DE WET VAN HENRY: VERGELIJKING, AFWIJKING, TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

De wet van Henry stelt dat bij constante temperatuur de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof recht evenredig is met de partiële druk op het oppervlak van de vloeistof.

Het werd in 1803 gepostuleerd door de Engelse natuurkundige en chemicus William Henry. Zijn wet kan ook zo worden geïnterpreteerd: als de druk op de vloeistof wordt verhoogd, des te groter zal de hoeveelheid erin opgelost gas zijn.

Hier wordt het gas beschouwd als de opgeloste stof van de oplossing. In tegenstelling tot vaste opgeloste stof, heeft temperatuur een negatief effect op de oplosbaarheid. Dus als de temperatuur stijgt, heeft het gas de neiging om gemakkelijker uit de vloeistof naar het oppervlak te ontsnappen.

Dit komt doordat de temperatuurstijging energie levert aan de gasvormige moleculen, die met elkaar in botsing komen om bellen te vormen (bovenste afbeelding). Deze bellen overwinnen dan de externe druk en ontsnappen uit de sinus van de vloeistof.

Als de externe druk erg hoog is, en de vloeistof wordt koud gehouden, zullen de bellen oplossen en zullen slechts een paar gasvormige moleculen op het oppervlak "zweven".

De vergelijking van de wet van Henry

Het kan worden uitgedrukt door de volgende vergelijking:

P = K _H ∙ C

Waar P de partiële druk van het opgeloste gas is; C is de gasconcentratie; en K _H is Henry's constante.

Het is noodzakelijk om te begrijpen dat de partiële druk van een gas de partiële druk is die individueel wordt uitgeoefend door een soort van de rest van het totale gasmengsel. En de totale druk is niets meer dan de som van alle partiële drukken (wet van Dalton):

P _Totaal = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Het aantal gasvormige soorten waaruit het mengsel bestaat, wordt weergegeven door n. Als er bijvoorbeeld waterdamp en CO ₂ op het oppervlak van een vloeistof zit , is n gelijk aan 2.

Afwijking

Voor gassen die slecht oplosbaar zijn in vloeistoffen, is de oplossing bijna ideaal, in overeenstemming met de wet van Henry voor de opgeloste stof.

Als de druk echter hoog is, is er een afwijking ten opzichte van Henry, omdat de oplossing zich niet meer gedraagt ​​als een ideale verdunning.

Wat betekent het? Die interacties tussen opgeloste stof en opgeloste stof en oplosmiddel beginnen hun eigen effecten te hebben. Als de oplossing erg verdund is, worden de gasmoleculen “uitsluitend” omgeven door oplosmiddel, waarbij ze de mogelijke ontmoetingen onderling verwaarlozen.

Daarom, wanneer de oplossing niet meer ideaal verdunde, het verlies van lineair gedrag waargenomen in de grafiek P _i versus X _i .

Ter afsluiting van dit aspect: de wet van Henry bepaalt de dampspanning van een opgeloste stof in een ideale verdunde oplossing. Voor het oplosmiddel geldt de wet van Raoult:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Oplosbaarheid van een gas in de vloeistof

Wanneer een gas goed is opgelost in een vloeistof, zoals suiker in water, is het niet te onderscheiden van de omgeving en vormt het een homogene oplossing. Met andere woorden: er worden geen bellen waargenomen in de vloeistof (of suikerkristallen).

De efficiënte solvatatie van gasvormige moleculen hangt echter af van een aantal variabelen, zoals: de temperatuur van de vloeistof, de druk die erop van invloed is en de chemische aard van deze moleculen in vergelijking met die van de vloeistof.

Als de externe druk erg hoog is, wordt de kans groter dat gas het vloeistofoppervlak binnendringt. En aan de andere kant vinden opgeloste gasvormige moleculen het moeilijker om de invallende druk te overwinnen om naar buiten te ontsnappen.

Als het vloeibaar-gassysteem in beweging is (zoals in de zee en in de luchtpompen in het aquarium), wordt de opname van gas bevorderd.

En hoe beïnvloedt de aard van het oplosmiddel de opname van een gas? Als dit polair is, zoals water, zal het affiniteit vertonen voor polaire opgeloste stoffen, dat wil zeggen voor die gassen die een permanent dipoolmoment hebben. Terwijl als het apolair is, zoals koolwaterstoffen of vetten, het de voorkeur geeft aan apolaire gasvormige moleculen

Ammoniak (NH ₃ ) is bijvoorbeeld een zeer oplosbaar gas in water vanwege interacties met waterstofbruggen. Terwijl waterstof (H ₂ ), waarvan het kleine molecuul apolair, in wisselwerking zwak met water.

Afhankelijk van de toestand van het gasabsorptieproces in de vloeistof, kunnen er ook de volgende toestanden in worden vastgesteld:

Onverzadigd

De vloeistof is onverzadigd als hij meer gas kan oplossen. Dit komt doordat de externe druk groter is dan de interne druk van de vloeistof.

