Henrijev zakon

Henrijev zakon je gasni zakon, koji tvrdi da je na konstantnoj temperaturi količina rastvorenog gasa u tečnosti direktno proporcionalna s parcijalnim pritiskom tog gasa, u ravnoteži s tečnošću. Ovaj zakon je postavio Vilijam Henri 1803. Drugim rečima, rastvorljivost gasa u tečnosti je direktno proporcionalna sa pritisakom gasa iznad tečnosti.

Svakodnevni primer Henrijevog zakona su gazirana pića. Pre nego što se boca s gaziranim pićem otvori, gas iznad pića u boci je skoro čisti ugljenik-dioksid, s pritiskom malo većim od atmosferskog pritisaka. Piće isto tako sadrži rastvoreni ugljen-dioksid u sebi. Kada bocu otvorimo, deo gasa u boci se izdvoji, dajući karakteristični piskavi šum. Kako je pritisak iznad tečnosti niži, deo rastvorenog ugljen-dioksida izlazi iz rastvora u obliku mehurića, sve dok se ne uspostavi ravnoteža.

Formula i konstanta Henrijevog zakona

Henrijev zakon u matematičkom obliku glasi:

p = k_{H} c

gde je: p – parcijalni pritisak rastvorenog gasa, u vazduhu iznad rastvora, c – koncentracija rastvorene materije i k_H – Henrijeva konstanta, koja zavisi od rastvorene materije, rastvarača i temperature. Neke vrednosti k_H za gasove rastvorene u vodi, na temperaturi 298 K (25 ºC) su:^[1]^[2]

kiseonik (O₂) : 769,2 L·atm/mol

ugljen-dioksid (CO₂) : 29,4 L·atm/mol

vodonik (H₂) : 1282,1 L·atm/mol

Ostali oblici Henrijevog zakon

U raznoj literaturi mogu se naći razni oblici Henrijevog zakon, koji su navedeni u tabeli:^[3]^[4]

**Neki oblici Henrijevog zakona i konstanti (gasovi u vodi na 298 K), izvedeni iz**
jednačine:	$k_{H, p c} = \frac{p}{c}$	$k_{H, c p} = \frac{c}{p}$	$k_{H, p x} = \frac{p}{x}$	$k_{H, c c} = \frac{c_{a q}}{c_{g a s}}$
jedinice:	$\frac{L \cdot a t m}{m o l}$	$\frac{m o l}{L \cdot a t m}$	$a t m$	bez dimenzije
O₂	769,23	1,3Шаблон:E	4,259Шаблон:E	3,180Шаблон:E
H₂	1282,05	7,8Шаблон:E	7,099Шаблон:E	1,907Шаблон:E
CO₂	29,41	3,4Шаблон:E	0,163Шаблон:E	0,8317
N₂	1639,34	6,1Шаблон:E	9,077Шаблон:E	1,492Шаблон:E
He	2702,7	3,7Шаблон:E	14,97Шаблон:E	9,051Шаблон:E
Ne	2222,22	4,5Шаблон:E	12,30Шаблон:E	1,101Шаблон:E
Ar	714,28	1,4Шаблон:E	3,955Шаблон:E	3,425Шаблон:E
CO	1052,63	9,5Шаблон:E	5,828Шаблон:E	2,324Шаблон:E

gde je:

c = koncentracija rastvorene materije u rastvoru (u mol/L)

p = parcijalni pritisak rastvorenog gasa, u vazduju iznad rastvora (u atm)

x = molni udeo gasa u rastvoru (bez dimenzija)

Henrijev zakon se može primeniti samo na rastvarače koji hemijski ne reaguaju sa rastvorenom materijom. Tipičan primer gasa koji reaguje sa rastvaračom je ugljen-dioksid, koji stvara ugljenu kiselinu (H₂CO₃), do određenog stupnja u vodi.

Temperaturna zavisnost Henrijeve konstante od temperature

Kako se temperature menja, tako se i menja Henrijeva konstanta. Postoje razne formule za izražavanje uticaja temperature na Henrijevu konstantu. Tako na primer van’t Hofova jednačina glasi:

k_{H, p c} (T) = k_{H, p c} (T^{⊖}) \exp [- C (\frac{1}{T} - \frac{1}{T^{⊖}})]

k_{H, c p} (T) = k_{H, c p} (T^{⊖}) \exp [C (\frac{1}{T} - \frac{1}{T^{⊖}})]

gde je:

k_H – Henrijeva konstanta zavisna od temperature

T - apsolutna temperatura

T_o – odnosi se na standardnu temperaturu (298 K).

Ova jednačina je samo približna vrednost, i treba je koristiti samo ako nema eksperimentalnih rezultata za dati gas.

