16.6: Закон Генрі

Наявність безалкогольного напою в космічному просторі створює деякі особливі проблеми. Під мікрогравітацією карбонізація може швидко розсіюватися, якщо не утримувати під тиском. Ви не можете відкрити банку, або ви втратите карбонізацію. Так, розроблена спеціальна ємність під тиском, щоб обійти проблему втрати газу при низькій гравітації.

Закон Генрі

Тиск дуже мало впливає на розчинність твердих речовин або рідин, але суттєво впливає на розчинність газів. Розчинність в газі збільшується зі збільшенням парціального тиску газу над рідиною. Припустимо, певний обсяг води знаходиться в закритій ємності з простором над ним, зайнятим газом вуглекислого газу при стандартному тиску. Частина$\ce{CO_2}$ молекул стикається з поверхнею води і розчиняється в рідині. Тепер припустимо, що в простір над ємністю$\ce{CO_2}$ додається більше, викликаючи підвищення тиску. При цьому більше$\ce{CO_2}$ молекул контактує з водою і так більше їх розчиняється. Таким чином, розчинність збільшується в міру збільшення тиску. Як і у випадку з твердим тілом,$\ce{CO_2}$ то нерозчинене досягає рівноваги з розчиненим$\ce{CO_2}$, представленим рівнянням:

$$\ce{CO_2} \left( g \right) \rightleftharpoons \ce{CO_2} \left( aq \right)\nonumber$$

При рівновазі швидкість газоподібного$\ce{CO_2}$ розчинення дорівнює швидкості$\ce{CO_2}$ виходу розчиненого з розчину.

Коли газовані напої упаковані, вони роблять це під високим$\ce{CO_2}$ тиском, щоб велика кількість вуглекислого газу розчинялася в рідині. Коли пляшка відкрита, рівновага порушується, оскільки$\ce{CO_2}$ тиск над рідиною знижується. Відразу ж бульбашки$\ce{CO_2}$ швидко виходять з розчину і вириваються з верхньої частини відкритої пляшки. Кількість розчинених$\ce{CO_2}$ зменшується. Якщо пляшку залишити відкритою на тривалий період часу, напій стає «плоским», оскільки з рідини$\ce{CO_2}$ виходить все більше і більше.

Зв'язок розчинності газу до тиску описується законом Генрі, названим на честь англійського хіміка Вільяма Генрі (1774-1836). Закон Генрі стверджує, що розчинність газу в рідині прямо пропорційна парціальному тиску газу над рідиною. Закон Генрі можна написати наступним чином:

$$\frac{S_1}{P_1} = \frac{S_2}{P_2}\nonumber$$

$S_1$і$P_1$ є розчинністю і тиском при початковому наборі умов;$S_2$ і$P_2$ є розчинність і тиск при іншому зміненому наборі умов. Розчинність газу, як правило, повідомляється в$\text{g/L}$.

Приклад$\PageIndex{1}$

Розчинність певного газу у воді знаходиться$0.745 \: \text{g/L}$ при стандартному тиску. Яка його розчинність при підвищенні тиску над розчином$4.50 \: \text{atm}$? Температура постійна при$20^\text{o} \text{C}$.

Рішення

Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.

Відомий

• $S_1 = 0.745 \: \text{g/L}$
• $P_1 = 1.00 \: \text{atm}$
• $P_2 = 4.50 \: \text{atm}$

Невідомий

Заставте в закон Генрі і вирішуйте для$S_2$.

Крок 2: Вирішіть.

$$S_2 = \frac{S_1 \times P_2}{P_1} = \frac{0.745 \: \text{g/L} \times 4.50 \: \text{atm}}{1.00 \: \text{atm}} = 3.35 \: \text{g/L}\nonumber$$

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Розчинність збільшується до 4,5 разів від початкового значення, відповідно до прямого співвідношення.

Резюме