Verzadigd

De vloeistof brengt een evenwicht in de oplosbaarheid van het gas tot stand, wat betekent dat het gas met dezelfde snelheid ontsnapt als het de vloeistof binnenkomt.

Het kan ook als volgt worden gezien: als drie gasvormige moleculen de lucht in ontsnappen, keren er nog eens drie tegelijk terug naar de vloeistof.

Oververzadigd

De vloeistof is oververzadigd met gas wanneer de interne druk hoger is dan de externe druk. En, met een minimale verandering in het systeem, zal het overtollig opgelost gas vrijgeven totdat het evenwicht is hersteld.

Toepassingen

- De wet van Henry kan worden toegepast om de opname van inerte gassen (stikstof, helium, argon, enz.) In de verschillende weefsels van het menselijk lichaam te berekenen, en die samen met de theorie van Haldane de basis vormen van de tabellen decompressie.

- Een belangrijke toepassing is de verzadiging van gas in het bloed. Wanneer bloed onverzadigd is, lost het gas erin op, totdat het verzadigd raakt en niet meer meer oplost. Zodra dit gebeurt, gaat het gas dat in het bloed is opgelost, in de lucht.

- De vergassing van frisdranken is een voorbeeld van de toegepaste wet van Henry. Frisdranken hebben CO ₂ opgelost onder hoge druk, waardoor elk van de gecombineerde componenten waaruit het bestaat behouden blijft; en ook, het behoudt de karakteristieke smaak veel langer.

Wanneer de frisdrankfles niet is afgesloten, neemt de druk bovenop de vloeistof af, waardoor de druk onmiddellijk vrijkomt.

Doordat de druk op de vloeistof nu lager is, daalt de oplosbaarheid van CO ₂ en ontsnapt het in het milieu (dit is te zien aan het opstijgen van de bellen van onderen).

- Als een duiker naar grotere diepten afdaalt, kan de ingeademde stikstof niet ontsnappen omdat de externe druk dit verhindert en oplost in het bloed van het individu.

Wanneer de duiker snel naar de oppervlakte stijgt, waar de externe druk weer daalt, begint stikstof in het bloed te borrelen.

Dit veroorzaakt wat bekend staat als decompressieziekte. Om deze reden moeten duikers langzaam opstijgen, zodat stikstof langzamer uit het bloed ontsnapt.

- Studie van de effecten van de afname van moleculaire zuurstof (O ₂ ) opgelost in het bloed en weefsels van bergbeklimmers of beoefenaars van activiteiten waarbij langdurig verblijf op grote hoogte nodig is, evenals bij de bewoners van vrij hoge plaatsen.

- Onderzoek naar en verbetering van de methoden die worden gebruikt om natuurrampen te voorkomen die kunnen worden veroorzaakt door de aanwezigheid van gassen die zijn opgelost in grote watermassa's die met geweld kunnen vrijkomen.

Voorbeelden

De wet van Henry is alleen van toepassing als de moleculen in evenwicht zijn. Hier zijn enkele voorbeelden:

- Bij het oplossen van zuurstof (O ₂ ) in de bloedvloeistof wordt dit molecuul als slecht oplosbaar in water beschouwd, hoewel de oplosbaarheid aanzienlijk toeneemt vanwege het hoge gehalte aan hemoglobine erin. Elk hemoglobinemolecuul kan dus binden aan vier zuurstofmoleculen die vrijkomen in de weefsels die worden gebruikt bij het metabolisme.

- In 1986 werd een dikke wolk koolstofdioxide geregistreerd die plotseling werd verdreven uit het Nyos-meer (gelegen in Kameroen), waarbij ongeveer 1700 mensen en een groot aantal dieren werden verstikt, wat werd verklaard door deze wet.

- De oplosbaarheid die een bepaald gas manifesteert in een vloeibare soort heeft de neiging toe te nemen naarmate de druk van dat gas toeneemt, hoewel er bij hoge drukken bepaalde uitzonderingen zijn, zoals stikstofmoleculen (N ₂ ).

- de wet van Henry is niet van toepassing wanneer er een chemische reactie plaatsvindt tussen de stof die als opgeloste stof werkt en die die als oplosmiddel fungeert; dat is het geval met elektrolyten, zoals zoutzuur (HCl).

Referenties

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Grondbeginselen van fysicochemie. (6e ed.). Redactioneel CECSA, Mexico. P 111-119.
2. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (2018). Henry's wet. Opgehaald op 10 mei 2018, van: britannica.com
3. Byju's. (2018). Wat is de wet van Henry? Opgehaald op 10 mei 2018, van: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Henry's Law Opgehaald op 10 mei 2018, van: leisurepro.com
5. Annenberg Stichting. (2017). Sectie 7: Henry's Law. Opgehaald op 10 mei 2018, van: learner.org
6. Monica Gonzalez. (25 april 2011). Henry's Law. Opgehaald op 10 mei 2018, van: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (24 juli 2009). Duiker. . Opgehaald op 10 mei 2018, van: flickr.com