Sledeća tabela daje neke vrednosti C (u Kelvinima) za gornju jednačinu:

**Vrednosti za C**
gas	O₂	H₂	CO₂	N₂	He	Ne	Ar	CO
C(K)	1700	500	2400	1300	230	490	1300	1300

Kako se rastvorljivost gasova obično smanjuje s povećanjem temperature, parcijalni pritisak obično raste. Dok grejemo vodu (zasićenu azotom) od 25°C do 95°C, rastvorljivost će se smanjiti za 43% od početne vrednosti. To se može videti na dnu posude u kojoj grejemo vodu, gde mehurići gasa intenzivno izlaze pre nego se dostigne vrelište. Slično tome, ugljen-dioksid u gaziranom piću izlazi puno brže ako se ne hladi, jer se povećava parcijalni pritisak s povećanjem temperature. Parcijalni pritisak CO₂ u gasnoj fazi, u ravnoteži s morskom vodom, postaje dvostruk svakih 16°C povećanja temperature.^[5]

Konstanta C se može izraziti kao:

C = - \frac{Δ_{s o l v} H}{R} = - \frac{d [\ln k_{H} (T)]}{d (1 / T)}

gde je:

Δ_solvH - entalpija rastvaranja

R – univerzalna gasna konstanta

Rastvorljivost gasova se ne smanjuje uvek s povećanjem temperature. Za vodene rastvore, Henrijeva konstanta obično ima svoj maksimum. Za većinu gasova, minimum je ispod 120°C. Primećeno je da što je manji molekul gasa (manja rastvorljivost u vodi), to je niža temperatura maksimuma Henrijeve konstante. Tako je za helijum maksimum oko 30°C, 92 do 93°C za argon, azot i kiseonik, i 114°C za ksenon.^[6]

U geofizici

U geofizici, jedan oblik Henrijevog zakona, za rastvorljivost plemenitih gasova u kontaktu s rastvorenim silikatima, je sledeći:

C_{m e l t} / C_{g a s} = \exp [- β (μ_{m e l t}^{E} - μ_{g a s}^{E})]

gde je:

C - brojna gustina rastvorenog gasa u ratvoru i u gasnoj fazi

β - 1/k_BT, recipročna temperaturna skala: k_B = Bolcmanova konstanta

µ^E - višak hemijskog potencijala ratvorenog gasa u dve faze

Poređenje sa Raulovim zakonom

Za rastvore, koncentracija rastvorene materije je otprilike proporcionalna s molnim udelom x, i Henrijev zakon se može pisati kao:

p = k_{H} x

To se može uporediti sa Raulovim zakonom:

p = p^{⋆} x

gde je p* - pritisak pare čiste komponente.

Na prvi pogled, Raulov zakon izgleda kao poseban slučaj Henrijevog zakona, gde vrijedi k_H = p*. To vredi za hemijske elemente koji su slični, kao što su benzen i toluen, koje se pokoravaju Raulovom zakonu u celom rasponu. Takve mešavine se nazivaju “idealnim":

Raulov zakon:

\lim_{x \to 1} (\frac{p}{x}) = p^{⋆}

Henrijev zakon:

\lim_{x \to 0} (\frac{p}{x}) = k_{H}

Vidi još

Reference

Шаблон:Reflist

Spoljašnje veze

EPA On-line Tools for Site Assessment Calculation – Henry's law conversion

Шаблон:Normativna kontrola

↑ "Green Book"
↑ Francis L. Smith, Allan H. Harvey, 2007., "Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law", journal=CEP (Chemical Engineering Progress)
↑ [1] Шаблон:Wayback "University of Arizona chemistry class notes"
↑ [2] "An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool"
↑ Takahashi T; Sutherland S.C.; Sweeney C; Poisson A; Metzl N; Tilbrook B; Bates, N; Wanninkhof R; Feely R.A.; Sabine C; Olafsson J; Nojiri Y "Global sea-air CO₂ flux based on climatological surface ocean pCO₂ and seasonal biological and temperature effects", Deep-Sea Research (Part II, Topical Studies in Oceanography), 2002.
↑ P. Cohen "The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems", The American Society of Mechanical Engineers, 1989., page 442.

[1] "Green Book"

[2] Francis L. Smith, Allan H. Harvey, 2007., "Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law", journal=CEP (Chemical Engineering Progress)

[3] [1] Шаблон:Wayback "University of Arizona chemistry class notes"

[4] [2] "An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool"

[5] Takahashi T; Sutherland S.C.; Sweeney C; Poisson A; Metzl N; Tilbrook B; Bates, N; Wanninkhof R; Feely R.A.; Sabine C; Olafsson J; Nojiri Y "Global sea-air CO₂ flux based on climatological surface ocean pCO₂ and seasonal biological and temperature effects", Deep-Sea Research (Part II, Topical Studies in Oceanography), 2002.

[6] P. Cohen "The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems", The American Society of Mechanical Engineers, 1989., page 442.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Henrijev zakon

Садржај

Formula i konstanta Henrijevog zakona

Ostali oblici Henrijevog zakon

Temperaturna zavisnost Henrijeve konstante od temperature

U geofizici

Poređenje sa Raulovim zakonom

Vidi još

Reference

Spoljašnje veze

Мени за навигацију

Henrijev zakon

Formula i konstanta Henrijevog zakona

Ostali oblici Henrijevog zakon

Temperaturna zavisnost Henrijeve konstante od temperature

U geofizici

Poređenje sa Raulovim zakonom

Vidi još

Reference

Spoljašnje veze

Мени за навигацију

Претрага