Henryjev zakon je plinski zakon, koji tvrdi da kod konstantne temperature, količina otopljenog plina u kapljevini, je direktno proporcionalna s parcijalnim tlakom tog plina, u ravnoteži s tekućinom. Njega je postavio William Henry 1803. Drugim riječima, topljivost plina u tekućini je izravno proporcionalna tlaku plina iznad tekućine.

Svakodnevni primjer Henryjevog zakona su gazirana pića. Prije nego što se boca s gaziranim pićem otvori, plin iznad pića u boci je skoro čisti ugljikov dioksid, s pritiskom malo većim od atmosferskog tlaka. Piće isto ima otopljenog ugljikovog dioksida u sebi. Kada bocu otvorimo, dio plina u boci pobjegne, davajući karakteristični piskavi šum. Kako je tlak iznad tekućine niži, dio rastopljenog ugljikovog dioksida izlazi iz otopine u obliku mjehurića, sve dok se ne uspostavi ravnoteža.

Formula i konstanta Henryjevog zakona Henryjev zakon u matematičkom obliku glasi:

gdje je: p – parcijalni tlak otopljenog plina, u zraku iznad otopine, c – koncentracija otopljene tvari i kH – Henryjeva konstanta, koja ovisi o otopljenoj tvari, otopini i temperaturi. Neke vrijednosti kH za plinove otopljene u vodi, na temperaturi 298 K (25 ºC) su:"Green Book"Francis L. Smith, Allan H. Harvey, 2007., "Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law", journal=CEP (Chemical Engineering Progress)

kisik (O2) : 769,2 L·atm/mol ugljikov dioksid (CO2) : 29,4 L·atm/mol vodik (H2) : 1282,1 L·atm/mol

Ostali oblici Henryjevog zakon U raznoj literaturi mogu se naći razni oblici Henryjevog zakon, koje vidimo u tablici: "University of Arizona chemistry class notes" "An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool"

{| class="wikitable" |+ 'Tablica 1: Neki oblici Henryjevog zakona i konstanti (plinovi u vodi kod 298 K), izvedeni iz ! jednadžbe: || || || || |- ! jedinice: || || || || bez dimenzije |- |align=center| O2 ||align=center| 769,23||align=center| 1,3 ||align=center| 4,259 ||align=center| 3,180 |- |align=center| H2 ||align=center| 1282,05 ||align=center| 7,8 ||align=center| 7,099 ||align=center| 1,907 |- |align=center| CO2 ||align=center| 29,41 ||align=center| 3,4 ||align=center| 0,163 ||align=center| 0,8317 |- |align=center| N2 ||align=center| 1639,34 ||align=center| 6,1 ||align=center| 9,077 ||align=center| 1,492 |- |align=center| He ||align=center| 2702,7 ||align=center| 3,7||align=center| 14,97 ||align=center| 9,051 |- |align=center| Ne ||align=center| 2222,22 ||align=center| 4,5 ||align=center| 12,30 ||align=center| 1,101 |- |align=center| Ar ||align=center| 714,28 ||align=center| 1,4 ||align=center| 3,955 ||align=center| 3,425 |- |align=center| CO ||align=center| 1052,63 ||align=center| 9,5 ||align=center| 5,828 ||align=center| 2,324

gdje je:c = koncentracija otopljene tvari u otopini (u mol/L)p = parcijalni tlak otopljenog plina, u zraku iznad otopine (u atm)x = molni udio plina u otopini (bez dimenzija) Henryjev zakon se može primijeniti samo za otopine koje ne reagiraju kemijski s otopljenom tvari. Tipičan primjer za plin koji reagira s otopinom je ugljikov doksid, koji stvara ugljikovu kiselinu (H2CO3), do određenog stupnja u vodi.

Temperaturna ovisnost Henryjeve konstante o temperature Kako se temperature mijenja, tako se i mijenja Henryjeva konstanta. Postoje razne formule koje izražavaju utjecaj temperature na Henryjevu konstantu. Tako na primjer van’t Hoffova jednadžba glasi:

gdje je:kH – Henryjeva konstanta ovisna o temperaturiT - apsolutna temperatura To – odnosi se na standardnu temperaturu (298 K). Ova jednadžba je samo približna vrijednost, i treba je koristiti samo ako nema rezultata pokusa za određeni plin.

Sljedeća tablica daje neke vrijednosti C (u Kelvinima) za gornju jednadžbu:

+ Tablica 2:Vrijednosti za CPlin O2 H2 CO2 N2 He Ne Ar CO C(K) 1700 500 2400 1300 230 490 1300 1300

Kako se topljivost plinova obično smanjuje s povećanjem temperature, parcijalni tlak obično raste. Dok grijemo vodu (zasićenu s dušikom) od 25 °C do 95 °C, topljivost će se smanjiti za 43 % od početne vrijednosti. To se može vidjeti na dnu posude u kojoj grijemo vodu, gdje mjehurići plina izlaze puno prije nego što se dostigne vrelište. Slično tome, ugljikov dioksid u gaziranom piću izlazi puno brže ako se ne hladi, jer se povećava parcijalni tlak s povećanjem temperature. Parcijalni tlak CO2 u plinskoj fazi, u ravnoteži s morskom vodom, postaje dvostruk svakih 16 °C povećanja temperature.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.

Konstanta C se može izraziti kao:

gdje je:ΔsolvH - entalpija otapanjaR – univerzalna plinska konstanta Topljivost plinova se ne smanjuje uvijek s povećanjem temperature. Za vodene otopine, Henryjeva konstanta ima obično svoj maksimum. Za većinu plinova, minimum je ispod 120 °C. Primjećeno je da što je manja plinska molekula (manja je topljivost u vodi), manja je temperatura maksimuma Henryjeve konstante. Tako je za helij maksimum oko 30 °C, 92 do 93 °C za argon, dušik i kisik, i 114 °C za ksenon.P. Cohen "The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems", The American Society of Mechanical Engineers, 1989., page 442.

U geofizici U geofizici, jedan oblik Henryjevog zakona, za topljivost plemenitih plinova u kontaktu s otopljenim silikatima, je sljedeći:

gdje je:C - koncentracija otopljenog plina u talini i u plinskoj faziβ - 1/kBT, obrnuta temperaturna skala: kB = Boltzmannova konstantaµE - višak kemijskog potencijala otopljenog plina u dvije faze

Usporedba s Raoultovim zakonom Za otopine, koncentracija otopljene tvari je otprilike proporcionalna s molnim udjelom x, i Henryjev zakon se može pisati kao:

To se može usporediti s Raoultovim zakonom:

gdje je p*'' - parni pritisak čiste komponente.

Na prvi pogled, Raultov zakon izgleda kao poseban slučaj Henryjevog zakona, gdje vrijedi kH = p*. To vrijedi za kemijske spojeve koji su slični, kao benzene i toulen, koji se pokoravaju Raultovom zakonu u cijelom rasponu: takve mješavine se nazivaju “idealne":

Raoultov zakon:

Henryjev zakon:

Povezani članci daltonov zakon parcijalni tlak

Izvori

Kategorija:Plinski zakoni