กฎของเฮนรี่: สมการส่วนเบี่ยงเบนการใช้งาน - เคมี

กฎของเฮนรี่ระบุว่าที่อุณหภูมิคงที่ปริมาณของก๊าซที่ละลายในของเหลวจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดันบางส่วนบนพื้นผิวของของเหลว

2346 โดยวิลเลียมเฮนรีนักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ กฎหมายของเขาสามารถตีความได้ด้วยวิธีนี้: ถ้าความดันของของเหลวเพิ่มขึ้นปริมาณก๊าซที่ละลายในนั้นก็จะยิ่งมากขึ้น

ที่นี่ก๊าซถือเป็นตัวถูกละลายของสารละลาย อุณหภูมิมีผลเสียต่อความสามารถในการละลายซึ่งแตกต่างจากตัวถูกละลายของแข็ง ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นก๊าซมีแนวโน้มที่จะหลบหนีจากของเหลวสู่พื้นผิวได้ง่ายขึ้น

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิก่อให้เกิดพลังงานแก่โมเลกุลของก๊าซซึ่งชนกันจนเกิดฟองอากาศ (ภาพบน) จากนั้นฟองเหล่านี้จะเอาชนะความกดดันภายนอกและหลบหนีจากไซนัสของของเหลว

หากความดันภายนอกสูงมากและของเหลวถูกเก็บไว้ในที่เย็นฟองอากาศจะละลายและโมเลกุลของก๊าซเพียงไม่กี่โมเลกุลจะ "ลอย" บนพื้นผิว

สมการกฎหมายของเฮนรี่

สามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

P = K _H ∙ C

โดยที่ P คือความดันบางส่วนของก๊าซที่ละลาย C คือความเข้มข้นของก๊าซ และ K _Hคือค่าคงที่ของ Henry

จำเป็นต้องเข้าใจว่าความดันบางส่วนของก๊าซนั้นเกิดขึ้นทีละชนิดของส่วนที่เหลือของส่วนผสมทั้งหมด และความกดดันทั้งหมดไม่มีอะไรมากไปกว่าผลรวมของแรงกดดันบางส่วน (กฎของดาลตัน):

P _รวม = P ₁ + P ₂ + P ₃ + … + P _n

จำนวนชนิดของก๊าซที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนผสมแทนด้วย n ตัวอย่างเช่นถ้ามีไอน้ำและ CO ₂บนพื้นผิวของของเหลวn จะเท่ากับ 2

การเบี่ยงเบน

สำหรับก๊าซที่ละลายได้ไม่ดีในของเหลวสารละลายใกล้เคียงกับอุดมคติโดยเป็นไปตามกฎของเฮนรี่สำหรับตัวถูกละลาย

อย่างไรก็ตามเมื่อความดันสูงจะมีความเบี่ยงเบนเกี่ยวกับ Henry เนื่องจากสารละลายหยุดทำตัวเป็นตัวเจือจางในอุดมคติ

หมายความว่าอย่างไร? ปฏิกิริยาระหว่างตัวถูกละลายกับตัวถูกละลายและตัวทำละลายเริ่มมีผลกระทบในตัวเอง เมื่อสารละลายเจือจางมากโมเลกุลของก๊าซจะถูก "เฉพาะ" ล้อมรอบด้วยตัวทำละลายโดยละเลยการเผชิญหน้าที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกัน

ดังนั้นเมื่อการแก้ปัญหาคือไม่เจือจางนึกคิด, การสูญเสียของพฤติกรรมเชิงเส้นเป็นที่สังเกตในรูปแบบของกราฟ P _ฉัน VS X ฉัน

สรุปได้ว่ากฎของเฮนรี่กำหนดความดันไอของตัวถูกละลายในสารละลายเจือจางในอุดมคติ ในขณะที่ตัวทำละลายกฎหมายของ Raoult ใช้:

P _A = X _A ∙ P _A^*

การละลายของก๊าซในของเหลว

เมื่อก๊าซละลายได้ดีในของเหลวเช่นน้ำตาลในน้ำจะไม่สามารถแยกความแตกต่างจากสิ่งแวดล้อมได้จึงกลายเป็นสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ไม่พบฟองอากาศในของเหลว (หรือผลึกน้ำตาล)

อย่างไรก็ตามการละลายอย่างมีประสิทธิภาพของโมเลกุลของก๊าซนั้นขึ้นอยู่กับตัวแปรบางอย่างเช่นอุณหภูมิของของเหลวความดันที่มีผลต่อมันและลักษณะทางเคมีของโมเลกุลเหล่านี้เมื่อเทียบกับของเหลว

