ЗАКОН ГЕНРИ: УРАВНЕНИЕ, ОТКЛОНЕНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

Закон Генри гласит, что при постоянной температуре количество растворенного газа в жидкости прямо пропорционально его парциальному давлению на поверхности жидкости.

Его постулировал в 1803 году английский физик и химик Уильям Генри. Его закон также можно интерпретировать таким образом: чем больше давление на жидкость, тем больше будет в ней растворенного газа.

Здесь газ рассматривается как растворенное вещество раствора. В отличие от твердого растворенного вещества, температура отрицательно влияет на его растворимость. Таким образом, при повышении температуры газ имеет тенденцию легче выходить из жидкости к поверхности.

Это связано с тем, что повышение температуры дает энергию газовым молекулам, которые сталкиваются друг с другом, образуя пузыри (верхнее изображение). Затем эти пузырьки преодолевают внешнее давление и выходят из пазухи жидкости.

Если внешнее давление очень высокое и жидкость остается холодной, пузырьки растворяются, и только несколько газообразных молекул будут «парить» на поверхности.

Уравнение закона Генри

Это можно выразить следующим уравнением:

P = K _H ∙ C

Где P - парциальное давление растворенного газа; C - концентрация газа; и K _H - постоянная Генри.

Необходимо понимать, что парциальное давление газа - это давление, оказываемое отдельными частями остальной газовой смеси. А полное давление - это не что иное, как сумма всех парциальных давлений (закон Дальтона):

P _Итого = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Количество газообразных компонентов, составляющих смесь, обозначается n. Например, если на поверхности жидкости есть водяной пар и CO ₂ , n равно 2.

Отклонение

Для газов, плохо растворимых в жидкостях, раствор близок к идеальному и соответствует закону Генри для растворенного вещества.

Однако при высоком давлении возникает отклонение по Генри, потому что раствор перестает вести себя как идеальный разбавленный.

Что это означает? Эти взаимодействия растворенное вещество-растворенное вещество и растворенное вещество-растворитель начинают иметь свои собственные эффекты. Когда раствор очень разбавлен, молекулы газа «исключительно» окружены растворителем, что не учитывает возможные столкновения между собой.

Следовательно, когда раствор больше не является идеально разбавленным, на графике P _i vs X _i наблюдается потеря линейности .

В заключение этого аспекта: закон Генри определяет давление пара растворенного вещества в идеальном разбавленном растворе. В то время как для растворителя применяется закон Рауля:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Растворимость газа в жидкости

Когда газ хорошо растворен в жидкости, такой как сахар в воде, его нельзя отличить от окружающей среды, образуя гомогенный раствор. Другими словами: пузырьков в жидкости (или кристаллов сахара) не наблюдается.

Однако эффективная сольватация газообразных молекул зависит от некоторых переменных, таких как: температура жидкости, давление, которое на нее влияет, и химическая природа этих молекул по сравнению с молекулами жидкости.

Если внешнее давление очень велико, вероятность проникновения газа через поверхность жидкости увеличивается. А с другой стороны, растворенным газообразным молекулам труднее преодолеть падающее давление и выйти наружу.

Если газожидкостная система находится в состоянии волнения (как в море и в воздушных насосах внутри аквариума), поглощение газа благоприятно.

И как природа растворителя влияет на поглощение газа? Если он полярный, как вода, он будет проявлять сродство к полярным растворенным веществам, то есть к тем газам, которые имеют постоянный дипольный момент. Если он неполярный, например углеводороды или жиры, он предпочтет неполярные газообразные молекулы.

Например, аммиак (NH ₃ ) - очень растворимый в воде газ из-за взаимодействия водородных связей. А водород (H ₂ ), малая молекула которого неполярна, слабо взаимодействует с водой.

Также в зависимости от состояния процесса поглощения газа в жидкости в них могут быть установлены следующие состояния:

ненасыщенный

Жидкость ненасыщенная, когда она способна растворять больше газа. Это потому, что внешнее давление больше, чем внутреннее давление жидкости.

насыщенный

Жидкость устанавливает равновесие в растворимости газа, что означает, что газ выходит с той же скоростью, что и входит в жидкость.

Это также можно увидеть следующим образом: если три молекулы газа вырвутся в воздух, еще три вернутся в жидкость одновременно.

