Prawo równania Henry'ego, odchylenie, zastosowania

The Prawo Henry'ego ustala, że ​​w stałej temperaturze ilość gazu rozpuszczonego w cieczy jest wprost proporcjonalna do jego ciśnienia cząstkowego na powierzchni cieczy.

Został postulowany w roku 1803 przez angielskiego fizyka i chemika Williama Henry'ego. Jego prawo może być również interpretowane w ten sposób: jeśli ciśnienie cieczy zostanie zwiększone, tym większa ilość rozpuszczonego w nim gazu.

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

To dlatego, że wzrost temperatury powoduje energii cząsteczek gazu ziemnego, które zderzają się ze sobą tworząc pęcherzyki (u góry). Następnie te pęcherzyki przezwyciężenia ciśnienia zewnętrznego i ucieczki z poziomu cieczy.

Jeśli ciśnienie zewnętrzne jest bardzo wysokie, a ciecz pozostaje chłodna, pęcherzyki zostaną rozpuszczone i tylko kilka gazowych cząsteczek „prześladuje” powierzchnię.

Indeks

• 1 Równanie prawa Henry'ego
• 2 Odchylenie
• 3 Rozpuszczalność gazu w cieczy
  • 3.1 Nienasycone
  • 3.2 Nasycone
  • 3.3 Przesycone
• 4 Aplikacje
• 5 Przykłady
• 6 referencji 

Równanie prawa Henry'ego

Można to wyrazić za pomocą następującego równania:

P = K_H. C

Gdzie P jest ciśnieniem cząstkowym rozpuszczonego gazu; C oznacza stężenie gazu; i K_H to stała Henry'ego.

Konieczne jest zrozumienie, że ciśnienie cząstkowe gazu to ciśnienie, które indywidualnie wywiera rodzaj reszty całej mieszaniny gazów. A całkowite ciśnienie nie jest większe niż suma wszystkich ciśnień cząstkowych (prawo Daltona):

P_Razem= P₁ + P₂ + P₃+... + P_n

Liczba gatunków gazowych tworzących mieszaninę jest reprezentowana przez n. Na przykład, jeśli na powierzchni cieczy znajduje się para wodna i CO₂, n jest równy 2.

Odchylenie

W przypadku gazów słabo rozpuszczalnych w cieczach rozwiązanie jest zbliżone do idealnie zgodnego z prawem Henry'ego dla substancji rozpuszczonej.

Jednak gdy ciśnienie jest wysokie, pojawia się odchylenie od Henry'ego, ponieważ roztwór przestaje zachowywać się jak idealnie rozcieńczony.

Co to znaczy? To, że oddziaływanie substancji rozpuszczonej i rozpuszczonej-rozpuszczalnika zaczyna mieć swoje własne skutki. Gdy roztwór jest bardzo rozcieńczony, cząsteczki gazu są „wyłącznie” otoczone rozpuszczalnikiem, gardząc możliwymi spotkaniami między sobą.

Dlatego, gdy roztwór przestaje być idealnie rozcieńczony, obserwuje się utratę zachowania liniowego na wykresie P._i vs X_i.

Podsumowując ten aspekt: ​​prawo Henry'ego określa ciśnienie pary substancji rozpuszczonej w idealnym rozcieńczonym roztworze. 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 środowiska, tworząc w ten sposób jednorodny roztwór. Innymi słowy: w cieczy (lub kryształach cukru) nie obserwuje się pęcherzyków.

Skuteczna solwatacja cząsteczek gazowych zależy jednak od pewnych zmiennych, takich jak: temperatura cieczy, ciśnienie, które na nią wpływa i chemiczna natura tych cząsteczek w porównaniu z cieczą.

Jeśli ciśnienie zewnętrzne jest bardzo wysokie, szanse na przenikanie gazu przez powierzchnię cieczy wzrastają. Z drugiej strony, rozpuszczone cząsteczki gazowe są trudniejsze do pokonania ciśnienia padającego, aby osiągnąć ucieczkę na zewnątrz.

Jeśli układ ciecz-gaz z mieszaniem (jak w morzu i pompy powietrza w zbiorniku), absorpcję gazu jest korzystne.

