Henry se wet

Henry se wet is 'n is 'n gaswet wat stel dat vir 'n voldoende verdunde oplossing wat nie ideaal is nie 'n eweredigheid bestaan tussen die konsentrasie van die opgeloste stof en sy parsiële dampdruk in ewewig bo die, gewoonlik waterige, oplossing. In hierdie verdunde gebied bly Raoult se wet geldig vir die oplosmiddel. Die groot verskil tussen die twee wette is dat die eweredigheidskonstante vir Raoult se wet gelyk is aan die dampdruk van die suiwere komponent. Vir Henry se wet wyk dit daarvan af en moet dit apart deur meting bepaal word.^[1]

Die rooi lyn gee Henry se wet, die blou ene die dampdruk wat afwyk van die regte lyne van Raoult se wet (in groen)

Dit is geformuleer deur die Engelse chemikus William Henry, wat die onderwerp in die vroeë 19de eeu bestudeer het.

Definisies

Die eweredigheidskonstante word Henry se konstante genoem en dit kan uitgedruk word as:

${\displaystyle k_{H}={\frac {c_{A}}{p_{A}}}}$

Waar:

• ${\displaystyle k_{H}}$ = Henry se konstante. Dit word in literatuur verkry en word gewoonlik gegee by 25 grade C of 298.15 K. Die eenhede is dikwels mol/(L•atm)
• ${\displaystyle c_{A}}$ = konsentrasie van die spesie A in die oplossing. Die eenhede hang af van die eenhede van ${\displaystyle k_{H}}$. Gewoonlik is die eenhede in molariteit of mol/liter.
• ${\displaystyle p_{A}}$ = Dampdruk van spesie A in die gasmengsel bokant die wateroppervlak. Die eenhede van die dampdruk hang af van die eenhede van ${\displaystyle k_{H}}$.

Gewoonlik word vir die konsentrasie die molariteit in [mol/L] geneem en die druk uitgedruk in [atm], maar baie andere kombinasies is moontlik. Die konsentrasie kan ook in molariteit [mol/kg] of molêre fraksie [dimensiloos] en die druk in bar, Pascal of torr uitgedruk word.

Dalton se wet bepaal dat:

${\displaystyle p_{A}=x_{A}P_{totaal}}$

Waar:

• ${\displaystyle p_{A}}$ = Dampdruk van spesie A in die gasmengsel bokant die wateroppervlak.
• ${\displaystyle x_{A}}$ = Molfraksie van spesie A in die gasmengsel.
• ${\displaystyle P_{totaal}}$ = Druk van die gasmengsel bokant die wateroppervlak.

Dus is:

${\displaystyle c_{A}=p_{A}H=x_{A}P_{totaal}H}$

Alternatiewe definisie

Die definisie hierbo is ook nie die enigste moontlike nie. Dit kan ook as basis van die gaskonsentrasie pleks die dampdruk gegee word.

${\displaystyle k_{H}^{cc}={\frac {c_{A}^{opl.}}{c_{A}^{gas}}}=k_{H}*RT}$

waarin R=die gaskonstante en T=temperatuur (in Kelvin)

Soms word die definisie ook omgedraai om die vlugtigheid pleks die oplosbaarheid van die opgeloste stof te benadruk. Gewoonlik word die molfraksie hier gebruik om die konsentrasie uit te druk

${\displaystyle k_{H}^{inv}={\frac {P_{A}}{c_{A}}}={\frac {\rho _{H_{2}O}}{M_{H_{2}O}*k_{H}}}}$

Dié konversie benodig die digtheid en die molêre massa van water.

Afhanklikheid van die temperatuur

Die oplosbaarheid in die verdunde gebied is afhanklik van die temperatuur volgens:

${\displaystyle {\frac {-dlnk_{H}}{d(1/T)}}={\frac {\Delta _{opl}H}{R}}}$

waarin Δ_oplH die oplossingsentalpie voorstel.

In geïntegreerde vorm is hierdie uitdrukking:

${\displaystyle k_{H}(T_{2})=k_{H}(T_{1})*exp\left[{\frac {\Delta _{opl}H}{R}}\left({{\frac {1}{T_{2}}}-{\frac {1}{T_{1}}}}\right)\right]}$

Omdat Henry-konstantes gewoonlik gegee word by 25 grade C (298.15 K) moet bogenoemde formule gebruik word om die Henry-konstante om te skakel na die vloeistoftemperatuur.

Polêre en nie-polêre gasse

Soort los soort op. Dus polêre gasse los baie beter op in polêre vloeistowwe en nie-polêre gasse los baie beter op in nie-polêre vloeistowwe.

