LEGEA LUI HENRY: ECUAȚIE, ABATERE, APLICAȚII - CHIMIE - 2025

Legea lui Henry afirmă că la temperatura constantă, cantitatea de gaz dizolvat într-un lichid este direct proporțională cu presiunea parțială a acestuia pe suprafața lichidului.

A fost postulat în 1803 de fizicianul și chimistul englez William Henry. Legea lui poate fi interpretată și în acest fel: dacă presiunea asupra lichidului este crescută, cu atât va fi mai mare cantitatea de gaz dizolvată în acesta.

Aici, gazul este considerat ca soluția de soluție. Spre deosebire de solutul solid, temperatura are un efect negativ asupra solubilității sale. Astfel, pe măsură ce temperatura crește, gazul tinde să scape din lichid mai ușor spre suprafață.

Acest lucru se datorează faptului că creșterea temperaturii contribuie cu energie la moleculele gazoase, care se ciocnesc între ele pentru a forma bule (imaginea superioară). Aceste bule depășesc apoi presiunea externă și scapă de sinusul lichidului.

Dacă presiunea externă este foarte ridicată și lichidul este păstrat la rece, bulele se vor dizolva și doar câteva molecule gazoase vor „trece” pe suprafață.

Ecuația legii a lui Henry

Poate fi exprimată prin următoarea ecuație:

P = K _H ∙ C

În cazul în care P este presiunea parțială a gazului dizolvat; C este concentrația de gaz; iar K _H este constanta lui Henry.

Este necesar să înțelegem că presiunea parțială a unui gaz este cea exercitată individual de o specie din restul amestecului total de gaz. Iar presiunea totală nu este altceva decât suma tuturor presiunilor parțiale (Legea lui Dalton):

P _Total = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Numărul de specii gazoase care alcătuiesc amestecul este reprezentat de n. De exemplu, dacă pe suprafața unui lichid există vapori de apă și CO ₂ , n este egal cu 2.

Deviere

Pentru gazele slab solubile în lichide, soluția este aproape de ideală, respectând legea lui Henry pentru solut.

Cu toate acestea, când presiunea este ridicată, există o abatere față de Henry, deoarece soluția încetează să se comporte ca un diluat ideal.

Ce înseamnă? Că interacțiunile solut-solut și solut-solvent încep să aibă propriile efecte. Când soluția este foarte diluată, moleculele de gaz sunt „în exclusivitate” înconjurate de solvent, neglijând posibilele întâlniri între ele.

Prin urmare, atunci când soluția nu mai este diluată în mod ideal, se observă pierderea comportamentului liniar în graficul P _i vs X _i .

În concluzie cu acest aspect: legea lui Henry determină presiunea de vapori a unui solut într-o soluție ideală diluată. În timp ce pentru solvent, legea lui Raoult se aplică:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Solubilitatea unui gaz în lichid

Când un gaz este bine dizolvat într-un lichid, cum ar fi zahărul în apă, acesta nu poate fi deosebit de mediul înconjurător, formând astfel o soluție omogenă. Cu alte cuvinte: nu se observă bule în lichid (sau cristale de zahăr).

Cu toate acestea, solvarea eficientă a moleculelor gazoase depinde de unele variabile, cum ar fi: temperatura lichidului, presiunea care îl afectează și natura chimică a acestor molecule în comparație cu cele ale lichidului.

Dacă presiunea externă este foarte mare, șansele să pătrundă gazul pe suprafața lichidului sunt mari. Și pe de altă parte, moleculele gazoase dizolvate găsesc mai dificil să depășească presiunea incidentă pentru a scăpa spre exterior.

Dacă sistemul de gaz lichid este sub agitație (ca în mare și în pompele de aer din interiorul rezervorului de pește), absorbția gazelor este favorizată.

Și cum afectează natura solventului absorbția unui gaz? Dacă acesta este polar, ca și apa, va arăta afinitate pentru solutele polare, adică pentru acele gaze care au un moment dipol permanent. Întrucât, dacă este apolar, cum ar fi hidrocarburile sau grăsimile, va prefera moleculele gazoase apolare

De exemplu, amoniacul (NH ₃ ) este un gaz foarte solubil în apă datorită interacțiunilor de legătură cu hidrogen. In timp ce hidrogenul (H ₂ ), a căror moleculă mică este apolar, slab interactioneaza cu apa.

De asemenea, în funcție de starea procesului de absorbție a gazului în lichid, în ele pot fi stabilite următoarele stări:

Nesaturat

Lichidul este nesaturat atunci când este capabil să dizolve mai mult gaz. Aceasta deoarece presiunea externă este mai mare decât presiunea internă a lichidului.

saturate

Lichidul stabilește un echilibru în solubilitatea gazului, ceea ce înseamnă că gazul scapă în același ritm în care intră în lichid.