หากความดันภายนอกสูงมากโอกาสที่ก๊าซจะซึมผ่านผิวของเหลวจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกันโมเลกุลของก๊าซที่ละลายแล้วพบว่าการเอาชนะแรงกดดันที่เกิดขึ้นเพื่อหนีออกสู่ภายนอกได้ยากขึ้น

หากระบบของเหลว - ก๊าซอยู่ภายใต้การปั่นป่วน (เช่นในทะเลและในปั๊มลมภายในตู้ปลา) การดูดซับก๊าซจะได้รับการสนับสนุน

และลักษณะของตัวทำละลายมีผลต่อการดูดซึมก๊าซอย่างไร? หากเป็นขั้วเช่นเดียวกับน้ำก็จะแสดงความสัมพันธ์กับตัวถูกละลายที่มีขั้วนั่นคือสำหรับก๊าซที่มีโมเมนต์ไดโพลถาวร ในขณะที่ถ้าเป็นอะโพลาร์เช่นไฮโดรคาร์บอนหรือไขมันก็จะชอบโมเลกุลของก๊าซที่ไม่มีขั้วมากกว่า

ตัวอย่างเช่นแอมโมเนีย (NH ₃ ) เป็นก๊าซที่ละลายได้ในน้ำเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างพันธะไฮโดรเจน ในขณะที่ไฮโดรเจน (H ₂ ) ซึ่งมีโมเลกุลขนาดเล็กคืออะโพลาร์จะทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างอ่อน ๆ

นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับสถานะของกระบวนการดูดซับก๊าซในของเหลวสามารถกำหนดสถานะต่อไปนี้ได้:

ไม่เปี่ยม

ของเหลวไม่อิ่มตัวเมื่อสามารถละลายก๊าซได้มากขึ้น เนื่องจากความดันภายนอกมากกว่าความดันภายในของของเหลว

เปี่ยม

ของเหลวสร้างความสมดุลในการละลายของก๊าซซึ่งหมายความว่าก๊าซจะหนีออกมาในอัตราเดียวกับที่เข้าสู่ของเหลว

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้ดังต่อไปนี้: ถ้าโมเลกุลของก๊าซสามโมเลกุลหลุดออกไปในอากาศอีกสามโมเลกุลจะกลับสู่ของเหลวในเวลาเดียวกัน

oversaturated

ของเหลวจะอิ่มตัวด้วยก๊าซเมื่อความดันภายในสูงกว่าความดันภายนอก และเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในระบบก็จะปล่อยก๊าซที่ละลายน้ำส่วนเกินออกมาจนกว่าจะมีการคืนสภาพสมดุล

การประยุกต์ใช้งาน

- กฎของเฮนรี่สามารถนำไปใช้ในการคำนวณการดูดซึมของก๊าซเฉื่อย (ไนโตรเจนฮีเลียมอาร์กอน ฯลฯ ) ในเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกายมนุษย์ซึ่งร่วมกับทฤษฎีของ Haldane เป็นพื้นฐานของตาราง การบีบอัด

- การใช้งานที่สำคัญคือความอิ่มตัวของก๊าซในเลือด เมื่อเลือดไม่อิ่มตัวก๊าซจะละลายในนั้นจนอิ่มตัวและหยุดละลายมากขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นก๊าซที่ละลายในเลือดจะผ่านไปในอากาศ

- การทำให้เป็นแก๊สในน้ำอัดลมเป็นตัวอย่างของกฎหมายของ Henry ที่นำมาใช้ น้ำอัดลมมี CO ₂ละลายภายใต้ความดันสูงดังนั้นจึงยังคงรักษาส่วนประกอบที่รวมกันไว้ และนอกจากนี้ยังคงรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ไว้ได้นานขึ้น

เมื่อเปิดขวดโซดาแรงดันที่อยู่ด้านบนของของเหลวจะลดลงและปล่อยแรงดันทันที

เนื่องจากขณะนี้ความดันของของเหลวต่ำลงความสามารถในการละลายของ CO _{2 จึง}ลดลงและหลุดออกสู่สิ่งแวดล้อม (สังเกตได้จากการเพิ่มขึ้นของฟองอากาศจากด้านล่าง)

