กฎของเฮนรี่: สมการส่วนเบี่ยงเบนการใช้งาน

กฎของเฮนรี่ กล่าวว่าที่อุณหภูมิคงที่ปริมาณของก๊าซที่ละลายในของเหลวจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันบางส่วนบนพื้นผิวของของเหลว

มันถูกอ้างถึงในปี 1803 โดยนักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ William Henry กฎหมายสามารถตีความได้ด้วยวิธีนี้ถ้าแรงดันของของเหลวเพิ่มขึ้นปริมาณของก๊าซที่ละลายก็จะยิ่งมากขึ้น

ที่นี่ก๊าซถือเป็นตัวถูกละลายของการแก้ปัญหา อุณหภูมิมีผลกระทบในทางลบต่อการละลาย ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นก๊าซมีแนวโน้มที่จะหนีจากของเหลวได้ง่ายขึ้นสู่พื้นผิว

นี่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิให้พลังงานแก่โมเลกุลก๊าซซึ่งชนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างฟองอากาศ (ภาพบนสุด) จากนั้นฟองเหล่านี้จะเอาชนะแรงกดดันจากภายนอกและหลบหนีจากไซน์ของเหลว

หากความดันภายนอกสูงมากและของเหลวยังคงเย็นอยู่ฟองจะถูกทำให้ละลายและโมเลกุลของก๊าซเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่จะ "หลอกหลอน" พื้นผิว

สมการกฎของเฮนรี่

มันสามารถแสดงได้โดยสมการต่อไปนี้:

P = K H ∙ C

โดยที่ P คือความดันบางส่วนของก๊าซที่ละลาย C คือความเข้มข้นของก๊าซ; และ K H เป็นค่าคงที่ของ Henry

มีความจำเป็นที่จะต้องเข้าใจว่าแรงดันบางส่วนของแก๊สนั้นเป็นสิ่งที่ออกแรงส่วนที่เหลือของส่วนผสมก๊าซทั้งหมด และความดันรวมไม่เกินผลรวมของแรงกดดันบางส่วนทั้งหมด (กฎของดัลตัน):

P รวม = P 1 + P 2 + P 3 + ... + P n

จำนวนสปีชีส์ของก๊าซที่ประกอบขึ้นเป็นตัวแทนโดย n ตัวอย่างเช่นถ้าบนพื้นผิวของของเหลวมีไอน้ำและ CO 2, n เท่ากับ 2

การเบี่ยงเบน

สำหรับก๊าซที่ละลายได้ไม่ดีในของเหลวสารละลายใกล้เคียงกับการปฏิบัติตามกฎหมายของเฮนรี่สำหรับตัวถูกละลาย

อย่างไรก็ตามเมื่อความดันสูงความเบี่ยงเบนจากเฮนรี่ก็เกิดขึ้นเพราะวิธีการแก้ปัญหาหยุดทำตัวเหมือนเจือจางในอุดมคติ

มันหมายความว่าอะไร? การที่ตัวถูกละลายตัวถูกละลายและตัวถูกละลายเริ่มมีผลของตัวเอง เมื่อสารละลายถูกทำให้เจือจางมากโมเลกุลของก๊าซจะถูก "ล้อมรอบด้วยตัวทำละลาย" โดยเฉพาะอย่างยิ่งการดูหมิ่นการเผชิญหน้าที่เป็นไปได้ระหว่างกัน

ดังนั้นเมื่อวิธีการแก้ปัญหาไม่เหมาะอีกต่อไปการสูญเสียพฤติกรรมเชิงเส้นในกราฟ P i vs X i

โดยสรุปในแง่นี้: กฎของเฮนรี่กำหนดความดันไอของตัวถูกละลายในสารละลายเจือจางในอุดมคติ ในขณะที่สำหรับตัวทำละลายกฎหมายของ Raoult ใช้:

P A = X A ∙ P A *

ความสามารถในการละลายของก๊าซในของเหลว

เมื่อก๊าซละลายในของเหลวได้ดีเช่นน้ำตาลในน้ำก็ไม่สามารถแยกความแตกต่างจากสภาพแวดล้อมดังนั้นการสร้างโซลูชั่นที่เป็นเนื้อเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ไม่มีฟองสังเกตในของเหลว (หรือผลึกน้ำตาล)

