Henrys lag: ekvation, avvikelse, tillämpningar
Henrys lag säger att vid en konstant temperatur är mängden gas upplöst i en vätska direkt proportionell mot sitt partiella tryck på vätskans yta.
Det postulerades år 1803 av den engelska fysikern och kemisten William Henry. Dess lag kan också tolkas på så sätt: om trycket på vätskan ökar, desto större mängden gas upplöses i den.
Här betraktas gasen som lösningen av lösningen. Till skillnad från fast substans har temperaturen en negativ effekt på dess löslighet. Således som gasen tenderar att fly från vätskan lättare mot ytan, när temperaturen ökar.
Detta beror på att temperaturökningen ger energi till gasformiga molekyler, vilka kolliderar med varandra för att bilda bubblor (toppbild). Sedan övervinner dessa bubblor det yttre trycket och fly från vätskans sinus.
Om det yttre trycket är väldigt högt och vätskan blir sval, kommer bubblorna att solubiliseras och endast några gasformiga molekyler kommer att "spöka" ytan.
Henriks lag ekvation
Det kan uttryckas med följande ekvation:
P = K H ∙ C
Där P är partialtrycket hos den upplösta gasen; C är gasens koncentration; och K H är Henriks konstant.
Det är nödvändigt att förstå att gasens partialtryck är det som individuellt utövar ett slag av resten av den totala gasblandningen. Och det totala trycket är inte mer än summan av alla partiella tryck (Daltons lag):
P Totalt = P 1 + P 2 + P 3 + ... + P n
Antalet gasformiga arter som utgör blandningen representeras av n . Till exempel, om på vätskans yta finns vattenånga och CO2, är n lika med 2.
avvikelse
För gaser som är dåligt lösliga i vätskor, approximeras lösningen idealiskt i enlighet med Henriks lag för lösningen.
Men när trycket är högt uppträder en avvikelse från Henry, eftersom lösningen slutar fungera som en idealisk utspädning.
Vad betyder det? Att lösningen av lösningsmedel och lösningsmedel-lösningsmedel börjar få sina egna effekter. När lösningen är mycket utspädd, är gasmolekylerna "uteslutande" omgivna av lösningsmedel och despising de möjliga mötena mellan sig.
Därför observeras förlusten av linjärt beteende i diagrammet P i vs X i när lösningen inte längre är idealisk.
Slutsatsen till denna aspekt: Henrys lag bestämmer ångtrycket hos ett lösningsmedel i en idealisk utspädd lösning. Medan för lösningsmedlet gäller Raoults lag:
P A = X A ∙ P A *
Löslighet av en gas i vätskan
När en gas är väl upplöst i en vätska, som socker i vatten, kan den inte särskiljas från miljön och bildar därigenom en homogen lösning. Med andra ord: inga bubblor observeras i vätskan (eller sockerkristallerna).
Den effektiva lösningen av gasformiga molekyler beror emellertid på vissa variabler, såsom: vätskans temperatur, trycket som påverkar det och den kemiska naturen hos dessa molekyler jämfört med vätskans temperatur.
Om det yttre trycket är mycket högt ökar risken för att gasen tränger in i vätskans yta. Och å andra sidan är upplösta gasformiga molekyler svårare att övervinna det infallande trycket att flyga till utsidan.
Om vätskesystemet är under omrörning (som det händer i havet och i luftpumparna inuti tanken), uppmuntras gasens absorption.
Och, hur påverkar lösningsmedlets natur absorptionen av en gas? Om det är polärt, som vatten, kommer det att visa affinitet för polära lösta ämnen, det vill säga för de gaser som har ett permanent dipolmoment. Även om det är icke-polärt, såsom kolväten eller fetter, föredrar det apolära gasformiga molekyler
Exempelvis är ammoniak (NH3) en gas som är mycket löslig i vatten på grund av växelverkan med vätebindningar. Medan väte (H2), vars små molekyl är apolär, växlar svagt med vatten.
Också beroende på tillståndet för gasabsorptionsprocessen i vätskan kan följande tillstånd etableras i dem:
omättad
Vätskan är omättad när den kan lösa upp mer gas. Detta beror på att yttre trycket är större än vätskans inre tryck.
mättad
Vätskan etablerar en balans i lösligheten av gasen, vilket innebär att gasen släpper ut i samma hastighet med vilken den kommer in i vätskan.
Det kan också ses på följande sätt: Om tre gasmolekyler släpper in i luften, kommer tre andra att återvända till vätskan samtidigt.
övermättad
Vätskan övermättas med gas när det inre trycket är högre än det yttre trycket. Och före ett minimumsändring i systemet släpper det överflödet upp löst gas tills jämvikten återställs.
tillämpningar
- Henriks lag kan tillämpas för att beräkna absorptionen av inerta gaser (kväve, helium, argon, etc.) i olika vävnader i människokroppen och att tillsammans med Haldans teori utgör grunden för tabellerna av dekompression.
- En viktig tillämpning är mättnaden av gas i blodet. När blodet är omättat löses lösningen upp i den, tills den mättas och slutar upplösas mer. När detta händer går den upplösta gasen i blodet in i luften.
- Förgasningen av läskedrycker är ett exempel på Henriks lag tillämpad. Läskedrycker har löst CO 2 under höga tryck och håller därmed alla de kombinerade komponenterna som klarar av det. och dessutom behåller den karaktäristiska smaken under mycket längre tid.
När läskflaskan avtäckas minskar trycket på vätskan och släpper omedelbart trycket.
Eftersom trycket på vätskan är lägre, sjunker lösligheten av CO 2 och släpper ut i miljön (det kan noteras vid uppkomsten av bubblor från botten).
- När en dykare går ner till större djup kan det inhalerade kvävet inte fly undan, eftersom det yttre trycket förhindrar det, upplöses i individen blod.
När dykaren snabbt stiger till ytan, där det yttre trycket blir mindre, börjar kväve bubbla upp i blodet.
Detta orsakar det som är känt som obehag för dekompression. Det är av den anledningen att dykare måste stiga långsamt, så att kväve flyr långsammare från blodet.
- Undersökning av effekterna av minskningen av molekylärt syre (O 2 ) upplöst i blod och vävnader från bergsklättrare eller utövare av aktiviteter som medför långvarig vistelse vid höga höjder såväl som i invånare på ganska höga ställen.
- Forskning och förbättring av metoderna för att undvika naturkatastrofer som kan orsakas av uppkomsten av upplösta gaser i stora vattenkroppar som kan släppas på ett våldsamt sätt.
exempel
Henrys lag gäller endast när molekylerna är i jämvikt. Här är några exempel:
- I syre (O2) -lösningen i blodvätskan anses denna molekyl vara dåligt löslig i vatten, även om dess löslighet ökar på grund av det höga innehållet av hemoglobin i den. Således kan varje molekyl av hemoglobin binda till fyra molekyler syre som frigörs i vävnaderna som ska användas i metabolismen.
- År 1986 fanns ett tjockt kolsoldat som plötsligt utvisades från Nyosjön (belägen i Kamerun), kväver cirka 1700 personer och ett stort antal djur, vilket förklarades av denna lag.
- Lösligheten som en viss gas manifesterar i en flytande art ökar vanligen som gastrycket ökar, men vid höga tryck finns vissa undantag, såsom kvävemolekyler (N2).
- Henriks lag är inte tillämplig när det finns en kemisk reaktion mellan ämnet som fungerar som ett lösningsmedel och det som fungerar som lösningsmedel; Sådan är fallet med elektrolyter, såsom saltsyra (HCl).