- ในขณะที่นักดำน้ำลงไปที่ระดับความลึกมากขึ้นไนโตรเจนที่หายใจเข้าไปจะไม่สามารถหลบหนีได้เนื่องจากแรงดันภายนอกป้องกันไม่ให้มันละลายในเลือดของแต่ละคน

เมื่อนักดำน้ำขึ้นสู่ผิวน้ำอย่างรวดเร็วซึ่งความดันภายนอกลดลงอีกครั้งไนโตรเจนจะเริ่มเป็นฟองเข้าไปในเลือด

สิ่งนี้ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าความเจ็บป่วยจากการบีบอัด ด้วยเหตุนี้นักดำน้ำจึงจำเป็นต้องขึ้นอย่างช้าๆเพื่อให้ไนโตรเจนหลุดออกจากเลือดได้ช้าลง

- การศึกษาผลของการลดลงของออกซิเจนระดับโมเลกุล (O ₂ ) ที่ละลายในเลือดและเนื้อเยื่อของนักปีนเขาหรือผู้ประกอบกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการอยู่ที่ระดับความสูงเป็นเวลานานรวมทั้งในผู้ที่อาศัยอยู่ในที่สูงพอสมควร

- การวิจัยและปรับปรุงวิธีการที่ใช้เพื่อหลีกเลี่ยงภัยธรรมชาติที่อาจเกิดจากการที่มีก๊าซละลายอยู่ในแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่สามารถปล่อยออกมาได้อย่างรุนแรง

ตัวอย่าง

กฎของเฮนรี่ใช้เฉพาะเมื่อโมเลกุลอยู่ในสภาวะสมดุล นี่คือตัวอย่างบางส่วน:

- ในการละลายของออกซิเจน (O ₂ ) ในของเหลวในเลือดโมเลกุลนี้ถือว่าละลายในน้ำได้ไม่ดีแม้ว่าความสามารถในการละลายของมันจะเพิ่มขึ้นมากเนื่องจากมีเฮโมโกลบินอยู่ในปริมาณสูง ดังนั้นโมเลกุลของฮีโมโกลบินแต่ละโมเลกุลสามารถจับกับโมเลกุลออกซิเจน 4 ตัวที่ปล่อยออกมาในเนื้อเยื่อเพื่อใช้ในการเผาผลาญ

- ในปี 1986 มีการจดทะเบียนเมฆคาร์บอนไดออกไซด์หนาทึบซึ่งจู่ๆก็ถูกขับออกจากทะเลสาบ Nyos (ตั้งอยู่ในแคเมอรูน) ทำให้หายใจไม่ออกประมาณ 1,700 คนและสัตว์จำนวนมากซึ่งกฎหมายนี้อธิบายได้

- ความสามารถในการละลายที่ก๊าซที่กำหนดในชนิดของเหลวมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันของก๊าซดังกล่าวเพิ่มขึ้นแม้ว่าจะมีความกดดันสูง แต่ก็มีข้อยกเว้นบางประการเช่นโมเลกุลของไนโตรเจน (N ₂ )

- กฎของ Henry ใช้ไม่ได้เมื่อมีปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างสารที่ทำหน้าที่เป็นตัวถูกละลายและสิ่งที่ทำหน้าที่เป็นตัวทำละลาย นั่นคือกรณีของอิเล็กโทรไลต์เช่นกรดไฮโดรคลอริก (HCl)

อ้างอิง

Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). พื้นฐานทางฟิสิกส์เคมี. (ฉบับที่ 6) บทบรรณาธิการ CECSA เม็กซิโก หน้า 111-119
บรรณาธิการของ Encyclopaedia Britannica (2018) กฎของเฮนรี่ สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2018 จาก: britannica.com
Byju ของ (2018) กฎของเฮนรี่คืออะไร. สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2561 จาก: byjus.com
Leisurepro & Aquaviews. (2018) กฎหมายของ Henry สืบค้นเมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม 2018 จาก: leisurepro.com
มูลนิธิ Annenberg (2017) ส่วนที่ 7: กฎหมายของเฮนรี่ สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2018 จาก: learner.org
โมนิก้ากอนซาเลซ (25 เมษายน 2554). กฎหมายของเฮนรี่ สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2018, จาก: quimica.laguia2000.com
เอียนไมลส์ (24 กรกฎาคม 2552). ประดาน้ำ . สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2561 จาก: flickr.com

กฎของเฮนรี่: สมการส่วนเบี่ยงเบนการใช้งาน - เคมี - 2026