Byvoorbeeld, watter molekules hieronder sal die beste in water oplosː

• Waterstof (H₂)
• Koolstofdioksied (CO₂)
• Swaeldioksied (SO₂)

Water (H₂O) is 'n polêre molekule, dus sal polêre molekules die beste daarin oplos.

H₂ is nie polêr nie en daarom is die oplosbaarheid laag. CO₂ is polêr, maar nie so sterk polêr soos SO₂ nie. Daarom sal SO₂ die beste in water oplos.

Hierdie kan ook gesien word uit die Henry-konstantes (k_H) van die drie molekules. Waterstof se Henry-konstante is laag en swaeldioksied se Henry-konstante is die hoogsteː

• k_H, H₂ = 0.00078 mol/(atm.L)
• k_H, CO₂ = 0.0345 mol/(atm.L)
• k_H, SO₂ = 1.2 mol/(atm.L)

Toepassings

Suurstof in water

Suurstofkonsentrasie in water Henry konstantes 1.27 [mmol/atmL] en 1650 K

Henry se wet beskryf die suurstofgehalte in riviere en oseane. Die konstante se waarde vir suurstof (25 °C) is ongeveer ${\displaystyle k_{H}=1.27{\frac {mmol}{L*atm}}}$ en vir die temperatuurafhanklikheid ongeveer ${\displaystyle {\frac {\Delta _{opl}H}{R}}=1650K}$.

As daar ongeveer 20% suurstof in lug is en die lugdruk is 1 atm dan is die parsiële druk van suurstof in die lug volgens Dalton se wet die volgende:

${\displaystyle p_{A}=x_{A}P_{totaal}=0.2\times 1=0.2\ atm}$

Volgens Henry se wet is die ewewigskonsentrasie van suurstof in die water dus:

${\displaystyle c_{A}=k_{H}\times p_{A}=1.27\times 0.2=0.254\ mmol/L}$

${\displaystyle 0.254\ mmol/L\times 32\ mg/mmol=8.1\ mg/L}$

Dit verteenwoordig die maksimum by hierdie temperatuur. In riviere, mere ens. is diffusie uit die atmosfeer egter slegs een van drie faktore wat suurstof kan oplos. Die ander twee is wind- en golfaksie en die fotosintese deur plante en fitoplankton. Die konsentrasie sal laer wees in stilstaande water veral snags as die plante suurstof verbruik pleks van dit te produseer.

Die minimum gesonde suurstofkonsentrasie vir visse is ongeveer 5 mg/L.^[2] Konsentrasies laer dan 4 mg/L is skadelik. By konsentrasies van 2 mg/L sal visse poog om lug te hap en vrek dan.

By hoër temperature word die situasie vinnig problematies. Die ewewigskonsentrasie bereik die 5 mg/L grens by ongeveer 53 °C en is net 3,4 mg/L by 80 °C. Termiese besoedeling kan daarom maklik tot vissterfte lei.

Dekompressiesiekte

Henry se wet is vir duikers 'n belangrike saak. Aangesien duikers onder 'n verhoogde druk asemhaal, is die hoeveelheid stikstof wat oplos in die bloed en die weefsels hoër as normaal. Indien hulle vinnig terugkeer na die oppervlak sal die oorskot uit oplossing kom en klein borrels vorm in die bloedvate, gewrigte en die brein. Dit gee aanleiding tot dekompressiesiekte.^[3]

Literatuur

Die volgende Henry-konstantes is geneem van Rolf Sander:^[4]

Stof	${\displaystyle k_{H}\left[{\frac {mol}{atm*L}}\right]}$ (by 25 °C of 298.15 K)	${\displaystyle {\frac {\Delta _{opl}H}{R}}}$
H2	0.00078	500
O2	0.00127	1700
CO2	0.0345	2400
CO	0.000909	1300
CH4	0.00134	1800
C2H6	0.0019	2350
C3H8	0.00145	2700
C4H10	0.0011	3100
C6H14	0.0007	7500
C7H16	0.0019	-3550
Ar	0.00141	1300
N2	0.000625	1300
H2O2	92000
NH3	55
HNO2	49
Cl2	0.082
SO2	1.2
He	0.000375	230
CH3OH	220

Verwysings

1. Peter Atkins, Julio de Paula Physical Chemistry 10th ed., 2014, ISBN 978-1-4292-9019-7, bls 188
2. "Ruth Francis-Floyd Dissolved Oxygen for Fish Production, U. Florida" (in Engels).
3. André Coetzee Beginsels van narkose vir die voorgraadse student, 2012, ISBN 978-1920338-27-5
4. "Rolf Sander Compilation of Henry's Law Constants for Inorganic and Organic Species of Potential Importance in Environmental Chemistry, 1999" (PDF) (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 24 Januarie 2016. Besoek op 17 Januarie 2016.