Νόμος της Εξίσωσης Henry, Απόκλιση, Εφαρμογές

Το Ο νόμος του Χένρι διαπιστώνει ότι σε μια σταθερή θερμοκρασία, η ποσότητα του αερίου που διαλύεται σε ένα υγρό είναι άμεσα ανάλογη με τη μερική πίεση του στην επιφάνεια του υγρού.

Θεωρήθηκε το έτος 1803 από τον Άγγλο φυσικό και χημικό William Henry. Ο νόμος του μπορεί επίσης να ερμηνευτεί με αυτό τον τρόπο: αν αυξηθεί η πίεση στο υγρό, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του αερίου που διαλύεται σε αυτό.

Εδώ το αέριο θεωρείται ως η διαλυμένη ουσία του διαλύματος. Σε αντίθεση με τη στερεά διαλελυμένη ουσία, η θερμοκρασία έχει αρνητική επίδραση στη διαλυτότητα της. Έτσι, καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το αέριο τείνει να διαφεύγει ευκολότερα από το υγρό προς την επιφάνεια.

Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας παρέχει ενέργεια στα αέρια μόρια, τα οποία συγκρούονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν φυσαλίδες (κορυφή εικόνας). Στη συνέχεια, αυτές οι φυσαλίδες ξεπερνούν την εξωτερική πίεση και διαφεύγουν από το υγρό.

Εάν η εξωτερική πίεση είναι πολύ υψηλή και το υγρό παραμείνει δροσερό, οι φυσαλίδες θα διαλυτοποιηθούν και μόνο λίγα αέρια μόρια θα "στοιχειώσουν" την επιφάνεια.

Ευρετήριο

• 1 Εξίσωση του νόμου του Henry
• 2 Απόκλιση
• 3 Διαλυτότητα ενός αερίου στο υγρό
  • 3.1 Μη κορεσμένα
  • 3.2 Κορεσμένο
  • 3.3 Υπερδιαπερατό
• 4 Εφαρμογές
• 5 Παραδείγματα
• 6 Αναφορές 

Η εξίσωση του νόμου του Henry

Μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση:

P = K_H∙ C

Όπου P είναι η μερική πίεση του διαλυμένου αερίου, C είναι η συγκέντρωση του αερίου. και Κ_H είναι η σταθερά του Χένρι.

Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η μερική πίεση ενός αερίου είναι αυτή που ασκεί μεμονωμένα ένα είδος του υπολοίπου του συνολικού μείγματος αερίου. Και η συνολική πίεση δεν είναι περισσότερο από το άθροισμα όλων των μερικών πιέσεων (νόμος Dalton):

P_Σύνολο= Ρ₁ + P₂ + P₃+... + P_n

Ο αριθμός των αέριων ειδών που αποτελούν το μείγμα αντιπροσωπεύεται από n. Για παράδειγμα, εάν υπάρχουν υδρατμοί και CO στην επιφάνεια ενός υγρού₂, n είναι ίσο με 2.

Απόκλιση

Για αέρια ελάχιστα διαλυτά σε υγρά, το διάλυμα προσεγγίζει ιδανικά τη νομοθεσία του Henry για τη διαλυμένη ουσία.

Ωστόσο, όταν η πίεση είναι υψηλή, εμφανίζεται μια απόκλιση από τον Henry, επειδή η λύση σταματά να συμπεριφέρεται ως ιδανική λύση.

Τι σημαίνει αυτό; Ότι οι αλληλεπιδράσεις διαλελυμένης ουσίας-διαλελυμένης ουσίας και διαλύτη-διαλύτη αρχίζουν να έχουν τα δικά τους αποτελέσματα. Όταν το διάλυμα είναι πολύ αραιωμένο, τα μόρια του αερίου "περιβάλλονται" αποκλειστικά από διαλύτη, περιφρονώντας τις πιθανές συναντήσεις μεταξύ τους.

Επομένως, όταν η λύση σταματά να διαλύεται ιδανικά, παρατηρείται η απώλεια της γραμμικής συμπεριφοράς στο διάγραμμα Ρ_i vs Χ_i.

Συμπερασματικά, αυτή η πτυχή: Ο νόμος του Henry καθορίζει την τάση ατμών μιας διαλελυμένης ουσίας σε ένα ιδανικό αραιό διάλυμα. Ενώ για το διαλυτή, ο νόμος του Raoult ισχύει:

P_Α = Χ_Α∙ P_Α^*

Διαλυτότητα ενός αερίου στο υγρό

Όταν ένα αέριο είναι καλά διαλυμένο σε ένα υγρό, όπως η ζάχαρη στο νερό, δεν μπορεί να διακριθεί από το περιβάλλον, σχηματίζοντας έτσι μια ομοιογενή λύση. Με άλλα λόγια: δεν παρατηρούνται φυσαλίδες στο υγρό (ή κρυστάλλους ζάχαρης).

