ЗАКОНЪТ НА ХЕНРИ: УРАВНЕНИЕ, ОТКЛОНЕНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

Законът на Хенри гласи, че при постоянна температура количеството разтворен газ в течност е пряко пропорционално на частичното му налягане върху повърхността на течността.

Постулиран е през 1803 г. от английския физик и химик Уилям Хенри. Неговият закон може да се тълкува и по този начин: ако се увеличи натискът върху течността, толкова по-голямо ще бъде количеството разтворен в нея газ.

Тук газът се счита за разтвореното вещество на разтвора. За разлика от твърдото разтворено вещество, температурата има отрицателен ефект върху неговата разтворимост. По този начин, с повишаване на температурата, газът има тенденция да изтича от течността по-лесно към повърхността.

Това се дължи на факта, че повишаването на температурата допринася енергия за газообразните молекули, които се сблъскват помежду си, за да образуват мехурчета (горно изображение). След това тези мехурчета преодоляват външното налягане и се измъкват от синуса на течността.

Ако външното налягане е много високо и течността се задържа студена, мехурчетата ще се разтворят и само няколко газообразни молекули ще „увиснат“ на повърхността.

Закон на Хенри

Тя може да бъде изразена със следното уравнение:

P = K _H ∙ C

Където P е парциалното налягане на разтворения газ; C е концентрацията на газ; и K _H е константа на Хенри.

Необходимо е да се разбере, че парциалното налягане на газ е оказвано индивидуално от вид от останалата част от общата газова смес. И общото налягане не е нищо повече от сбора от всички частични налягания (Законът на Далтън):

P _Общо = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Броят на газообразните видове, съставляващи сместа, е представен с n. Например, ако има водна пара и CO ₂ на повърхността на течност, n е равно на 2.

отклонение

За слабо разтворими в течности газове разтворът е близък до идеалния, отговарящ на закона на Хенри за разтвореното вещество.

Въпреки това, когато налягането е високо, има отклонение по отношение на Хенри, тъй като разтворът спира да се държи като идеален разреден.

Какво означава? Това взаимодействие разтворител и разтворител-разтворител започва да има свои собствени ефекти. Когато разтворът е много разреден, газовите молекули са „изключително“ заобиколени от разтворител, пренебрегвайки възможните срещи помежду си.

Следователно, когато разтворът вече не е разреден в идеалния случай, загубата на линейно поведение се наблюдава в графиката P _i срещу X _i.

В заключение към този аспект: Законът на Хенри определя налягането на парата на разтворителя в идеален разреден разтвор. Докато за разтворителя се прилага законът на Раул:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Разтворимост на газ в течността

Когато даден газ е добре разтворен в течност, като захар във вода, той не може да бъде разграничен от околната среда, като по този начин образува хомогенен разтвор. С други думи: в течността (или захарните кристали) не се наблюдават мехурчета.

Ефективното разтваряне на газообразните молекули обаче зависи от някои променливи, като: температурата на течността, налягането, което я влияе, и химическата природа на тези молекули в сравнение с тези на течността.

Ако външното налягане е много високо, шансовете газ да проникне в течната повърхност се увеличават. А от друга страна, разтворените газообразни молекули са по-трудни за преодоляване на падащото налягане, за да избягат навън.

Ако течно-газовата система е в раздвижване (както в морето, така и във въздушните помпи в резервоара за риба), абсорбцията на газ се благоприятства.

И как природата на разтворителя влияе на абсорбцията на газ? Ако това е полярно, подобно на водата, то ще покаже афинитет към полярните разтвори, тоест към онези газове, които имат постоянен диполен момент. Докато ако е аполарен, като въглеводороди или мазнини, той ще предпочете неполярни газообразни молекули

Например, амоняк (NH ₃) е много разтворим във вода, газ поради взаимодействия на водородно свързване. Докато водород (Н ₂), чиято малка молекула е неполярен, взаимодейства слабо с вода.

Също така, в зависимост от състоянието на процеса на абсорбция на газ в течността, в тях могат да се установят следните състояния:

Ненаситените

Течността е ненаситена, когато е в състояние да разтвори повече газ. Това е така, защото външното налягане е по-голямо от вътрешното налягане на течността.

