HENRYJEV ZAKON: ENAČBA, ODKLON, APLIKACIJE - KEMIJA - 2026

Henry je prava navaja, da je količina raztopljenega plina v tekočino je pri konstantni temperaturi neposredno sorazmeren njeni delni tlak na površini tekočine.

Leta 1803 ga je postavil angleški fizik in kemik William Henry. Njegov zakon se lahko razlaga tudi na ta način: če se poveča pritisk na tekočino, večja bo količina plina, raztopljenega v njej.

Tu se plin šteje za raztopino raztopine. Za razliko od trdnega topila temperatura negativno vpliva na njegovo topnost. Tako se s povečanjem temperature plin lažje izteka iz tekočine proti površini.

To je posledica dejstva, da zvišanje temperature prispeva energijo do plinastih molekul, ki se med seboj trčijo, da tvorijo mehurčke (zgornja slika). Ti mehurčki nato premagajo zunanji pritisk in pobegnejo iz sinusa tekočine.

Če je zunanji tlak zelo visok in tekočino zadržujemo hladno, se bodo mehurčki raztopili in na površini bo "lebdelo" le nekaj plinastih molekul.

Henryjeva zakonska enačba

Izrazi se lahko z naslednjo enačbo:

P = K _H ∙ C

Kjer je P delni tlak raztopljenega plina; C je koncentracija plina; in K _H je Henryjeva stalnica.

Treba je razumeti, da je delni tlak plina tlak, ki ga posamezno izvaja vrsta preostale skupne mešanice plinov. In skupni pritisk ni nič drugega kot vsota vseh delnih pritiskov (Daltonov zakon):

P _Skupaj = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Število plinastih vrst, ki sestavljajo mešanico, je predstavljeno z n. Na primer, če na površini tekočine obstaja vodna para in CO ₂ , je n enak 2.

Odstopanje

Za pline, ki so slabo topni v tekočinah, je raztopina blizu idealni, skladna s Henryjevim zakonom za topilo.

Kadar pa je tlak visok, pride do odstopanja glede Henryja, ker se raztopina neha obnašati kot idealno razredčeno.

Kaj to pomeni? To medsebojno raztapljanje in topnost-topilo začneta imeti svoje učinke. Kadar je raztopina zelo razredčena, so molekule plina »izključno« obdane s topilom, pri čemer zanemarimo morebitna srečanja med seboj.

Zato, ko raztopina ni več idealno razredčena, v grafu P _i vs X _i opazimo izgubo linearnega vedenja .

Za zaključek tega vidika: Henryjev zakon določa parni tlak topljene snovi v idealni razredčeni raztopini. Medtem ko se za topilo uporablja Raoultov zakon:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Topnost plina v tekočini

Če je plin dobro raztopljen v tekočini, kot je sladkor v vodi, ga ni mogoče ločiti od okolja, tako da nastane homogena raztopina. Z drugimi besedami: v tekočini (ali sladkornih kristalih) ni mehurčkov.

Učinkovito raztapljanje plinastih molekul pa je odvisno od nekaterih spremenljivk, kot so: temperatura tekočine, tlak, ki vpliva nanjo, in kemijska narava teh molekul v primerjavi s tekočino.

Če je zunanji tlak zelo visok, se poveča možnost, da plin prodre na površino tekočine. Po drugi strani pa raztopljene plinske molekule težje premagujejo vpadni pritisk, da bi ušli na zunaj.

Če je sistem s tekočimi plini v vznemirjenju (kot v morju in zračnih črpalkah znotraj rezervoarja za ribe), se daje prednost absorpciji plina.

In kako narava topila vpliva na absorpcijo plina? Če je ta polarna, kot voda, bo pokazala afiniteto do polarnih topil, torej do tistih plinov, ki imajo stalni dipolni moment. Če je to apolarno, na primer ogljikovodiki ali maščobe, bo raje apolarne plinaste molekule

Na primer, amoniak (NH ₃ ) je zelo topen plin v vodi zaradi interakcij med vezanjem vodika. Medtem ko vodik (H ₂ ), katerega majhna molekula je apolarna, slabo deluje z vodo.

Tudi glede na stanje procesa absorpcije plina v tekočini lahko v njih vzpostavimo naslednja stanja:

Nenasičena

Tekočina je nenasičena, ko lahko raztopi več plina. To je zato, ker je zunanji tlak večji od notranjega tlaka tekočine.

Nasičeno

Tekočina vzpostavi ravnotežje v topnosti plina, kar pomeni, da plin uhaja z isto hitrostjo, kot vstopi v tekočino.

