- Henry's Law Equation
- Abweichung
- Löslichkeit eines Gases in der Flüssigkeit
- Ungesättigt
- Gesättigt
- Übersättigt
- Anwendungen
- Beispiele
- Verweise
Das Henry - Gesetz besagt, dass bei konstanter Temperatur die Menge an gelöstem Gas in einer Flüssigkeit direkt proportional zu ihrem Partialdruck auf der Oberfläche der Flüssigkeit ist.
Es wurde 1803 vom englischen Physiker und Chemiker William Henry postuliert. Sein Gesetz kann auch so interpretiert werden: Wenn der Druck auf die Flüssigkeit erhöht wird, ist die Menge des darin gelösten Gases umso größer.
Hier wird das Gas als gelöster Stoff der Lösung betrachtet. Im Gegensatz zu festen gelösten Stoffen wirkt sich die Temperatur negativ auf die Löslichkeit aus. Mit zunehmender Temperatur neigt das Gas daher dazu, leichter aus der Flüssigkeit zur Oberfläche zu entweichen.
Dies liegt daran, dass der Temperaturanstieg Energie zu den gasförmigen Molekülen beiträgt, die miteinander kollidieren und Blasen bilden (oberes Bild). Diese Blasen überwinden dann den äußeren Druck und entweichen aus dem Sinus der Flüssigkeit.
Wenn der Außendruck sehr hoch ist und die Flüssigkeit kalt gehalten wird, lösen sich die Blasen auf und nur wenige gasförmige Moleküle "schweben" auf der Oberfläche.
Henry's Law Equation
Es kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
P = K H ∙ C.
Wobei P der Partialdruck des gelösten Gases ist; C ist die Gaskonzentration; und K H ist Henrys Konstante.
Es ist notwendig zu verstehen, dass der Partialdruck eines Gases derjenige ist, der individuell von einer Spezies des Restes des gesamten Gasgemisches ausgeübt wird. Und der Gesamtdruck ist nichts anderes als die Summe aller Partialdrücke (Daltonsches Gesetz):
P Gesamt = P 1 + P 2 + P 3 +… + P n
Die Anzahl der gasförmigen Spezies, aus denen die Mischung besteht, wird durch n dargestellt. Befindet sich beispielsweise Wasserdampf und CO 2 auf der Oberfläche einer Flüssigkeit , ist n gleich 2.
Abweichung
Für in Flüssigkeiten schwer lösliche Gase ist die Lösung nahezu ideal und entspricht dem Henryschen Gesetz für den gelösten Stoff.
Wenn der Druck jedoch hoch ist, gibt es eine Abweichung in Bezug auf Henry, da sich die Lösung nicht mehr wie eine ideale Verdünnung verhält.
Was heißt das? Diese Wechselwirkungen zwischen gelösten Stoffen und gelösten Stoffen beginnen ihre eigenen Wirkungen zu haben. Wenn die Lösung sehr verdünnt ist, sind die Gasmoleküle „ausschließlich“ von Lösungsmittel umgeben, wobei mögliche Begegnungen untereinander vernachlässigt werden.
Wenn die Lösung nicht mehr ideal verdünnt ist, wird daher der Verlust des linearen Verhaltens in der Grafik P i gegen X i beobachtet .
Fazit zu diesem Aspekt: Das Henry-Gesetz bestimmt den Dampfdruck eines gelösten Stoffes in einer idealen verdünnten Lösung. Während für das Lösungsmittel gilt das Gesetz von Raoult:
P A = X A ∙ P A *
Löslichkeit eines Gases in der Flüssigkeit
Wenn ein Gas in einer Flüssigkeit wie Zucker in Wasser gut gelöst ist, kann es nicht von der Umgebung unterschieden werden, wodurch eine homogene Lösung entsteht. Mit anderen Worten: In der Flüssigkeit (oder in den Zuckerkristallen) werden keine Blasen beobachtet.
Die effiziente Solvatisierung gasförmiger Moleküle hängt jedoch von einigen Variablen ab, wie z. B.: Der Temperatur der Flüssigkeit, dem Druck, der sie beeinflusst, und der chemischen Natur dieser Moleküle im Vergleich zu denen der Flüssigkeit.
Wenn der Außendruck sehr hoch ist, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Gas in die Flüssigkeitsoberfläche eindringt. Andererseits fällt es gelösten gasförmigen Molekülen schwerer, den einfallenden Druck zu überwinden, um nach außen zu entweichen.
Wenn das Flüssiggassystem bewegt wird (wie im Meer und in den Luftpumpen im Aquarium), wird die Absorption von Gas bevorzugt.
Und wie wirkt sich die Art des Lösungsmittels auf die Absorption eines Gases aus? Wenn dies wie Wasser polar ist, zeigt es eine Affinität zu polaren gelösten Stoffen, dh zu Gasen, die ein permanentes Dipolmoment haben. Wenn es dagegen unpolar ist, wie Kohlenwasserstoffe oder Fette, bevorzugt es unpolare gasförmige Moleküle
Beispielsweise ist Ammoniak (NH 3 ) aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen ein in Wasser sehr lösliches Gas. Während Wasserstoff (H 2 ), dessen kleines Molekül unpolar ist, schwach mit Wasser interagiert.
