Gesetz der Henry-Gleichung, Abweichung, Anwendungen

Die Heinrichs Gesetz Sie besagt, dass bei konstanter Temperatur die in einer Flüssigkeit gelöste Gasmenge direkt proportional zu ihrem Partialdruck an der Oberfläche der Flüssigkeit ist.

Es wurde im Jahr 1803 von dem englischen Physiker und Chemiker William Henry postuliert. Sein Gesetz kann auch so interpretiert werden: Wenn der Druck auf die Flüssigkeit ansteigt, um so größer ist die Menge an darin gelöstem Gas.

Hier wird das Gas als der gelöste Stoff der Lösung betrachtet. Im Gegensatz zu den festen gelösten Stoffen hat die Temperatur einen negativen Einfluss auf ihre Löslichkeit. Mit steigender Temperatur neigt das Gas daher dazu, leichter aus der Flüssigkeit an die Oberfläche auszutreten.

Dies liegt daran, dass der Temperaturanstieg den gasförmigen Molekülen Energie zuführt, die miteinander kollidieren, um Blasen zu bilden (oberes Bild). Dann überwinden diese Blasen den äußeren Druck und entweichen dem Sinus der Flüssigkeit.

Wenn der äußere Druck sehr hoch ist und die Flüssigkeit kalt bleibt, werden die Blasen solubilisiert und nur einige wenige gasförmige Moleküle werden die Oberfläche "verfolgen".

Index

• 1 Gleichung des Henryschen Gesetzes
• 2 Abweichung
• 3 Löslichkeit eines Gases in der Flüssigkeit
  • 3.1 Ungesättigt
  • 3.2 Gesättigt
  • 3.3 Übersättigt
• 4 Anwendungen
• 5 Beispiele
• 6 Referenzen

Henry-Gleichung

Es kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

P = K_H∙ C

Wobei P der Partialdruck des gelösten Gases ist; C ist die Konzentration des Gases; und K_H es ist Henrys Konstante.

Es ist notwendig zu verstehen, dass der Partialdruck eines Gases derjenige ist, der individuell eine Art Rest des gesamten Gasgemisches ausübt. Und der Gesamtdruck ist nichts weiter als die Summe aller Partialdrücke (Daltons Gesetz):

P_Summe= P₁ + P₂ + P₃+ ... + P_n

Die Anzahl der gasförmigen Spezies, aus denen das Gemisch besteht, wird durch n. Zum Beispiel, wenn sich Wasserdampf und CO auf der Oberfläche einer Flüssigkeit befinden₂, n ist gleich 2.

Abweichung

Für Gase, die in Flüssigkeiten schlecht löslich sind, nähert sich die Lösung idealerweise dem Henry-Gesetz für den gelösten Stoff an.

Wenn jedoch der Druck hoch ist, tritt eine Abweichung von Henry auf, weil die Lösung aufhört, sich als ideal verdünnt zu verhalten.

Was bedeutet es? Dass die Wechselwirkungen zwischen gelösten Stoffen, gelösten Stoffen und Lösungsmitteln beginnen, ihre eigenen Wirkungen zu entfalten. Wenn die Lösung sehr verdünnt ist, sind die Gasmoleküle "ausschließlich" von Lösungsmittel umgeben, was die möglichen Begegnungen zwischen ihnen verachtet.

Wenn die Lösung keine ideale Verdünnung mehr ist, wird daher der Verlust des linearen Verhaltens im P-Diagramm beobachtet_ich gegen X_ich.

Abschließend zu diesem Aspekt: ​​Henrys Gesetz bestimmt den Dampfdruck eines gelösten Stoffes in einer idealen verdünnten Lösung. Für das Lösungsmittel gilt Raoult's Gesetz:

P_A = X_A∙ P_A^*

Löslichkeit eines Gases in der Flüssigkeit

Wenn ein Gas in einer Flüssigkeit gut gelöst ist, wie Zucker in Wasser, kann es nicht von der Umgebung unterschieden werden und bildet somit eine homogene Lösung. Mit anderen Worten: In der Flüssigkeit (oder Zuckerkristallen) werden keine Blasen beobachtet.

Die effiziente Solvatation von gasförmigen Molekülen hängt jedoch von einigen Variablen ab, wie: der Temperatur der Flüssigkeit, dem Druck, der sie beeinflusst, und der chemischen Natur dieser Moleküle im Vergleich zu denen der Flüssigkeit.

Wenn der externe Druck zu hoch ist, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass das Gas die Oberfläche der Flüssigkeit durchdringt. Auf der anderen Seite sind gelöste gasförmige Moleküle schwieriger, den auftretenden Druck zu überwinden, um nach außen zu entweichen.

Wenn das Flüssiggas-System unter Bewegung steht (wie es im Meer und in der Luft im Inneren des Tanks der Fall ist), wird die Absorption von Gas begünstigt.

Und wie beeinflusst die Art des Lösungsmittels die Absorption eines Gases? Wenn es polar ist, wie Wasser, wird es Affinität für polare gelöste Stoffe zeigen, das heißt für jene Gase, die ein permanentes Dipolmoment haben. Wenn es unpolar ist, wie Kohlenwasserstoffe oder Fette, wird es apolare gasförmige Moleküle bevorzugen

Zum Beispiel, Ammoniak (NH₃) ist ein Gas, das aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen sehr gut in Wasser löslich ist. Während dieser Wasserstoff (H₂), dessen kleines Molekül unpolar ist, wechselwirkt schwach mit Wasser.