Lahko je razvidno tudi tako: če tri plinske molekule pobegnejo v zrak, se bodo še tri hkrati vrnile v tekočino.

Prenasičena

Tekočina je prenasičena s plinom, kadar je njen notranji tlak višji od zunanjega tlaka. In z minimalno spremembo sistema sprosti presežek raztopljenega plina, dokler se ne vzpostavi ravnotežje.

Prijave

- Henryjev zakon se lahko uporabi za izračun absorpcije inertnih plinov (dušika, helija, argona itd.) V različnih tkivih človeškega telesa in ki so skupaj s Haldaneovo teorijo osnova tabel dekompresija.

- Pomembna uporaba je nasičenost plinov v krvi. Ko je kri nenasičena, se plin raztopi v njej, dokler ne postane nasičena in se ne preneha več raztapljati. Ko se to zgodi, plin, raztopljen v krvi, preide v zrak.

- Uplinjanje brezalkoholnih pijač je primer uporabljenega Henryjevega zakona. Brezalkoholne pijače so CO ₂ raztopimo pod visokim tlakom, s čimer se ohranja vsaka od združenih komponent, ki jo navzgor; poleg tega pa ohranja dlje časa značilen okus.

Ko je steklenica s sodo zaprta, se tlak na tekočini zmanjša, tako da se ta tlak sprosti takoj.

Ker je pritisk na tekočino zdaj nižji, topnost CO ₂ pade in ta pobegne v okolje (opazimo ga pri dvigu mehurčkov od spodaj).

- Ko se potapljač spušča na večje globine, vdihani dušik ne more uiti, ker ga zunanji tlak prepreči, zato se raztopi v krvi posameznika.

Ko se potapljač hitro dvigne na površje, kjer zunanji tlak spet pade, dušik začne vreti v kri.

To povzroča dekompresijsko bolezen. Zaradi tega se od potapljačev zahteva, da se počasi vzpenjajo, da dušik počasneje uhaja iz krvi.

- Preučevanje učinkov zmanjšanja molekulskega kisika (O ₂ ), raztopljenega v krvi in ​​tkivih gorskih plezalcev ali izvajalcev dejavnosti, ki vključujejo dolgotrajno bivanje na visoki nadmorski višini, pa tudi pri prebivalcih dokaj visokih krajev.

- Raziskave in izboljšanje metod, ki se uporabljajo za preprečevanje naravnih nesreč, ki jih lahko povzroči prisotnost plinov, raztopljenih v ogromnih vodnih telesih, ki se lahko naglo sprostijo.

Primeri

Henryjev zakon velja le, ko so molekule v ravnovesju. Tu je nekaj primerov:

- Pri raztapljanju kisika (O ₂ ) v krvni tekočini se ta molekula šteje za slabo topno v vodi, čeprav se njena topnost znatno poveča zaradi visoke vsebnosti hemoglobina v njej. Tako se lahko vsaka molekula hemoglobina veže na štiri molekule kisika, ki se sprostijo v tkivih in se uporabijo pri presnovi.

- Leta 1986 je bil debel oblak ogljikovega dioksida, ki je bil nenadoma izgnan iz jezera Nyos (ki se nahaja v Kamerunu) in je zadušil približno 1700 ljudi in veliko število živali, kar je razložil ta zakon.

- Topnost, ki jo dani plin manifestira v tekoči vrsti, se navadno poveča, ko se tlak omenjenega plina poveča, čeprav pri visokih tlakih obstajajo določene izjeme, kot so molekule dušika (N ₂ ).

- Henryjev zakon se ne uporablja, kadar pride do kemične reakcije med snovjo, ki deluje kot topilo, in tistim, ki deluje kot topilo; tak primer je z elektroliti, kot je klorovodikova kislina (HCl).

Reference

1. Crockford, HD, vitez Samuel B. (1974). Osnove fizikokemije. (6. izd.). Uredništvo CECSA, Mehika. P 111-119.
2. Uredniki Encyclopaedia Britannica. (2018). Henryjev zakon. Pridobljeno 10. maja 2018 z: britannica.com
3. Byju's. (2018). Kaj je Henryjev zakon ?. Pridobljeno 10. maja 2018 z: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Henryjev zakon Pridobljeno 10. maja 2018 s spletnega mesta: slobodnopro.com
5. Fundacija Annenberg. (2017). Oddelek 7: Henryjev zakon. Pridobljeno 10. maja 2018 z: Learner.org
6. Monica Gonzalez. (25. april 2011). Henryjev zakon. Pridobljeno 10. maja 2018 z: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (24. julij 2009). Potapljač. . Pridobljeno 10. maja 2018 z: flickr.com