пересыщенный

Жидкость перенасыщена газом, когда ее внутреннее давление выше внешнего давления. И при минимальных изменениях в системе он будет выделять избыточный растворенный газ до тех пор, пока не будет восстановлено равновесие.

Приложения

- Закон Генри может применяться для расчета поглощения инертных газов (азота, гелия, аргона и т. Д.) В различных тканях человеческого тела, которые вместе с теорией Холдейна составляют основу таблиц декомпрессия.

- Важное применение - насыщение газа в крови. Когда кровь ненасыщена, газ растворяется в ней, пока он не станет насыщенным и не перестанет растворяться. Как только это происходит, растворенный в крови газ переходит в воздух.

- Газификация безалкогольных напитков - пример применения закона Генри. Безалкогольные напитки содержат CO _2, растворенный под высоким давлением, таким образом сохраняя каждый из составляющих его компонентов; Кроме того, он намного дольше сохраняет характерный аромат.

Когда бутылка из-под газировки открыта, давление в верхней части жидкости уменьшается, мгновенно сбрасывая давление.

Поскольку давление на жидкость теперь ниже, растворимость CO ₂ падает, и он уходит в окружающую среду (это можно заметить по поднятию пузырьков снизу).

- Когда дайвер спускается на большую глубину, вдыхаемый азот не может выйти, потому что внешнее давление препятствует ему, растворяясь в крови человека.

Когда ныряльщик быстро поднимается на поверхность, где внешнее давление снова падает, азот начинает пузыриться в кровь.

Это вызывает так называемую декомпрессионную болезнь. Именно по этой причине дайверы должны подниматься медленно, чтобы азот более медленно выходил из крови.

- Изучение эффектов снижения растворенного в крови и тканях молекулярного кислорода (O ₂ ) у альпинистов или лиц, занимающихся деятельностью, предполагающей длительное пребывание на большой высоте, а также у жителей довольно высоких мест.

- Исследование и усовершенствование методов, используемых для предотвращения стихийных бедствий, которые могут быть вызваны присутствием газов, растворенных в огромных водоемах, которые могут выбрасываться с большой силой.

Примеры

Закон Генри применяется только тогда, когда молекулы находятся в равновесии. Вот некоторые примеры:

- При растворении кислорода (O ₂ ) в жидкости крови эта молекула считается плохо растворимой в воде, хотя ее растворимость значительно увеличивается из-за высокого содержания в ней гемоглобина. Таким образом, каждая молекула гемоглобина может связываться с четырьмя молекулами кислорода, которые высвобождаются в тканях для использования в метаболизме.

- В 1986 году появилось густое облако углекислого газа, которое внезапно вышло из озера Ниос (расположенного в Камеруне), задушив около 1700 человек и большое количество животных, что объяснялось этим законом.

- Растворимость, которую данный газ проявляет в жидких частицах, имеет тенденцию к увеличению по мере увеличения давления указанного газа, хотя при высоких давлениях есть определенные исключения, такие как молекулы азота (N ₂ ).

- Закон Генри неприменим, когда существует химическая реакция между веществом, которое действует как растворенное вещество, и тем, которое действует как растворитель; так обстоит дело с электролитами, такими как соляная кислота (HCl).

Ссылки

1. Крокфорд, HD, Рыцарь Сэмюэл Б. (1974). Основы физико-химии. (6-е изд.). Редакция CECSA, Мексика. С 111-119.
2. Редакция Британской энциклопедии. (2018). Закон Генри. Получено 10 мая 2018 г. с: britannica.com
3. Byju годов. (2018). Что такое закон Генри? Получено 10 мая 2018 г. с: byjus.com
4. Leisurepro и Aquaviews. (2018). Закон Генри. Получено 10 мая 2018 г. с сайта :isurepro.com.
5. Фонд Анненберга. (2017). Раздел 7: Закон Генри. Получено 10 мая 2018 г. с: Learner.org
6. Моника Гонсалес. (25 апреля 2011 г.). Закон Генри. Получено 10 мая 2018 г. с сайта quimica.laguia2000.com.
7. Ян Майлз. (24 июля 2009 г.). Diver. , Получено 10 мая 2018 г. с: flickr.com