Henrijev zakon

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу

Henrijev zakon je gasni zakon, koji tvrdi da je na konstantnoj temperaturi količina rastvorenog gasa u tečnosti direktno proporcionalna s parcijalnim pritiskom tog gasa, u ravnoteži s tečnošću. Ovaj zakon je postavio Vilijam Henri 1803. Drugim rečima, rastvorljivost gasa u tečnosti je direktno proporcionalna sa pritisakom gasa iznad tečnosti.

Svakodnevni primer Henrijevog zakona su gazirana pića. Pre nego što se boca s gaziranim pićem otvori, gas iznad pića u boci je skoro čisti ugljenik-dioksid, s pritiskom malo većim od atmosferskog pritisaka. Piće isto tako sadrži rastvoreni ugljen-dioksid u sebi. Kada bocu otvorimo, deo gasa u boci se izdvoji, dajući karakteristični piskavi šum. Kako je pritisak iznad tečnosti niži, deo rastvorenog ugljen-dioksida izlazi iz rastvora u obliku mehurića, sve dok se ne uspostavi ravnoteža.

Formula i konstanta Henrijevog zakona[уреди]

Henrijev zakon u matematičkom obliku glasi:

gde je: p – parcijalni pritisak rastvorenog gasa, u vazduhu iznad rastvora, c – koncentracija rastvorene materije i kH – Henrijeva konstanta, koja zavisi od rastvorene materije, rastvarača i temperature. Neke vrednosti kH za gasove rastvorene u vodi, na temperaturi 298 K (25 ºC) su: [1][2]

kiseonik (O2) : 769,2 L·atm/mol
ugljen-dioksid (CO2) : 29,4 L·atm/mol
vodonik (H2) : 1282,1 L·atm/mol

Ostali oblici Henrijevog zakon[уреди]

U raznoj literaturi mogu se naći razni oblici Henrijevog zakon, koji su navedeni u tabeli: [3] [4]

Neki oblici Henrijevog zakona i konstanti (gasovi u vodi na 298 K), izvedeni iz
jednačine:
jedinice: bez dimenzije
O2 769,23 1,3×10−3 4,259×104 3,180×10−2
H2 1282,05 7,8×10−4 7,099×104 1,907×10−2
CO2 29,41 3,4×10−2 0,163×104 0,8317
N2 1639,34 6,1×10−4 9,077×104 1,492×10−2
He 2702,7 3,7×10−4 14,97×104 9,051×10−3
Ne 2222,22 4,5×10−4 12,30×104 1,101×10−2
Ar 714,28 1,4×10−3 3,955×104 3,425×10−2
CO 1052,63 9,5×10−4 5,828×104 2,324×10−2

gde je:

c = koncentracija rastvorene materije u rastvoru (u mol/L)
p = parcijalni pritisak rastvorenog gasa, u vazduju iznad rastvora (u atm)
x = molni udeo gasa u rastvoru (bez dimenzija)

Henrijev zakon se može primeniti samo na rastvarače koji hemijski ne reaguaju sa rastvorenom materijom. Tipičan primer gasa koji reaguje sa rastvaračom je ugljen-dioksid, koji stvara ugljenu kiselinu (H2CO3), do određenog stupnja u vodi.

Temperaturna zavisnost Henrijeve konstante od temperature[уреди]

Kako se temperature menja, tako se i menja Henrijeva konstanta. Postoje razne formule za izražavanje uticaja temperature na Henrijevu konstantu. Tako na primer van’t Hofova jednačina glasi:

gde je:

kH – Henrijeva konstanta zavisna od temperature
T - apsolutna temperatura
To – odnosi se na standardnu temperaturu (298 K).

Ova jednačina je samo približna vrednost, i treba je koristiti samo ako nema eksperimentalnih rezultata za dati gas.

Sledeća tabela daje neke vrednosti C (u Kelvinima) za gornju jednačinu:

Vrednosti za C
gas O2 H2 CO2 N2 He Ne Ar CO
C(K) 1700 500 2400 1300 230 490 1300 1300

Kako se rastvorljivost gasova obično smanjuje s povećanjem temperature, parcijalni pritisak obično raste. Dok grejemo vodu (zasićenu azotom) od 25 °C do 95 °C, rastvorljivost će se smanjiti za 43% od početne vrednosti. To se može videti na dnu posude u kojoj grejemo vodu, gde mehurići gasa intenzivno izlaze pre nego se dostigne vrelište. Slično tome, ugljen-dioksid u gaziranom piću izlazi puno brže ako se ne hladi, jer se povećava parcijalni pritisak s povećanjem temperature. Parcijalni pritisak CO2 u gasnoj fazi, u ravnoteži s morskom vodom, postaje dvostruk svakih 16 °C povećanja temperature.[5]

Konstanta C se može izraziti kao:

gde je:

ΔsolvH - entalpija rastvaranja
Runiverzalna gasna konstanta

Rastvorljivost gasova se ne smanjuje uvek s povećanjem temperature. Za vodene rastvore, Henrijeva konstanta obično ima svoj maksimum. Za većinu gasova, minimum je ispod 120 °C. Primećeno je da što je manji molekul gasa (manja rastvorljivost u vodi), to je niža temperatura maksimuma Henrijeve konstante. Tako je za helijum maksimum oko 30 °C, 92 do 93 °C za argon, azot i kiseonik, i 114 °C za ksenon.[6]

U geofizici[уреди]

U geofizici, jedan oblik Henrijevog zakona, za rastvorljivost plemenitih gasova u kontaktu s rastvorenim silikatima, je sledeći:

gde je:

C - brojna gustina rastvorenog gasa u ratvoru i u gasnoj fazi
β - 1/kBT, recipročna temperaturna skala: kB = Bolcmanova konstanta
µE - višak hemijskog potencijala ratvorenog gasa u dve faze

Poređenje sa Raulovim zakonom[уреди]

Za rastvore, koncentracija rastvorene materije je otprilike proporcionalna s molnim udelom x, i Henrijev zakon se može pisati kao:

To se može uporediti sa Raulovim zakonom:

gde je p* - pritisak pare čiste komponente.

Na prvi pogled, Raulov zakon izgleda kao poseban slučaj Henrijevog zakona, gde vrijedi kH = p*. To vredi za hemijske elemente koji su slični, kao što su benzen i toluen, koje se pokoravaju Raulovom zakonu u celom rasponu. Takve mešavine se nazivaju “idealnim":

Raulov zakon:
Henrijev zakon:

Vidi još[уреди]

Reference[уреди]

  1. ^ "Green Book"
  2. ^ Francis L. Smith, Allan H. Harvey, 2007., "Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law", journal=CEP (Chemical Engineering Progress)
  3. ^ [1] Архивирано на сајту Wayback Machine (март 7, 2012) (на језику: енглески) "University of Arizona chemistry class notes"
  4. ^ [2] "An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool"
  5. ^ Takahashi T; Sutherland S.C.; Sweeney C; Poisson A; Metzl N; Tilbrook B; Bates, N; Wanninkhof R; Feely R.A.; Sabine C; Olafsson J; Nojiri Y "Global sea-air CO2 flux based on climatological surface ocean pCO2 and seasonal biological and temperature effects", Deep-Sea Research (Part II, Topical Studies in Oceanography), 2002.
  6. ^ P. Cohen "The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems", The American Society of Mechanical Engineers, 1989., page 442.

Spoljašnje veze[уреди]