Poate fi văzut astfel: dacă trei molecule gazoase scapă în aer, alte trei se vor întoarce în lichid în același timp.

suprasaturată

Lichidul este suprasaturat cu gaz atunci când presiunea sa internă este mai mare decât presiunea externă. Și, cu o modificare minimă a sistemului, va elibera excesul de gaz dizolvat până la restabilirea echilibrului.

Aplicații

- Legea lui Henry poate fi aplicată pentru a calcula absorbția gazelor inerte (azot, heliu, argon etc.) în diferite țesuturi ale corpului uman și care împreună cu teoria lui Haldane stau la baza tabelelor decompresie.

- O aplicație importantă este saturația gazelor din sânge. Când sângele este nesaturat, gazul se dizolvă în el, până când se saturează și nu mai dizolvă mai mult. Odată ce se întâmplă acest lucru, gazul dizolvat în sânge trece în aer.

- Gazificarea băuturilor răcoritoare este un exemplu al legii aplicate de Henry. Băuturile răcoritoare au CO ₂ dizolvat la presiune ridicată, menținând astfel fiecare componentă combinată care o compune; și, în plus, păstrează aroma caracteristică mult mai mult.

Atunci când sticla de sodă este neîncetată, presiunea de deasupra lichidului scade, eliberând presiunea instantaneu.

Deoarece presiunea asupra lichidului este acum mai scăzută, solubilitatea CO ₂ scade și acesta scapă în mediu (se poate observa în creșterea bulelor de jos).

- Pe măsură ce un scafandru coboară la adâncimi mai mari, azotul inhalat nu poate scăpa, deoarece presiunea externă îl împiedică, dizolvându-se în sângele individului.

Când scafandrul se ridică rapid la suprafață, unde presiunea externă scade din nou, azotul începe să buleze în sânge.

Aceasta determină ceea ce este cunoscută sub numele de boală de decompresie. Din acest motiv, scafandrii trebuie să urce încet, astfel încât azotul să scape mai încet din sânge.

- Studiul efectelor scăderii oxigenului molecular (O ₂ ) dizolvat în sângele și țesuturile alpinistilor sau practicienilor activităților care implică o ședere prelungită la altitudini mari, precum și asupra locuitorilor din locuri destul de înalte.

- Cercetarea și îmbunătățirea metodelor utilizate pentru a evita catastrofele naturale care pot fi cauzate de prezența gazelor dizolvate în corpuri uriașe de apă care pot fi eliberate violent.

Exemple

Legea lui Henry se aplică numai atunci când moleculele sunt în echilibru. Aici sunt cateva exemple:

- În dizolvarea oxigenului (O ₂ ) în fluidul sanguin, această moleculă este considerată slab solubilă în apă, deși solubilitatea sa crește considerabil datorită conținutului ridicat de hemoglobină din ea. Astfel, fiecare moleculă de hemoglobină se poate lega la patru molecule de oxigen care sunt eliberate în țesuturi pentru a fi utilizate în metabolism.

- În 1986 a existat un nor gros de dioxid de carbon care a fost expulzat brusc din Lacul Nyos (situat în Camerun), sufocând aproximativ 1700 de persoane și un număr mare de animale, ceea ce a fost explicat prin această lege.

- Solubilitatea pe care un gaz dat o manifestă într-o specie lichidă tinde să crească pe măsură ce presiunea gazului menționat crește, deși la presiuni ridicate există anumite excepții, cum ar fi moleculele de azot (N ₂ ).

- Legea lui Henry nu se aplică atunci când există o reacție chimică între substanța care acționează ca un solut și cea care acționează ca un solvent; este cazul electroliților, cum ar fi acidul clorhidric (HCl).

Referințe

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Fundamentele fizico-chimiei. (Ediția a 6-a). Editorial CECSA, Mexic. P 111-119.
2. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (2018). Legea lui Henry. Preluat pe 10 mai 2018, de pe: britannica.com
3. lui byju. (2018). Care este legea lui Henry ?. Preluat pe 10 mai 2018, de la: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Legea lui Henry preluată pe 10 mai 2018, de pe: Leisurepro.com
5. Fundația Annenberg (2017). Secțiunea 7: Legea lui Henry. Preluat pe 10 mai 2018, de la: learner.org
6. Monica Gonzalez. (25 aprilie 2011). Legea lui Henry. Preluat pe 10 mai 2018, de pe: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (24 iulie 2009). Scafandru. . Preluat pe 10 mai 2018, de pe: flickr.com