- Henryho rovnica zákona
- odchýlka
- Rozpustnosť plynu v kvapaline
- nenasýtené
- nasýtený
- presýtený
- aplikácia
- Príklady
- Referencie
Podľa Henryho zákona je množstvo rozpusteného plynu v kvapaline pri konštantnej teplote priamo úmerné jeho čiastočnému tlaku na povrchu kvapaliny.
Postuloval ju v roku 1803 anglický fyzik a chemik William Henry. Jeho zákon možno interpretovať aj týmto spôsobom: ak sa zvýši tlak na kvapalinu, tým väčšie bude množstvo plynu v nej rozpustené.
Tu sa plyn považuje za solut roztoku. Na rozdiel od tuhej látky má teplota negatívny vplyv na jej rozpustnosť. Tak, ako sa teplota zvyšuje, plyn má tendenciu ľahšie unikať z kvapaliny smerom k povrchu.
Je to spôsobené skutočnosťou, že zvýšenie teploty prispieva energii k plynným molekulám, ktoré sa navzájom zrážajú a vytvárajú bubliny (horný obrázok). Tieto bubliny potom prekonávajú vonkajší tlak a unikajú zo sínusu kvapaliny.
Ak je vonkajší tlak veľmi vysoký a tekutina je udržiavaná v chlade, bubliny sa rozpustia a iba niekoľko plynných molekúl sa „vznáša“ na povrchu.
Henryho rovnica zákona
Dá sa vyjadriť pomocou nasledujúcej rovnice:
P = K H ∙ C
Kde P je parciálny tlak rozpusteného plynu; C je koncentrácia plynu; a K H je Henryho konštanty.
Je potrebné pochopiť, že parciálny tlak plynu je taký, ktorý vyvíja jednotlivo druh zvyšku celej zmesi plynov. A celkový tlak nie je nič iné ako súčet všetkých čiastkových tlakov (Daltonov zákon):
P Spolu = P 1 + P 2 + P 3 + … + P n
Počet plynných druhov, ktoré tvoria zmes, predstavuje n. Napríklad, v prípade, že je vodná para a CO 2 na povrchu kvapaliny , n je rovné 2.
odchýlka
V prípade plynov ťažko rozpustných v tekutinách je roztok takmer ideálny, čo je v súlade s Henryho zákonom o rozpustených látkach.
Keď je však tlak vysoký, existuje odchýlka od Henryho, pretože roztok sa prestane správať ako ideálne riedenie.
Čo to znamená? Tieto interakcie solut-solut a solut-rozpúšťadlo začínajú mať svoje vlastné účinky. Ak je roztok veľmi zriedený, molekuly plynu sú „výlučne“ obklopené rozpúšťadlom a zanedbávajú možné vzájomné stretnutia.
Preto, keď už roztok nie je ideálne zriedený, je strata lineárneho správania pozorovaná v grafe P i vs X i .
Na záver tohto aspektu: Henryho zákon určuje tlak pary rozpustenej látky v ideálnom zriedenom roztoku. Pokiaľ ide o rozpúšťadlo, uplatňujú sa Raoultove zákony:
P A = X A ∙ P A *
Rozpustnosť plynu v kvapaline
Ak je plyn dobre rozpustený v kvapaline, ako je cukor vo vode, nedá sa odlíšiť od prostredia, čím sa vytvorí homogénny roztok. Inými slovami: v tekutine (alebo v kryštáloch cukru) sa nepozorujú žiadne bubliny.
Účinná solvatácia plynných molekúl však závisí od niektorých premenných, ako sú: teplota kvapaliny, tlak, ktorý ju ovplyvňuje, a chemická povaha týchto molekúl v porovnaní s teplotou kvapaliny.
Ak je vonkajší tlak veľmi vysoký, zvyšuje sa pravdepodobnosť, že plyn prenikne na povrch kvapaliny. Na druhej strane je pre rozpustené plynné molekuly ťažšie prekonať dopadajúci tlak a uniknúť von.
Ak je systém kvapalina-plyn miešaný (napríklad v mori a vo vzduchových čerpadlách v nádrži na ryby), absorpcia plynu sa uprednostňuje.
A ako ovplyvňuje povaha rozpúšťadla absorpciu plynu? Ak je to polárne, ako voda, bude vykazovať afinitu k polárnym solutom, to znamená pre plyny, ktoré majú trvalý dipólový moment. Zatiaľ čo ak je nepolárny, ako sú uhľovodíky alebo tuky, uprednostní sa nepolárne plynné molekuly
Napríklad, amoniak (NH 3 ), je veľmi rozpustný vo vode, plyn v dôsledku vodíkovej väzby interakcií. Kým vodíka (H 2 ), ktorého malá molekula je nepolárne, interaguje slabo s vodou.
V závislosti od stavu procesu absorpcie plynu v kvapaline môžu byť v nich tiež stanovené nasledujúce stavy:
nenasýtené
Kvapalina je nenasýtená, keď je schopná rozpustiť viac plynu. Je to tak preto, že vonkajší tlak je väčší ako vnútorný tlak kvapaliny.
nasýtený
Kvapalina vytvára rovnováhu v rozpustnosti plynu, čo znamená, že plyn uniká rovnakou rýchlosťou ako vstupuje do kvapaliny.
