9.5: Вплив тиску на розчинність - Закон Генрі

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21906

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть, як тиск впливає на концентрацію розчиненої речовини в розчині.

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:

\[\frac{C_1}{P_1} = \frac{C_2}{P_2}\nonumber \]

\(C_1\)і\(P_1\) є концентрацією і тиском при початковому наборі умов;\(C_2\) і\(P_2\) концентрація 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

\(C_1 = 0.745 \: \text{g/L}\)
\(P_1 = 1.00 \: \text{atm}\)
\(P_2 = 4.50 \: \text{atm}\)

Невідомий

Заставте в закон Генрі і вирішуйте для\(C_2\).

Крок 2: Вирішіть.

\[C_2 = \frac{C_1 \times P_2}{P_1} = \frac{0.745 \: \text{g/L} \times 4.50 \: \text{atm}}{1.00 \: \text{atm}} = 3.35 \: \text{g/L}\nonumber \]

Крок 3: Подумайте про свій результат.

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