HENRYHO ZÁKON: ROVNICE, ODCHYLKA, APLIKACE - CHEMIE - 2025

Henry je zákon uvádí, že při konstantní teplotě, množství rozpuštěného plynu v kapalině, je přímo úměrná jeho parciální tlak na povrchu kapaliny.

To bylo postuloval v 1803 anglickým fyzikem a chemik William Henry. Jeho zákon lze také interpretovat tímto způsobem: je-li zvýšen tlak na kapalinu, tím větší bude množství plynu v něm rozpuštěné.

Zde je plyn považován za solut roztoku. Na rozdíl od pevné látky má teplota negativní vliv na její rozpustnost. Tak, jak se teplota zvyšuje, plyn má sklon k úniku z kapaliny snadněji směrem k povrchu.

Důvodem je skutečnost, že zvýšení teploty přispívá energii k plynným molekulám, které se navzájem srazí a vytvoří bubliny (horní obrázek). Tyto bubliny pak překonají vnější tlak a uniknou ze sinusu kapaliny.

Pokud je vnější tlak velmi vysoký a kapalina je udržována v chladu, bubliny se rozpustí a pouze několik plynných molekul se „vznáší“ na povrchu.

Henryho rovnice práva

Lze ji vyjádřit následující rovnicí:

P = K _H ∙ C

Kde P je parciální tlak rozpuštěného plynu; C je koncentrace plynu; a K _H je Henryho konstanty.

Je nutné pochopit, že parciální tlak plynu je takový, jaký vyvíjí jednotlivě druh zbytku celkové směsi plynů. A celkový tlak není nic jiného než součet všech dílčích tlaků (Daltonův zákon):

P _Celkem = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Počet plynných druhů, které tvoří směs, je reprezentován n. Například, v případě, že je vodní pára a CO ₂ na povrchu kapaliny, n je rovno 2.

Odchylka

U plynů špatně rozpustných v kapalinách je řešení téměř ideální, což odpovídá Henryho zákonu o solutu.

Když je však tlak vysoký, existuje odchylka vůči Henrymu, protože se roztok přestane chovat jako ideální ředění.

Co to znamená? Tyto interakce solute-solute a solute-solvent začínají mít své vlastní účinky. Když je roztok velmi zředěný, molekuly plynu jsou „výlučně“ obklopeny rozpouštědlem a zanedbávají možná setkání mezi sebou.

Pokud tedy řešení již není ideálně zředěno, je v grafu P _i vs. X _i pozorována ztráta lineárního chování.

Na závěr tohoto aspektu: Henryho zákon určuje tlak par solutu v ideálním zředěném roztoku. Zatímco na rozpouštědlo, platí Raoultův zákon:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Rozpustnost plynu v kapalině

Když je plyn dobře rozpuštěn v kapalině, jako je cukr ve vodě, nelze jej odlišit od prostředí, čímž se vytvoří homogenní roztok. Jinými slovy: v tekutině (nebo krystalu cukru) nejsou pozorovány žádné bubliny.

Účinná solvatace plynných molekul však závisí na některých proměnných, jako jsou: teplota kapaliny, tlak, který ji ovlivňuje, a chemická povaha těchto molekul ve srovnání s těmi, které kapalina obsahuje.

Pokud je vnější tlak velmi vysoký, zvyšuje se šance na pronikání plynu na povrch kapaliny. A na druhé straně je pro rozpuštěné plynné molekuly obtížnější překonat dopadající tlak a uniknout ven.

Pokud je systém kapalina-plyn v pohybu (jako v moři a ve vzduchových čerpadlech uvnitř akvária), je absorpce plynu výhodná.

A jak ovlivňuje povaha rozpouštědla absorpci plynu? Pokud je to polární, jako voda, bude vykazovat afinitu k polárním solutům, tj. K plynům, které mají trvalý dipólový moment. Zatímco pokud je nepolární, jako jsou uhlovodíky nebo tuky, bude preferovat nepolární plynné molekuly

Například, amoniak (NH ₃), je velmi rozpustný ve vodě, plyn v důsledku vodíkové vazby interakcí. Zatímco vodíku (H ₂), jehož malá molekula je nepolární, interaguje slabě s vodou.

Také v závislosti na stavu procesu absorpce plynu v kapalině mohou být v nich stanoveny následující stavy:

Nenasycený

Kapalina je nenasycená, když je schopna rozpustit více plynu. Je to proto, že vnější tlak je větší než vnitřní tlak kapaliny.

