的亨利的法律规定,在恒定的温度,溶解气体在液体中的量成正比的液体的表面上的其分压。
它是由英国物理学家和化学家威廉·亨利(William Henry)于1803年提出的。他的定律也可以这样解释:如果增加液体上的压力,溶解在其中的气体量就越大。
在此,气体被视为溶液的溶质。与固体溶质不同,温度对其溶解度有负面影响。因此,随着温度升高,气体趋于更容易地从液体向表面逸出。
这是因为温度升高为气态分子提供了能量,而气态分子相互碰撞形成气泡(顶部图像)。然后,这些气泡克服了外部压力并从液体的窦中逸出。
如果外部压力很高,并且液体保持低温,气泡将溶解,只有少量气态分子“悬浮”在表面上。
亨利定律方程
可以用以下等式表示:
P = K H ∙C
其中P是溶解气体的分压;C是气体浓度;K H是亨利常数。
有必要了解,气体的分压是由其余总气体混合物中的一种单独施加的。总压力不过是所有分压之和(道尔顿定律):
P Total = P 1 + P 2 + P 3 +…+ P n
组成混合物的气态物质的数量用n表示。例如,如果在液体表面上有水蒸气和CO 2,则n等于2。
偏差
对于难溶于液体的气体,溶液接近理想状态,符合亨利溶质定律。
但是,当压力较高时,相对于亨利而言会有偏差,因为该溶液不再表现为理想的稀释液。
这是什么意思?溶质-溶质和溶质-溶剂相互作用开始产生自己的作用。当溶液非常稀时,气体分子“排他地”被溶剂包围,而忽略了它们之间可能遇到的情况。
因此,当溶液不再理想地稀释时,在P i vs X i曲线中观察到线性行为的损失。
在这方面的结论:亨利定律确定理想稀释溶液中溶质的蒸气压。对于溶剂,拉乌尔定律适用:
P A = X A ∙P A *
气体在液体中的溶解度
当气体很好地溶解在液体(例如水中的糖)中时,无法与环境区分开来,因此会形成均匀的溶液。换句话说:在液体(或糖晶体)中没有观察到气泡。
但是,气态分子的有效溶剂化取决于一些变量,例如:液体的温度,影响液体的压力以及这些分子与液体相比的化学性质。
如果外部压力很高,则气体渗透液体表面的机会会增加。另一方面,溶解的气态分子发现更难以克服入射压力而逸出到外部。
如果液-气系统处于搅拌状态(如在海水中和鱼缸内的气泵中发生的情况),则有利于吸收气体。
溶剂的性质如何影响气体的吸收?如果它是极性的,如水,它将显示出对极性溶质的亲和力,即对具有永久偶极矩的气体的亲和力。而如果它是非极性的,例如碳氢化合物或脂肪,它将更喜欢非极性的气态分子
例如,由于氢键相互作用,氨(NH 3)在水中是非常易溶的气体。小分子为非极性的氢(H 2)与水的相互作用较弱。
另外,根据液体中气体吸收过程的状态,可以在其中建立以下状态:
不饱和
当液体能够溶解更多气体时,它是不饱和的。这是因为外部压力大于液体的内部压力。
饱和的
液体在气体的溶解度之间建立了平衡,这意味着气体以与进入液体时相同的速率逸出。
还可以看到如下:如果三个气体分子逸入空气中,则另外三个将同时返回液体。
过饱和
当液体的内部压力高于外部压力时,液体会被气体过饱和。而且,只需对系统进行最小的改动,它将释放出过量的溶解气体,直到恢复平衡为止。
应用领域
-亨利定律可用于计算人体不同组织中惰性气体(氮气,氦气,氩气等)的吸收,并且该定律与霍尔丹理论一起是表格的基础减压。
-重要的应用是血液中气体的饱和度。当血液处于不饱和状态时,气体会溶解在其中,直到血液变得饱和并停止溶解。一旦发生这种情况,溶解在血液中的气体就会进入空气。
-软饮料的气化是应用亨利定律的一个例子。软饮料在高压下会溶解CO 2,因此可以保持组成该混合物的每种组合成分。此外,它还能保留更长的特色风味。
打开汽水瓶盖时,液体顶部的压力减小,立即释放压力。
因为现在液体上的压力较低,所以CO 2的溶解度下降,并且逸出到环境中(可以从底部的气泡上升中注意到)。
-当潜水员下降到更深的深度时,吸入的氮气无法逸出,因为外部压力阻止了它的吸收,使之溶解在个体的血液中。
当潜水员迅速上升至地面时,外部压力再次下降,氮气开始冒泡进入血液。
这会导致所谓的减压病。因此,潜水员必须缓慢上升,以使氮从血液中缓慢地逸出。
-研究溶解在登山者或从事高海拔地区以及长期居住在高海拔地区的居民的血液和组织中的分子氧(O 2)减少的影响。
-对用于避免自然灾害的方法的研究和改进,这些自然灾害可能是由于溶解在巨大水中的气体溶解而引起的,这些气体可以剧烈释放。
例子
亨利定律仅在分子处于平衡状态时适用。这里有些例子:
-在氧气(O 2)在血液中溶解时,尽管该分子的溶解度由于血红蛋白含量高而大大增加,但仍被认为在水中难溶。因此,每个血红蛋白分子可以结合在组织中释放的四个氧分子以用于代谢。
-1986年,从尼约斯湖(位于喀麦隆)突然喷出了厚厚的二氧化碳云,约有1700人和大量动物窒息,这是该法解释的。
-给定气体在液体物质中表现出的溶解度倾向于随着所述气体压力的增加而增加,尽管在高压下存在某些例外,例如氮分子(N 2)。
-当作为溶质的物质与作为溶剂的物质之间发生化学反应时,亨利定律不适用;电解质,例如盐酸(HCl)就是这种情况。
参考文献
- 克罗克福德,高清,塞缪尔·B·奈特(1974)。物理化学基础。(第6版)。社论CECSA,墨西哥。P 111-119。
- 不列颠百科全书的编辑。(2018)。亨利定律。取自2018年5月10日,来自:britannica.com
- 拜珠的 (2018)。什么是亨利定律?取自2018年5月10日,来自:byjus.com
- Leisurepro和Aquaviews。(2018)。亨利定律于2018年5月10日检索,来自:leisurepro.com
- 安嫩伯格基金会。(2017)。第7节:亨利定律。于2018年5月10日检索自:Learner.org
- 莫妮卡·冈萨雷斯(Monica Gonzalez)。(2011年4月25日)。亨利定律。取自2018年5月10日,来自:quimica.laguia2000.com
- 伊恩·迈尔斯(Ian Myles)。(2009年7月24日)。潜水员。。取自2018年5月10日,来自:flickr.com