อย่างไรก็ตามการละลายอย่างมีประสิทธิภาพของโมเลกุลก๊าซขึ้นอยู่กับตัวแปรบางอย่างเช่น: อุณหภูมิของของเหลวความดันที่มีผลต่อมันและลักษณะทางเคมีของโมเลกุลเหล่านี้เมื่อเทียบกับของของเหลว

หากความดันภายนอกมีค่าสูงมากโอกาสที่ก๊าซจะซึมผ่านพื้นผิวของของเหลวจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันโมเลกุลก๊าซที่ละลายได้นั้นยากที่จะเอาชนะแรงกดดันจากเหตุการณ์ที่จะหลบหนีออกไปข้างนอกได้ยากขึ้น

หากระบบของเหลวก๊าซอยู่ภายใต้ความปั่นป่วน (เช่นที่เกิดขึ้นในทะเลและในปั๊มลมภายในถัง) การดูดซึมของก๊าซเป็นที่ชื่นชอบ

และลักษณะของตัวทำละลายมีผลต่อการดูดซับของแก๊สอย่างไร ถ้ามันเป็นขั้วเหมือนน้ำมันจะแสดงความสัมพันธ์สำหรับตัวละลายขั้วนั่นคือสำหรับก๊าซเหล่านั้นที่มีช่วงเวลาไดโพลถาวร ในขณะที่ถ้าไม่ใช่ขั้วเช่นไฮโดรคาร์บอนหรือไขมันมันจะชอบโมเลกุลก๊าซ apolar

ตัวอย่างเช่นแอมโมเนีย (NH 3 ) เป็นก๊าซที่ละลายในน้ำได้มากเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างพันธะไฮโดรเจน ในขณะที่ไฮโดรเจน (H 2 ) ซึ่งมีโมเลกุลขนาดเล็กเป็น apolar จะมีปฏิกิริยากับน้ำอย่างอ่อน

นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับสถานะของกระบวนการดูดซับก๊าซในของเหลวสถานะดังต่อไปนี้สามารถสร้างขึ้นได้:

ไม่เปี่ยม

ของเหลวไม่อิ่มตัวเมื่อสามารถละลายก๊าซได้มากขึ้น นี่เป็นเพราะความดันภายนอกมากกว่าความดันภายในของของเหลว

เปี่ยม

ของเหลวทำให้เกิดความสมดุลในการละลายของก๊าซซึ่งหมายความว่าก๊าซหนีออกมาด้วยความเร็วเดียวกันกับที่มันเข้าสู่ของเหลว

มันสามารถเห็นได้ดังต่อไปนี้: ถ้าโมเลกุลของก๊าซสามโมเลกุลหนีขึ้นไปในอากาศอีกสามโมเลกุลจะกลับสู่ของเหลวในเวลาเดียวกัน

อิ่มตัว

ของเหลวอิ่มตัวด้วยก๊าซเมื่อความดันภายในสูงกว่าความดันภายนอก และก่อนที่จะมีการเปลี่ยนแปลงขั้นต่ำในระบบมันจะปล่อยก๊าซที่ละลายมากเกินไปจนกว่าจะมีการคืนสภาพสมดุล

การใช้งาน

- กฎของเฮนรี่สามารถนำไปใช้ในการคำนวณการดูดซับก๊าซเฉื่อย (ไนโตรเจนฮีเลียมอาร์กอน ฯลฯ ) ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์และการรวมกับทฤษฎีของ Haldane เป็นพื้นฐานของตาราง ของการบีบอัด

- การใช้งานที่สำคัญคือความอิ่มตัวของก๊าซในเลือด เมื่อเลือดไม่อิ่มตัวก๊าซจะละลายในนั้นจนกว่ามันจะอิ่มตัวและหยุดการละลายมากขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นก๊าซที่ละลายในเลือดจะลอยสู่อากาศ