Nasycený

Kapalina vytváří rovnováhu v rozpustnosti plynu, což znamená, že plyn uniká stejnou rychlostí, jakou vstupuje do kapaliny.

Lze to také vidět takto: Pokud tři plynné molekuly uniknou do vzduchu, další tři se vrátí do kapaliny současně.

Přesycený

Kapalina je přesycena plynem, když je její vnitřní tlak vyšší než vnější tlak. A s minimální změnou v systému uvolní přebytečný rozpuštěný plyn, dokud nebude rovnováha obnovena.

Aplikace

- Henryho zákon lze použít k výpočtu absorpce inertních plynů (dusík, helium, argon atd.) V různých tkáních lidského těla, které společně s Haldanovou teorií tvoří základ tabulek dekomprese.

- Důležitou aplikací je nasycení plynu v krvi. Když je krev nenasycená, plyn se v ní rozpouští, dokud se nenasycí a přestane se více rozpouštět. Jakmile k tomu dojde, plyn rozpuštěný v krvi přechází do vzduchu.

- Zplyňování nealkoholických nápojů je příkladem aplikovaného Henryho zákona. Nealkoholické nápoje mají CO ₂ rozpuštěný pod vysokým tlakem, čímž se udržuje každá z kombinovaných složek, které ji tvoří; a navíc si zachovává charakteristickou chuť mnohem déle.

Když je láhev sody uzavřena, tlak na horní straně kapaliny klesá a tlak se okamžitě uvolní.

Protože se tlak na kapalinu je nyní nižší rozpustnost CO ₂ kapek a uniká do okolního prostředí (si lze všimnout ve vzestupu bublin ze dna).

- Jak potápěč sestupuje do větších hloubek, vdechovaný dusík nemůže uniknout, protože mu to zabraňuje vnější tlak, který se rozpouští v krvi jednotlivce.

Když potápěč rychle stoupá na povrch, kde opět klesá vnější tlak, začne do krve bublinovat dusík.

To způsobuje tzv. Dekompresní nemoc. Z tohoto důvodu jsou potápěči povinni pomalu stoupat, takže dusík uniká pomaleji z krve.

- Studium účinků snížení molekulárního kyslíku (O ₂) rozpuštěného v krvi a tkáních horolezců nebo praktikujících činností, které zahrnují dlouhodobý pobyt ve vysokých nadmořských výškách, jakož i na obyvatele poměrně vysokých míst.

- Výzkum a zlepšování metod používaných k předcházení přírodním katastrofám, které mohou být způsobeny přítomností plynů rozpuštěných v obrovských vodních útvarech, které mohou být násilně uvolněny.

Příklady

Henryho zákon platí pouze tehdy, když jsou molekuly v rovnováze. Zde jsou nějaké příklady:

- Při rozpouštění kyslíku (O ₂) v krevní tekutině je tato molekula považována za špatně rozpustnou ve vodě, i když její rozpustnost se značně zvyšuje díky vysokému obsahu hemoglobinu v ní. Každá molekula hemoglobinu se tedy může vázat na čtyři molekuly kyslíku, které jsou uvolňovány ve tkáních, aby mohly být použity v metabolismu.

- V roce 1986 byl zaznamenán hustý oblak oxidu uhličitého, který byl najednou vyloučen z jezera Nyos (nacházející se v Kamerunu) a udusil přibližně 1700 lidí a velké množství zvířat, což vysvětlil tento zákon.

- rozpustnost, že daný plyn projevuje v kapalině druhu má tendenci se zvyšovat jako tlaku uvedeného plynu roste, i když při vysokých tlacích jsou určité výjimky, jako například molekuly dusíku (N ₂).

- Henryho zákon není použitelný, pokud existuje chemická reakce mezi látkou, která působí jako solut, a látkou, která působí jako rozpouštědlo; to je případ elektrolytů, jako je kyselina chlorovodíková (HCl).

Reference

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Základy fyzikální chemie. (6. ed.). Editorial CECSA, Mexico. P 111-119.
2. Redakce Encyclopaedia Britannica. (2018). Henryho zákon. Citováno z 10. května 2018, z: britannica.com
3. Byju. (2018). Co je Henryho zákon? Citováno z 10. května 2018, z: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Henryův zákon Citováno z 10. května 2018, z: leisurepro.com
5. Annenbergova nadace. (2017). Sekce 7: Henryho zákon. Citováno z 10. května 2018, z: Learner.org
6. Monica Gonzalezová. (25. dubna 2011). Henryho zákon. Citováno z 10. května 2018, z: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (24. července 2009). Potápěč.. Citováno z 10. května 2018, z: flickr.com