A jak natura rozpuszczalnika wpływa na absorpcję gazu? Jeśli jest polarny, podobnie jak woda, będzie wykazywał powinowactwo do polarnych substancji rozpuszczonych, to znaczy do tych gazów, które mają stały moment dipolowy. Jeśli jest niepolarny, taki jak węglowodory lub tłuszcze, preferuje apolarne cząsteczki gazowe

Na przykład amoniak (NH₃) jest gazem bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie z powodu oddziaływań wiązań wodorowych. Podczas gdy ten wodór (H₂), którego mała cząsteczka jest niepolarna, słabo oddziałuje z wodą.

Ponadto, w zależności od stanu procesu absorpcji gazu w cieczy, można ustalić w nich następujące stany:

Nienasycony

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

Nasycone

Płyn zapewnia równowagę w rozpuszczalności gazu, co oznacza, że ​​gaz ucieka z taką samą prędkością, z jaką przenika do cieczy.

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

Przesycone

Ciecz jest przesycona gazem, gdy jej ciśnienie wewnętrzne jest wyższe niż ciśnienie zewnętrzne. A przed minimalną zmianą w systemie uwolni nadmiar rozpuszczonego gazu do momentu 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 gazu we krwi. Gdy krew jest nienasycona, gaz rozpuszcza się w niej, dopóki nie nasyci się i przestanie się rozpuszczać. Gdy to nastąpi, rozpuszczony gaz we krwi idzie w powietrze.

- Zgazowanie napojów bezalkoholowych jest przykładem zastosowanego prawa Henry'ego. Napoje bezalkoholowe mają CO₂ rozpuszcza się pod wysokim ciśnieniem, utrzymując w ten sposób każdy z połączonych składników, które go tworzą; a także zachowuje charakterystyczny smak na dłużej.

Gdy butelka sody zostanie odkryta, ciśnienie cieczy zmniejsza się, uwalniając ciśnienie na miejscu.

Ponieważ ciśnienie cieczy jest teraz niższe, rozpuszczalność CO₂ schodzi i ucieka do atmosfery (można to zauważyć w wynurzaniu się pęcherzyków z dołu).

- Gdy nurek schodzi na większą głębokość, wdychany azot nie może uciec, ponieważ zewnętrzne ciśnienie zapobiega temu, rozpuszczając się we krwi jednostki.

Gdy nurek szybko wznosi się na powierzchnię, gdzie ciśnienie zewnętrzne spada, azot zaczyna pękać we krwi.

Powoduje to tzw. Dyskomfort dekompresyjny. Z tego powodu nurkowie muszą powoli wznosić się, aby azot mógł wydostawać się wolniej z krwi.

- Badanie skutków zmniejszenia tlenu cząsteczkowego (O₂) rozpuszczone we krwi i tkankach alpinistów lub praktyków zajmujących się długotrwałym pobytem na dużych wysokościach, a także u mieszkańców raczej wysokich miejsc.

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

Przykłady

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

- W roztworze tlenu (O₂) w krwiobiegu ta cząsteczka jest uważana za słabo rozpuszczalną w wodzie, chociaż jej rozpuszczalność znacznie wzrasta ze względu na wysoką zawartość hemoglobiny w niej. Tak więc każda cząsteczka hemoglobiny może wiązać się z czterema cząsteczkami tlenu, które są uwalniane w tkankach do wykorzystania w metabolizmie.

- W 1986 r. Z jeziora Nyos (położonego w Kamerunie) nagle wydostała się gęsta chmura dwutlenku węgla, dusząc około 1700 osób i dużą liczbę zwierząt, co zostało wyjaśnione przez to prawo.

- Rozpuszczalność, którą manifestuje pewien gaz w postaci ciekłej, zwykle wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia gazu, chociaż przy pewnych wysokich ciśnieniach istnieją pewne wyjątki, takie jak cząsteczki azotu (N₂).

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

Referencje

1. Crockford, H.D., Knight Samuel B. (1974). Podstawy fizykochemii. (Wyd. 6). Od redakcji C.E.C.S.A., Meksyk. P 111-119.
2. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (2018). Prawo Henry'ego. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: britannica.com
3. Byju's (2018). Czym jest prawo Henry'ego? Pobrano 10 maja 2018 r. Z: byjus.com
4. Leisurepro i Aquaviews. (2018). Prawo Henry'ego Źródło: 10 maja 2018 r. Z: leisurepro.com
5. Fundacja Annenberga. (2017). Sekcja 7: Prawo Henry'ego. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: learner.org
6. Monica Gonzalez (25 kwietnia 2011 r.). Prawo Henry'ego. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles (24 lipca 2009). Nurek [Rysunek] Pobrano 10 maja 2018 r. Z: flickr.com