- การแปรสภาพเป็นแก๊สของน้ำอัดลมเป็นตัวอย่างของกฎหมายของเฮนรี่ที่ใช้ น้ำอัดลมได้ละลาย CO 2 ภายใต้แรงกดดันสูงดังนั้นจึงรักษาส่วนประกอบที่รวมกันแต่ละตัวที่ทำขึ้น และนอกจากนี้มันยังคงรักษารสชาติที่เป็นลักษณะได้นานขึ้น

เมื่อเปิดขวดโซดาความดันในของเหลวจะลดลงปลดปล่อยความดันทันที

เนื่องจากความดันของของเหลวลดลงความสามารถในการละลายของ CO 2 จึง ลดลงและหนีออกสู่สิ่งแวดล้อม (สามารถสังเกตได้จากฟองอากาศที่เพิ่มขึ้นจากด้านล่าง)

- ในฐานะนักดำน้ำที่ลึกลงไปถึงระดับที่สูงกว่าไนโตรเจนที่หายใจเข้าออกไม่สามารถหลบหนีได้เนื่องจากแรงดันภายนอกป้องกันไม่ให้มันละลายในเลือดของแต่ละบุคคล

เมื่อนักดำน้ำขึ้นสู่ผิวน้ำอย่างรวดเร็วซึ่งความดันจากภายนอกลดน้อยลงไนโตรเจนก็เริ่มพองตัวในเลือด

สิ่งนี้ทำให้สิ่งที่เรียกว่าคลายความรู้สึกไม่สบาย ด้วยเหตุนี้จึงทำให้นักดำน้ำต้องขึ้นช้าๆดังนั้นไนโตรเจนจึงหนีออกจากเลือดได้ช้ากว่า

- การศึกษาผลกระทบของการลดลงของโมเลกุลออกซิเจน (O 2 ) ที่ละลายในเลือดและเนื้อเยื่อของนักปีนเขาหรือผู้ฝึกปฏิบัติกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการพำนักระยะยาวในระดับสูงรวมถึงผู้อาศัยในที่สูง

- การวิจัยและปรับปรุงวิธีการที่ใช้ในการหลีกเลี่ยงภัยธรรมชาติที่อาจเกิดขึ้นจากการที่มีก๊าซที่ละลายอยู่ในแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่สามารถปล่อยออกมาอย่างรุนแรง

ตัวอย่าง

กฎของเฮนรี่ใช้เฉพาะเมื่อโมเลกุลอยู่ในภาวะสมดุล นี่คือตัวอย่าง:

- ในสารละลายออกซิเจน (O 2 ) ในของเหลวในเลือดโมเลกุลนี้ถูกพิจารณาว่าละลายได้ในน้ำไม่ดีแม้ว่าความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากปริมาณฮีโมโกลบินในเลือดสูง ดังนั้นแต่ละโมเลกุลของฮีโมโกลบินสามารถจับกับออกซิเจนสี่โมเลกุลที่ถูกปล่อยออกมาในเนื้อเยื่อเพื่อนำไปใช้ในการเผาผลาญ

- ในปี 1986 มีเมฆหนาของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งถูกขับออกจากทะเลสาบไนอส (ตั้งอยู่ในแคเมอรูน) ทำให้หายใจไม่ออกประมาณ 1, 700 คนและสัตว์จำนวนมากซึ่งถูกอธิบายโดยกฎหมายนี้

- ความสามารถในการละลายที่ก๊าซบางชนิดปรากฎในชนิดของเหลวมักจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันของแก๊สเพิ่มขึ้นถึงแม้ว่าที่ความดันสูงจะมีข้อยกเว้นบางประการเช่นโมเลกุลไนโตรเจน (N 2 )

- กฎหมายของ Henry ไม่สามารถใช้ได้เมื่อมีปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างสารที่ทำหน้าที่เป็นตัวถูกละลายและสิ่งที่ทำหน้าที่เป็นตัวทำละลาย; นี่เป็นกรณีของอิเล็กโทรไลต์เช่นกรดไฮโดรคลอริก (HCl)