Ωστόσο, η αποτελεσματική διαλυτοποίηση αέριων μορίων εξαρτάται από ορισμένες μεταβλητές όπως: η θερμοκρασία του υγρού, η πίεση που την επηρεάζει και η χημική φύση αυτών των μορίων σε σύγκριση με εκείνες του υγρού.

Αν η εξωτερική πίεση είναι πολύ υψηλή, αυξάνονται οι πιθανότητες διείσδυσης του αερίου στην επιφάνεια του υγρού. Και από την άλλη πλευρά, τα διαλυμένα αέρια μόρια είναι πιο δύσκολα να ξεπεραστούν οι πιέσεις που προκαλούνται από το να επιτύχουν διαφυγή προς τα έξω.

Εάν το σύστημα υγρού αερίου είναι υπό ανάδευση (όπως συμβαίνει στη θάλασσα και στις αντλίες αέρα μέσα στη δεξαμενή), προτιμάται η απορρόφηση του αερίου.

Και πώς η φύση του διαλύτη επηρεάζει την απορρόφηση ενός αερίου; Αν είναι πολική, όπως το νερό, θα δείξει συγγένεια για τις πολικές διαλυμένες ουσίες, δηλαδή για τα αέρια που έχουν μόνιμη διπολική στιγμή. Ενώ αν είναι μη πολικό, όπως υδρογονάνθρακες ή λίπη, θα προτιμά τα απολιτικά αέρια μόρια

Για παράδειγμα, η αμμωνία (ΝΗ₃) είναι ένα αέριο που είναι πολύ διαλυτό στο νερό λόγω αλληλεπιδράσεων με δεσμούς υδρογόνου. Ενώ αυτό το υδρογόνο (Η₂), του οποίου το μικρό μόριο είναι απομονωμένο, αλληλεπιδρά ασθενώς με το νερό.

Επίσης, ανάλογα με την κατάσταση της διαδικασίας απορρόφησης του αερίου στο υγρό, μπορούν να καθοριστούν οι ακόλουθες καταστάσεις:

Μη κορεσμένο

Το υγρό είναι ακόρεστο όταν είναι σε θέση να διαλύσει περισσότερο αέριο. Αυτό συμβαίνει επειδή η εξωτερική πίεση είναι μεγαλύτερη από την εσωτερική πίεση του υγρού.

Κορεσμένα

Το υγρό δημιουργεί ισορροπία στη διαλυτότητα του αερίου, πράγμα που σημαίνει ότι το αέριο διαφεύγει με την ίδια ταχύτητα με την οποία διεισδύει στο υγρό.

Μπορεί επίσης να φανεί ως εξής: αν τρία μόρια αερίων διαφεύγουν στον αέρα, τρία άλλα θα επιστρέψουν στο υγρό ταυτόχρονα.

Υπερκορεσμένο

Το υγρό είναι υπερκορεσμένο με αέριο όταν η εσωτερική του πίεση είναι υψηλότερη από την εξωτερική πίεση. Και πριν από μια ελάχιστη αλλαγή στο σύστημα, θα απελευθερώσει την περίσσεια διαλυμένου αερίου έως ότου αποκατασταθεί η ισορροπία.

Εφαρμογές

- Ο νόμος του Henry μπορεί να εφαρμοστεί για τον υπολογισμό της απορρόφησης αδρανών αερίων (άζωτο, ήλιο, αργό, κ.λπ.) σε διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος και ότι μαζί με τη θεωρία Haldane αποτελούν τη βάση των πινάκων αποσυμπίεση.

- Μια σημαντική εφαρμογή είναι ο κορεσμός του αερίου στο αίμα. Όταν το αίμα είναι ακόρεστο, το αέριο διαλύεται σε αυτό, μέχρι να κορεστεί και να σταματήσει να διαλύεται περισσότερο. Μόλις συμβεί αυτό, το διαλυμένο αέριο στο αίμα πηγαίνει στον αέρα.

- Η αεριοποίηση αναψυκτικών αποτελεί παράδειγμα του νόμου του Χένρι. Τα αναψυκτικά έχουν CO₂ διαλύονται υπό υψηλές πιέσεις, διατηρώντας έτσι κάθε ένα από τα συνδυασμένα συστατικά που το αποτελούν. και επίσης, διατηρεί τη χαρακτηριστική γεύση για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Όταν η φιάλη σόδας είναι ακάλυπτη, η πίεση στο υγρό μειώνεται, απελευθερώνοντας την πίεση στο σημείο.

