ЗАКОН ГЕНРІ: РІВНЯННЯ, ВІДХИЛЕННЯ, ДОДАТКИ - ХІМІЯ - 2025

Закон Генрі говорить, що при постійній температурі кількість розчиненого газу в рідині прямо пропорційна його частковому тиску на поверхню рідини.

Це було постульовано в 1803 році англійським фізиком і хіміком Вільямом Генрі. Його закон можна також трактувати таким чином: якщо тиск на рідину збільшиться, тим більшою буде кількість розчиненого в ній газу.

Тут газ розглядається як розчинник розчину. На відміну від твердого розчиненого речовини температура негативно впливає на його розчинність. Таким чином, у міру підвищення температури газ має тенденцію легше виходити з рідини на поверхню.

Це пов’язано з тим, що підвищення температури сприяє енергії газоподібних молекул, які стикаються між собою, утворюючи бульбашки (верхнє зображення). Ці бульбашки потім долають зовнішній тиск і виходять із пазухи рідини.

Якщо зовнішній тиск дуже високий, а рідина залишається холодною, бульбашки розчиниться і лише кілька газоподібних молекул «зависнуть» на поверхні.

Закон рівня Генрі

Його можна виразити наступним рівнянням:

P = K _H ∙ C

Де P - парціальний тиск розчиненого газу; C - концентрація газу; а K _H - константа Генрі.

Необхідно розуміти, що парціальний тиск газу - це тиск, який надається окремо видом решти загальної газової суміші. А загальний тиск - це не що інше, як сума всіх парціальних тисків (Закон Далтона):

P _Всього = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Кількість газоподібних видів, що складають суміш, представлена ​​n. Наприклад, якщо на поверхні рідини є водяна пара і CO ₂ , n дорівнює 2.

Відхилення

Для газів, що погано розчиняються в рідинах, розчин близький до ідеального, відповідає закону Генрі щодо розчинника.

Однак, коли тиск високий, щодо Генрі спостерігається відхилення, оскільки розчин перестає поводитися як ідеальний розріджений.

Що це означає? Взаємодія розчинних речовин та розчинників-розчинників починають мати свої наслідки. Коли розчин дуже розбавлений, молекули газу «виключно» оточені розчинником, нехтуючи можливими зустрічами між собою.

Тому, коли розчин вже не ідеально розведений, втрата лінійної поведінки спостерігається на графіку P _i vs X _i .

На закінчення до цього аспекту: закон Генрі визначає тиск пари розчиненого речовини в ідеальному розведеному розчині. У той час як для розчинника застосовується закон Рауля:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Розчинність газу в рідині

Коли газ добре розчиняється в рідині, наприклад цукрі у воді, його не можна відрізнити від навколишнього середовища, утворюючи таким чином однорідний розчин. Іншими словами: в рідині (або цукрових кристалах) не спостерігається бульбашок.

Однак ефективне розчинення газоподібних молекул залежить від деяких змінних, таких як: температура рідини, тиск, який впливає на неї, та хімічна природа цих молекул порівняно з рідиною.

Якщо зовнішній тиск дуже високий, шанси потрапляння газу на поверхню рідини збільшуються. А з іншого боку, розчинені газоподібні молекули важче подолати падаючий тиск, щоб вийти назовні.

Якщо рідинно-газова система перебуває у стані збудження (як у морі та у повітряних насосах всередині резервуару для риби), сприятливому поглинанню газу є сприятливе.

І як природа розчинника впливає на поглинання газу? Якщо це полярне, як вода, воно виявить спорідненість до полярних розчинників, тобто до тих газів, які мають постійний дипольний момент. Якщо, якщо він є аполярним, наприклад вуглеводнями або жирами, він віддасть перевагу неполярним газоподібним молекулам

Наприклад, аміак (NH ₃ ) є дуже розчинним газом у воді завдяки взаємодії зв'язків водню. У той час як водень (H ₂ ), маленька молекула якого є топольним, слабко взаємодіє з водою.

Також, залежно від стану процесу поглинання газу в рідині, в них можна встановити такі стани:

Ненасичені

Рідина є ненасиченою, коли вона здатна розчиняти більше газу. Це тому, що зовнішній тиск більший, ніж внутрішній тиск рідини.