Abhängig vom Zustand des Gasabsorptionsprozesses in der Flüssigkeit können auch die folgenden Zustände in ihnen hergestellt werden:
Ungesättigt
Die Flüssigkeit ist ungesättigt, wenn sie mehr Gas lösen kann. Dies liegt daran, dass der Außendruck größer ist als der Innendruck der Flüssigkeit.
Gesättigt
Die Flüssigkeit stellt ein Gleichgewicht in der Löslichkeit des Gases her, was bedeutet, dass das Gas mit der gleichen Geschwindigkeit entweicht, mit der es in die Flüssigkeit eintritt.
Es kann auch wie folgt gesehen werden: Wenn drei gasförmige Moleküle in die Luft entweichen, kehren drei weitere gleichzeitig in die Flüssigkeit zurück.
Übersättigt
Die Flüssigkeit ist mit Gas übersättigt, wenn ihr Innendruck höher als der Außendruck ist. Und mit einer minimalen Änderung im System wird überschüssiges gelöstes Gas freigesetzt, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.
Anwendungen
- Das Henry-Gesetz kann angewendet werden, um die Absorption von Inertgasen (Stickstoff, Helium, Argon usw.) in den verschiedenen Geweben des menschlichen Körpers zu berechnen, und diese bilden zusammen mit Haldanes Theorie die Grundlage der Tabellen Dekompression.
- Eine wichtige Anwendung ist die Sättigung des Gases im Blut. Wenn das Blut ungesättigt ist, löst sich das Gas darin auf, bis es gesättigt wird und sich nicht mehr weiter auflöst. Sobald dies geschieht, gelangt das im Blut gelöste Gas in die Luft.
- Die Vergasung von Erfrischungsgetränken ist ein Beispiel für das angewandte Henry-Gesetz. Bei Erfrischungsgetränken wird CO 2 unter hohem Druck gelöst, wodurch jede der kombinierten Komponenten, aus denen es besteht, erhalten bleibt. und außerdem behält es den charakteristischen Geschmack viel länger bei.
Wenn die Soda-Flasche nicht verschlossen ist, nimmt der Druck auf der Flüssigkeit ab und der Druck wird sofort abgelassen.
Da der Druck auf die Flüssigkeit jetzt geringer ist, sinkt die Löslichkeit von CO 2 und es entweicht in die Umgebung (dies kann am Aufsteigen der Blasen von unten bemerkt werden).
- Wenn ein Taucher in größere Tiefen hinabsteigt, kann der eingeatmete Stickstoff nicht entweichen, da der äußere Druck dies verhindert und sich im Blut des Individuums auflöst.
Wenn der Taucher schnell an die Oberfläche steigt, wo der Außendruck wieder abfällt, beginnt Stickstoff ins Blut zu sprudeln.
Dies führt zu einer sogenannten Dekompressionskrankheit. Aus diesem Grund müssen Taucher langsam aufsteigen, damit Stickstoff langsamer aus dem Blut entweicht.
- Untersuchung der Auswirkungen der Abnahme des molekularen Sauerstoffs (O 2 ), der sich im Blut und im Gewebe von Bergsteigern oder Praktikern von Aktivitäten mit längerem Aufenthalt in großen Höhen sowie bei Bewohnern relativ hoher Gebiete löst.
- Erforschung und Verbesserung der Methoden zur Vermeidung von Naturkatastrophen, die durch das Vorhandensein von Gasen verursacht werden können, die in riesigen Gewässern gelöst sind und gewaltsam freigesetzt werden können.
Beispiele
Das Henry-Gesetz gilt nur, wenn sich die Moleküle im Gleichgewicht befinden. Hier sind einige Beispiele:
- Bei der Auflösung von Sauerstoff (O 2 ) in der Blutflüssigkeit gilt dieses Molekül als wasserlöslich, obwohl seine Löslichkeit aufgrund des hohen Hämoglobingehalts erheblich zunimmt. Somit kann jedes Hämoglobinmolekül an vier Sauerstoffmoleküle binden, die in den Geweben freigesetzt werden, um im Stoffwechsel verwendet zu werden.
- 1986 wurde eine dicke Kohlendioxidwolke registriert, die plötzlich aus dem Nyos-See (in Kamerun) ausgestoßen wurde und ungefähr 1700 Menschen und eine große Anzahl von Tieren erstickte, was durch dieses Gesetz erklärt wurde.
- Die Löslichkeit, die ein bestimmtes Gas in einer flüssigen Spezies manifestiert, nimmt tendenziell zu, wenn der Druck des Gases zunimmt, obwohl es bei hohen Drücken bestimmte Ausnahmen gibt, wie z. B. Stickstoffmoleküle (N 2 ).
- Das Henry-Gesetz ist nicht anwendbar, wenn eine chemische Reaktion zwischen dem Stoff, der als gelöster Stoff wirkt, und dem Stoff, der als Lösungsmittel wirkt, vorliegt. Dies ist der Fall bei Elektrolyten wie Salzsäure (HCl).
Verweise
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