczy.

Przesycony

Ciecz jest przesycana gazem, gdy jej ciśnienie wewnętrzne jest wyższe niż ciśnienie zewnętrzne. I przy minimalnej zmianie w systemie będzie uwalniać nadmiar rozpuszczonego gazu, aż do przywrócenia równowagi.

Aplikacje

- Prawo Henry'ego można zastosować do obliczenia absorpcji gazów obojętnych (azotu, helu, argonu itp.) W różnych tkankach ludzkiego ciała, które wraz z teorią Haldane'a stanowią podstawę tabel dekompresja.

- Ważnym zastosowaniem jest nasycenie krwi gazem. Kiedy krew jest nienasycona, gaz rozpuszcza się w niej, aż staje się nasycony i przestaje się bardziej rozpuszczać. Kiedy to nastąpi, gaz rozpuszczony we krwi przedostaje się do powietrza.

- Zgazowanie napojów bezalkoholowych jest przykładem zastosowanego prawa Henry'ego. Napoje bezalkoholowe zawierają CO ₂ rozpuszczone pod wysokim ciśnieniem, zachowując w ten sposób każdy z połączonych składników, które go tworzą; a ponadto znacznie dłużej zachowuje charakterystyczny smak.

Kiedy butelka z napojem jest otwarta, ciśnienie na górze płynu spada, natychmiast uwalniając ciśnienie.

Ponieważ ciśnienie na ciecz jest teraz mniejsze, rozpuszczalność CO ₂ spada i ucieka on do otoczenia (można to zauważyć po wznoszeniu się pęcherzyków z dna).

- Gdy nurek schodzi na większe głębokości, wdychany azot nie może się wydostać, ponieważ zapobiega temu ciśnienie zewnętrzne, rozpuszczając się we krwi jednostki.

Kiedy nurek gwałtownie wypływa na powierzchnię, gdzie ciśnienie zewnętrzne ponownie spada, azot zaczyna bąbelkować do krwi.

To powoduje tak zwaną chorobę dekompresyjną. Z tego powodu od nurków wymaga się powolnego wynurzania się, aby azot wolniej uciekał z krwi.

- Badanie skutków spadku zawartości tlenu cząsteczkowego (O ₂ ) rozpuszczonego we krwi i tkankach alpinistów lub osób uprawiających czynności polegające na dłuższym pobycie na dużych wysokościach, a także u mieszkańców miejscowości dość wysoko.

- Badania i doskonalenie metod stosowanych w celu uniknięcia klęsk żywiołowych, które mogą być spowodowane obecnością gazów rozpuszczonych w ogromnych zbiornikach wodnych, które mogą zostać gwałtownie uwolnione.

Przykłady

Prawo Henry'ego ma zastosowanie tylko wtedy, gdy cząsteczki są w równowadze. Oto kilka przykładów:

- Podczas rozpuszczania tlenu (O ₂ ) w płynie krwi, ta cząsteczka jest uważana za słabo rozpuszczalną w wodzie, chociaż jej rozpuszczalność znacznie wzrasta z powodu wysokiej zawartości w niej hemoglobiny. W ten sposób każda cząsteczka hemoglobiny może wiązać się z czterema cząsteczkami tlenu, które są uwalniane w tkankach do wykorzystania w metabolizmie.

- W 1986 roku pojawiła się gęsta chmura dwutlenku węgla, która została nagle wyrzucona z jeziora Nyos (położonego w Kamerunie), dusząc około 1700 osób i dużą liczbę zwierząt, co zostało wyjaśnione tym prawem.

- Rozpuszczalność, jaką dany gaz przejawia w postaci ciekłej, ma tendencję do zwiększania się wraz ze wzrostem ciśnienia tego gazu, chociaż przy wysokich ciśnieniach istnieją pewne wyjątki, takie jak cząsteczki azotu (N ₂ ).

- Prawo Henry'ego nie ma zastosowania, gdy zachodzi reakcja chemiczna między substancją, która działa jako substancja rozpuszczona, a substancją, która działa jak rozpuszczalnik; tak jest w przypadku elektrolitów, takich jak kwas solny (HCl).

Bibliografia

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Podstawy fizykochemii. (6th ed.). Od redakcji CECSA, Meksyk. P 111-119.
2. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (2018). Prawo Henry'ego. Pobrane 10 maja 2018 r. Z: britannica.com
3. Byju's. (2018). Jakie jest prawo Henry'ego? Pobrane 10 maja 2018 r.Z: byjus.com
4. Leisurepro i Aquaviews. (2018). Henry's Law Pobrano 10 maja 2018 r. Z: Leisurepro.com
5. Fundacja Annenberga. (2017). Sekcja 7: Prawo Henry'ego. Pobrane 10 maja 2018 r. Z: learner.org
6. Monica Gonzalez. (25 kwietnia 2011). Prawo Henry'ego. Pobrane 10 maja 2018 r. Z: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (24 lipca 2009). Nurek. . Pobrane 10 maja 2018 r. Z: flickr.com