наситен

Течността установява равновесие в разтворимостта на газа, което означава, че газът изтича със същата скорост, като влезе в течността.

Може да се види и следното: ако три газообразни молекули избягат във въздуха, други три едновременно ще се върнат към течността.

пренаситен

Течността е пренаситена с газ, когато вътрешното й налягане е по-високо от външното. И с минимална промяна в системата, тя ще отделя излишния разтворен газ, докато се възстанови равновесието.

Приложения

- Законът на Хенри може да се приложи за изчисляване на абсорбцията на инертни газове (азот, хелий, аргон и др.) В различните тъкани на човешкото тяло и които заедно с теорията на Халдан са в основата на таблиците декомпресия.

- Важно приложение е насищането на газовете в кръвта. Когато кръвта е ненаситена, газът се разтваря в нея, докато не се насити и спре да се разтваря повече. След като това се случи, разтвореният в кръвта газ преминава във въздуха.

- Газификацията на безалкохолните напитки е пример за прилагания закон на Хенри. Безалкохолните напитки имат разтворен CO ₂ под високо налягане, като по този начин се поддържа всеки от комбинираните компоненти, които го съставят; и в допълнение, той запазва характерния аромат за много по-дълго.

Когато бутилката със сода е затворена, налягането върху течността намалява, освобождавайки моментално налягането.

Тъй като налягането върху течността сега е по-ниско, разтворимостта на CO ₂ спада и той избягва в околната среда (може да се забележи при издигането на мехурчетата от дъното).

- Когато водолазът се спуска на по-големи дълбочини, вдишаният азот не може да избяга, тъй като външното налягане го предотвратява, разтваряйки се в кръвта на индивида.

Когато водолазът се издигне бързо на повърхността, където външното налягане отново спадне, азотът започва да балонче в кръвта.

Това причинява това, което е известно като декомпресионна болест. Именно поради тази причина се изисква водолазите да се изкачват бавно, така че азотът да излезе по-бавно от кръвта.

- Проучване на ефектите от намаляването на молекулния кислород (O ₂), разтворен в кръвта и тъканите на алпинисти или практикуващи дейности, които включват продължителен престой на голяма надморска височина, както и на обитателите на доста високи места.

- Изследване и усъвършенстване на методите, използвани за избягване на природни бедствия, които могат да бъдат причинени от наличието на газове, разтворени в огромни водни обекти, които могат да се отделят насилствено.

Примери

Законът на Хенри се прилага само когато молекулите са в равновесие. Ето няколко примера:

- При разтварянето на кислород (O ₂) в кръвната течност тази молекула се счита за слабо разтворима във вода, въпреки че разтворимостта й се увеличава значително поради високото съдържание на хемоглобин в нея. По този начин, всяка молекула на хемоглобина може да се свърже с четири кислородни молекули, които се освобождават в тъканите, за да бъдат използвани в метаболизма.

- През 1986 г. имаше гъст облак въглероден диоксид, който внезапно беше изгонен от езерото Ниос (намиращо се в Камерун), задушавайки приблизително 1700 души и голям брой животни, което беше обяснено от този закон.

- Разтворимостта че даден газ проявява в течен вид има тенденция за увеличаване на налягането на споменатия газ се увеличава, въпреки че при високи налягания има някои изключения, като азотните молекули (N ₂).

- 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).

Препратки

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Основи на физикохимията. (6-то изд.). Редакция CECSA, Мексико. Р 111-119.
2. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (2018). Закон на Хенри. Произведено на 10 май 2018 г. от: britannica.com
3. Byju му. (2018). Какъв е законът на Хенри ?. Произведено на 10 май 2018 г. от: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Законът на Хенри Получено на 10 май 2018 г. от: slobodnopro.com
5. Фондация Аненберг. (2017). Раздел 7: Законът на Хенри. Произведено на 10 май 2018 г. от: Learner.org
6. Моника Гонсалес. (25 април 2011 г.). Закон на Хенри. Произведено на 10 май 2018 г. от: quimica.laguia2000.com
7. Иън Майлс. (24 юли 2009 г.). Diver., Произведено на 10 май 2018 г. от: flickr.com