Насичений

Рідина встановлює рівновагу в розчинності газу, а це означає, що газ виходить із тією ж швидкістю, що і при надходженні в рідину.

Це також можна побачити так: якщо три газоподібні молекули втечуть у повітря, ще три одночасно повернуться до рідини.

Перенасичені

Рідина перенасичена газом, коли її внутрішній тиск вище, ніж зовнішній тиск. І, при мінімальній зміні системи, вона виділить надлишки розчиненого газу до відновлення рівноваги.

Програми

- Закон Генрі може бути застосований для обчислення поглинання інертних газів (азоту, гелію, аргону тощо) в різних тканинах людського організму, і що разом з теорією Гелдена лежать в основі таблиць декомпресія.

- Важливим застосуванням є насичення газу в крові. Коли кров ненасичена, газ розчиняється в ній до тих пір, поки вона не стане насиченою і перестає розчинятися більше. Як тільки це станеться, розчин розчиненого в крові газу переходить у повітря.

- Газифікація безалкогольних напоїв - приклад застосованого закону Генрі. Безалкогольні напої розчиняють CO ₂ під високим тиском, таким чином підтримуючи кожен з комбінованих компонентів, що входять до його складу; і крім того, він зберігає характерний аромат набагато довше.

Коли пляшка соди не закривається, тиск на рідину зменшується, миттєво звільняючи тиск.

Оскільки тиск на рідину зараз нижчий, розчинність CO ₂ падає, і він витікає у навколишнє середовище (це можна помітити при підйомі бульбашок знизу).

- Коли водолаз спускається на більшу глибину, вдиханий азот не може вийти, оскільки зовнішній тиск перешкоджає цьому, розчиняючись у крові людини.

Коли водолаз швидко піднімається на поверхню, де зовнішній тиск знову падає, азот починає бурбати в кров.

Це призводить до того, що називають декомпресійною хворобою. Саме з цієї причини від водолазів потрібно повільно підніматися, щоб азот повільніше виходив з крові.

- Вивчення ефектів зниження молекулярного кисню (O ₂ ), розчиненого в крові та тканинах альпіністів або практикуючих заходів, що передбачають тривале перебування на великих висотах, а також у мешканців досить високих місць.

- Дослідження та вдосконалення методів, що застосовуються для уникнення стихійних лих, які можуть бути спричинені наявністю газів, розчинених у величезних водоймах, які можуть викидатися насильно.

Приклади

Закон Генрі застосовується лише тоді, коли молекули знаходяться в рівновазі. Ось кілька прикладів:

- При розчиненні кисню (O ₂ ) у рідині крові ця молекула вважається погано розчинною у воді, хоча її розчинність значно збільшується через високий вміст у ній гемоглобіну. Таким чином, кожна молекула гемоглобіну може зв'язуватися з чотирма молекулами кисню, які вивільняються в тканинах для використання в обміні речовин.

- У 1986 році було зареєстровано густу хмару вуглекислого газу, яку раптово було вигнано з озера Ніос (розташоване в Камеруні), задихнувшись приблизно 1700 людей та великої кількості тварин, що було пояснено цим законом.

- Розчинність, яку даний газ проявляє у рідкому виді, як правило, збільшується в міру збільшення тиску зазначеного газу, хоча при високих тисках є певні винятки, такі як молекули азоту (N ₂ ).

- Закон Генрі не застосовується, коли існує хімічна реакція між речовиною, яка діє як розчинник, і тією, що діє як розчинник; такий має місце електроліти, такі як соляна кислота (HCl).

Список літератури

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Основи фізикохімії. (6-е видання). Редакція CECSA, Мексика. Р 111-119.
2. Редактори Encyclopaedia Britannica. (2018). Закон Генрі. Отримано 10 травня 2018 року з: britannica.com
3. Б'юджу. (2018). Що таке закон Генрі ?. Отримано 10 травня 2018 року з: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Закон Генрі Отримано 10 травня 2018 року з: slobodnopro.com
5. Фонд Анненберг. (2017). Розділ 7: Закон Генріха. Отримано 10 травня 2018 року з: learnner.org
6. Моніка Гонсалес. (25 квітня 2011 р.). Закон Генрі. Отримано 10 травня 2018 року з: quimica.laguia2000.com
7. Ян Майлз. (24 липня 2009 р.). Водолаз. . Отримано 10 травня 2018 року з: flickr.com