Abhängig vom Zustand des Gasabsorptionsprozesses in der Flüssigkeit können in ihnen auch folgende Zustände festgestellt werden:

Ungesättigt

Die Flüssigkeit ist ungesättigt, wenn sie mehr Gas auflösen kann. Dies liegt daran, dass der externe Druck 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 austritt, mit der es in die Flüssigkeit eintritt.

Es kann auch wie folgt gesehen werden: wenn drei Gasmoleküle in die Luft entweichen, kehren drei andere gleichzeitig in die Flüssigkeit zurück.

Übersättigt

Die Flüssigkeit ist übersättigt mit Gas, wenn ihr Innendruck höher als der Außendruck ist.Und vor einer minimalen Änderung des Systems wird es das überschüssige gelöste Gas freisetzen, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.

Anwendungen

- Henrys Gesetz kann angewendet werden, um die Absorption von Inertgasen (Stickstoff, Helium, Argon usw.) in verschiedenen Geweben des menschlichen Körpers zu berechnen, und die zusammen mit Haldanes Theorie die Grundlage der Tabellen sind der Dekompression.

- Eine wichtige Anwendung ist die Sättigung von Gas im Blut. Wenn das Blut ungesättigt ist, löst sich das Gas darin auf, bis es gesättigt ist und aufhört, sich mehr aufzulösen. Sobald dies geschieht, geht das gelöste Gas im Blut in die Luft.

- Die Vergasung von Erfrischungsgetränken ist ein Beispiel für das angewandte Henrysche Gesetz. Alkoholfreie Getränke haben CO₂ unter hohen Drücken gelöst, so dass jede der kombinierten Komponenten, die es umfassen, beibehalten wird; und zusätzlich behält es den charakteristischen Geschmack für viel länger.

Wenn die Sodaflasche aufgedeckt wird, nimmt der Druck auf die Flüssigkeit ab und gibt den Druck sofort ab.

Da der Druck auf die Flüssigkeit nun niedriger ist, ist die Löslichkeit von CO₂ es steigt ab und entkommt in die Atmosphäre (man merkt es im Aufstieg der Blasen von unten).

- Wenn ein Taucher in größere Tiefen absinkt, kann der eingeatmete Stickstoff nicht entweichen, weil der äußere Druck ihn daran hindert, sich im Blut des Individuums aufzulösen.

Wenn der Taucher schnell an die Oberfläche steigt, wo der äußere Druck geringer wird, beginnt der Stickstoff im Blut aufzusprudeln.

Dies verursacht, was als Dekompressionsbeschwerden bekannt ist. Aus diesem Grund müssen Taucher langsam aufsteigen, damit Stickstoff langsamer aus dem Blut entweicht.

- Untersuchung der Auswirkungen des Molekularsauerstoffabfalls (O₂) im Blut und in den Geweben von Bergsteigern oder Praktikern, die einen längeren Aufenthalt in großer Höhe mit sich bringen, sowie bei den Einwohnern von höheren Lagen.

- Erforschung und Verbesserung der Methoden zur Vermeidung von Naturkatastrophen, die durch das Vorhandensein von gelösten Gasen in großen, gewaltsam freigesetzten Gewässern verursacht werden können.

Beispiele

Das Henry-Gesetz gilt nur, wenn die Moleküle im Gleichgewicht sind. Hier sind einige Beispiele:

- In der Sauerstofflösung (O₂) Im Blutstrom wird dieses Molekül als in Wasser schlecht löslich angesehen, obwohl seine Löslichkeit aufgrund des hohen Gehaltes an Hämoglobin in ihm stark zunimmt. Somit kann jedes Hämoglobinmolekül an vier Sauerstoffmoleküle binden, die in den Geweben freigesetzt werden, um im Stoffwechsel verwendet zu werden.

- Im Jahr 1986 gab es eine dicke Wolke Kohlendioxid, die plötzlich aus dem Nyos-See (in Kamerun) ausgestoßen wurde und etwa 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 zeigt, nimmt gewöhnlich mit steigendem Gasdruck zu, obwohl es bei bestimmten hohen Drücken gewisse Ausnahmen gibt, wie Stickstoffmoleküle (N₂).

- Das Gesetz von Henry ist nicht anwendbar, wenn eine chemische Reaktion zwischen dem Stoff, der als gelöster Stoff wirkt, und dem Stoff, der als Lösungsmittel wirkt, auftritt; Dies ist der Fall von Elektrolyten wie Salzsäure (HCl).

Referenzen 

1. Crockford, H. D., Knight Samuel B. (1974). Grundlagen der Physikochemie. (6. Ausgabe). Editorial C. E. C. S. A., Mexiko. P 111-119.
2. Die Herausgeber der Encyclopaedia Britannica. (2018). Heinrichs Gesetz. Abgerufen am 10. Mai 2018 von: britannica.com
3. Byjus. (2018). Was ist Henrys Gesetz? Abgerufen am 10. Mai 2018 von: byjus.com
4. Leisurepro und Aquaviews. (2018). Henry's Gesetz am 10. Mai 2018 von: leisurepro.com
5. Annenberg Stiftung. (2017). Abschnitt 7: Heinrichs Gesetz. Abgerufen am 10. Mai 2018 von: learner.org
6. Monica Gonzalez (25. April 2011). Heinrichs Gesetz. Abgerufen am 10. Mai 2018 von: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles (24. Juli 2009). Taucher [Abbildung] Abgerufen am 10. Mai 2018 von: flickr.com