Možno to tiež vidieť takto: ak tri plynné molekuly uniknú do vzduchu, ďalšie tri sa vrátia do kvapaliny súčasne.
presýtený
Kvapalina je presýtená plynom, keď je vnútorný tlak vyšší ako vonkajší tlak. A s minimálnou zmenou systému uvoľní prebytok rozpusteného plynu, kým sa rovnováha neobnoví.
aplikácia
- Henryho zákon možno uplatniť na výpočet absorpcie inertných plynov (dusík, hélium, argón atď.) V rôznych tkanivách ľudského tela, ktoré spolu s Haldanovou teóriou tvoria základ tabuliek dekompresie.
- Dôležitou aplikáciou je saturácia plynu v krvi. Keď je krv nenasýtená, plyn sa v nej rozpustí, až kým sa nenasýti a viac sa nerozpustí. Akonáhle sa to stane, plyn rozpustený v krvi prechádza do vzduchu.
- Splyňovanie nealkoholických nápojov je príkladom uplatňovaného Henryho zákona. Nealkoholické nápoje majú CO 2 rozpustený pod vysokým tlakom, čím sa zachovávajú všetky kombinované zložky, z ktorých sa skladá; a navyše si zachováva charakteristickú príchuť oveľa dlhšie.
Keď fľaša na sódu nie je uzavretá, tlak na hornej časti kvapaliny klesá a tlak sa okamžite uvoľní.
Pretože sa tlak na kvapalinu, je menšia, rozpustnosť CO 2 kvapiek a unikne do životného prostredia (si možno všimnúť vo vzostupe bublín z dna).
- Keď potápač zostupuje do väčších hĺbok, vdýchnutý dusík nemôže uniknúť, pretože mu to zabraňuje vonkajší tlak a rozpúšťa sa v krvi jednotlivca.
Keď potápač rýchlo stúpa na povrch, kde vonkajší tlak opäť klesá, do krvi začne bubnať dusík.
To spôsobuje to, čo sa nazýva dekompresná choroba. Z tohto dôvodu sú potápači povinní stúpať pomaly, takže dusík uniká pomalšie z krvi.
- Štúdium účinkov poklesu molekulárneho kyslíka (O 2 ) rozpusteného v krvi a tkanivách horolezcov alebo praktizujúcich aktivít, ktoré zahŕňajú dlhodobý pobyt vo vysokých nadmorských výškach, ako aj na obyvateľov pomerne vysokých miest.
- Výskum a zlepšenie metód používaných na predchádzanie prírodným katastrofám, ktoré môžu byť spôsobené prítomnosťou plynov rozpustených v obrovských vodách, ktoré sa môžu prudko uvoľniť.
Príklady
Henryho zákon platí iba vtedy, keď sú molekuly v rovnováhe. Tu je niekoľko príkladov:
- Pri rozpúšťaní kyslíka (O 2 ) v krvnej tekutine sa táto molekula považuje za slabo rozpustnú vo vode, hoci jej rozpustnosť sa značne zvyšuje v dôsledku vysokého obsahu hemoglobínu v nej. Každá molekula hemoglobínu sa teda môže viazať na štyri molekuly kyslíka, ktoré sa uvoľňujú v tkanivách a ktoré sa používajú v metabolizme.
- V roku 1986 sa z jazera Nyos (nachádzajúceho sa v Kamerune) náhle vypudil hustý oblak oxidu uhličitého, ktorý udusil približne 1700 ľudí a veľké množstvo zvierat, čo vysvetlil tento zákon.
- rozpustnosť, že daný plyn prejavuje v kvapaline druhu má tendenciu sa zvyšovať ako tlaku uvedeného plynu rastie, aj keď pri vysokých tlakoch sú určité výnimky, ako napríklad molekuly dusíka (N 2 ).
- Henryho zákon sa neuplatňuje, ak existuje chemická reakcia medzi látkou, ktorá pôsobí ako solut, a látkou, ktorá pôsobí ako rozpúšťadlo; to je prípad elektrolytov, ako je kyselina chlorovodíková (HCl).
Referencie
- Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Základy fyzikálnochemie. (6. vydanie). Editorial CECSA, Mexico. P 111-119.
- Redaktori Encyklopédie Britannica. (2018). Henryho zákon. Zdroj: 10. mája 2018, z: britannica.com
- Byju je. (2018). Čo je Henryho zákon? Načítané 10. mája 2018, z: byjus.com
- Leisurepro & Aquaviews. (2018). Henryho zákon Záznam z 10. mája 2018, z: leisurepro.com
- Nadácia Annenberg. (2017). Oddiel 7: Henryho zákon. Zdroj: 10. mája 2018, z: Learner.org
- Monica Gonzalez. (25. apríla 2011). Henryho zákon. Našiel sa 10. mája 2018 z: quimica.laguia2000.com
- Ian Myles. (24. júla 2009). Potápač. , Našiel sa 10. mája 2018 z: flickr.com