Επειδή η πίεση στο υγρό είναι τώρα χαμηλότερη, η διαλυτότητα του CO₂ κατεβαίνει και διαφεύγει στην ατμόσφαιρα (μπορεί να παρατηρηθεί στην άνοδο των φυσαλίδων από κάτω).

- Καθώς ο δύτης κατέρχεται σε μεγαλύτερα βάθη, το εισπνεόμενο άζωτο δεν μπορεί να ξεφύγει επειδή η εξωτερική πίεση τον εμποδίζει, διαλύοντας στο αίμα του ατόμου.

Όταν ο δύτης ανεβαίνει γρήγορα στην επιφάνεια, όπου η εξωτερική πίεση μειώνεται, το άζωτο αρχίζει να αναβλύζει στο αίμα.

Αυτό προκαλεί αυτό που είναι γνωστό ως δυσφορία συμπίεσης. Για το λόγο αυτό, οι δύτες πρέπει να ανεβαίνουν αργά, έτσι ώστε το άζωτο να διαφεύγει πιο αργά από το αίμα.

- Μελέτη των επιπτώσεων της μείωσης του μοριακού οξυγόνου (Ο₂) διαλυμένο στο αίμα και τους ιστούς των ορεινών ορειβατών ή των ασκούντων δραστηριότητες που συνεπάγονται παρατεταμένη παραμονή σε μεγάλα υψόμετρα, καθώς και στους κατοίκους σε σχετικά ψηλά μέρη.

- Έρευνα και βελτίωση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την αποφυγή φυσικών καταστροφών που μπορεί να προκληθούν από την παρουσία διαλυμένων αερίων σε τεράστιες ποσότητες νερού που μπορούν να απελευθερωθούν βίαια.

Παραδείγματα

Ο νόμος του Χένρι ισχύει μόνο όταν τα μόρια βρίσκονται σε ισορροπία. Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα:

- Στο διάλυμα οξυγόνου (Ο₂) στην κυκλοφορία του αίματος αυτό το μόριο θεωρείται ελάχιστα διαλυτό στο νερό, αν και η διαλυτότητα του αυξάνεται σημαντικά λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε αιμοσφαιρίνη σε αυτό. Έτσι, κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης μπορεί να δεσμευτεί σε τέσσερα μόρια οξυγόνου που απελευθερώνονται στους ιστούς που χρησιμοποιούνται στον μεταβολισμό.

- Το 1986 υπήρχε ένα πυκνό σύννεφο διοξειδίου του άνθρακα που εκδιώχθηκε ξαφνικά από τη λίμνη Nyos (που βρίσκεται στο Καμερούν), ασφυκτιώνοντας περίπου 1.700 ανθρώπους και ένα μεγάλο αριθμό ζώων, πράγμα που εξηγείται από αυτόν τον νόμο.

- Η διαλυτότητα που ένα συγκεκριμένο αέριο εκδηλώνεται σε ένα υγρό είδος συνήθως αυξάνεται καθώς αυξάνεται η πίεση αερίου, αν και σε ορισμένες υψηλές πιέσεις υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις, όπως μόρια αζώτου (N₂).

- Ο νόμος του Henry δεν εφαρμόζεται όταν υπάρχει χημική αντίδραση μεταξύ της ουσίας που δρα ως διαλυτής ουσίας και της ουσίας που δρα ως διαλύτης. Αυτή είναι η περίπτωση των ηλεκτρολυτών, όπως το υδροχλωρικό οξύ (HCl).

Αναφορές

1. Crockford, Η.ϋ., Knight Samuel Β. (1974). Βασικές αρχές φυσικοχημείας. (6η έκδ.). Editorial C.E.C.S.A., Μεξικό. Ρ 111-119.
2. Οι συντάκτες της Encyclopaedia Britannica. (2018). Ο νόμος του Χένρι. Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018, από: britannica.com
3. Το Byju (2018). Τι είναι ο νόμος του Χένρι; Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018, από: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Ο νόμος του Χένρι Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018, από: leisurepro.com
5. Ίδρυμα Annenberg. (2017). Τμήμα 7: Νόμος του Χένρι. Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018 από: learner.org
6. Μόνικα Γκονζάλες (25 Απριλίου 2011). Ο νόμος του Χένρι. Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018, από: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles (24 Ιουλίου 2009). Diver [Εικόνα] Ανακτήθηκε στις 10 Μαΐου 2018, από: flickr.com