헨리 의이 법 으로 일정한 온도에서, 액체에 용해 된 가스의 양이 액체의 표면의 부분 압력에 직접적으로 비례한다고.
영국의 물리학 자이자 화학자 인 William Henry가 1803 년에 가정했습니다. 그의 법칙은 또한 이러한 방식으로 해석 될 수 있습니다. 액체의 압력이 증가하면 액체에 용해 된 가스의 양이 더 많아집니다.
여기서 가스는 용액의 용질로 간주됩니다. 고체 용질과 달리 온도는 용해도에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 온도가 증가함에 따라 가스는 액체에서 표면으로 더 쉽게 빠져 나가는 경향이 있습니다.
이것은 온도의 상승이 서로 충돌하여 기포를 형성하는 기체 분자에 에너지를 제공하기 때문입니다 (상단 이미지). 이 거품은 외부 압력을 극복하고 액체의 부비동에서 빠져 나옵니다.
외부 압력이 매우 높고 액체가 차갑게 유지되면 기포가 용해되고 몇 개의 기체 분자 만 표면에 "호박"합니다.
헨리의 법칙 방정식
다음 방정식으로 표현할 수 있습니다.
P = K H ∙ C
여기서 P는 용해 된 가스의 분압입니다. C는 가스 농도입니다. 그리고 K H는 헨리의 상수이다.
가스의 분압은 전체 가스 혼합물의 나머지 종에 의해 개별적으로 가해지는 압력이라는 것을 이해하는 것이 필요합니다. 그리고 총 압력은 모든 부분 압력의 합에 지나지 않습니다 (달튼의 법칙) :
P 합계 = P 1 + P 2 + P 3 +… + P n
혼합물을 구성하는 기체 종의 수는 n으로 표시됩니다. 예를 들어,이 수증기와 CO이고 2 액체의 표면 상 , n은 2와 동일하다.
일탈
액체에 잘 녹지 않는 기체의 경우 용액은 용질에 대한 헨리의 법칙을 준수하여 이상에 가깝습니다.
그러나 압력이 높으면 용액이 이상적인 희석액으로 작동하지 않기 때문에 Henry와 관련하여 편차가 있습니다.
무슨 뜻인가요? 그 용질-용질과 용질-용매 상호 작용은 그들 자신의 효과를 갖기 시작합니다. 용액이 매우 희석되면 기체 분자가 용매로 "배타적으로"둘러싸여 서 그들 사이의 가능한 만남을 무시합니다.
따라서 솔루션이 더 이상 이상적으로 희석되지 않으면 그래프 P i 대 X i 에서 선형 동작의 손실이 관찰됩니다 .
이 측면의 결론 : Henry의 법칙은 이상적인 희석 용액에서 용질의 증기압을 결정합니다. 용매의 경우 Raoult의 법칙이 적용됩니다.
P A = X A ∙ P A *
액체에서 기체의 용해도
물속의 설탕과 같은 액체에 기체가 잘 녹 으면 환경과 구별 할 수 없어 균일 한 용액이됩니다. 즉, 액체 (또는 설탕 결정)에서 기포가 관찰되지 않습니다.
그러나 기체 분자의 효율적인 용 매화는 액체의 온도, 액체에 영향을 미치는 압력, 액체와 비교 한 이러한 분자의 화학적 특성과 같은 일부 변수에 따라 달라집니다.
외부 압력이 매우 높으면 가스가 액체 표면을 관통 할 가능성이 높아집니다. 한편, 용해 된 기체 분자는 외부로 빠져 나가기 위해 입사 압력을 극복하기가 더 어렵다는 것을 알게됩니다.
액체 가스 시스템이 교반중인 경우 (바다에서와 어항 내부의 공기 펌프에서) 가스 흡수가 선호됩니다.
그리고 용매의 특성이 가스 흡수에 어떤 영향을 미칩니 까? 이것이 물과 같이 극성이라면 극성 용질, 즉 영구적 인 쌍극자 모멘트를 갖는 기체에 대한 친 화성을 보여줍니다. 탄화수소 또는 지방과 같은 무극성 인 반면 무극성 기체 분자를 선호합니다.
예를 들어, 암모니아 (NH 3 )는 수소 결합 상호 작용으로 인해 물에 매우 용해되는 가스입니다. 작은 분자가 무극성 인 수소 (H 2 )는 물과 약하게 상호 작용합니다.
또한 액체의 가스 흡수 과정 상태에 따라 다음 상태가 설정 될 수 있습니다.
불포화
액체는 더 많은 가스를 용해 할 수있을 때 불포화됩니다. 이는 외부 압력이 액체의 내부 압력보다 크기 때문입니다.
가득한
액체는 기체의 용해도에서 평형을 이루며, 이는 기체가 액체에 들어가는 것과 같은 속도로 빠져 나가는 것을 의미합니다.
또한 다음과 같이 볼 수 있습니다. 세 개의 기체 분자가 공기 중으로 빠져 나가면 다른 세 개가 동시에 액체로 돌아갑니다.
과포화
액체는 내부 압력이 외부 압력보다 높을 때 가스로 과포화됩니다. 그리고 시스템의 최소한의 변화로 평형이 회복 될 때까지 여분의 용존 가스를 방출합니다.
응용
-헨리의 법칙을 적용하여 인체의 여러 조직에서 불활성 기체 (질소, 헬륨, 아르곤 등)의 흡수를 계산할 수 있으며 Haldane의 이론과 함께 표의 기초가됩니다. 감압.
-중요한 응용은 혈액 내 가스의 포화입니다. 혈액이 불포화되면 가스가 포화되어 더 이상 용해되지 않을 때까지 가스가 용해됩니다. 이런 일이 발생하면 혈액에 용해 된 가스가 공기로 전달됩니다.
-청량 음료의 가스화는 헨리의 법칙이 적용되는 예입니다. 청량 음료는 고압 하에서 CO 2가 용해되어이를 구성하는 각 결합 성분을 유지합니다. 또한 특유의 풍미를 훨씬 오래 유지합니다.
음료수 병의 뚜껑을 열면 액체 위의 압력이 감소하여 압력이 즉시 해제됩니다.
액체의 압력은, 지금 CO 낮은 용해도 때문에 2 방울 및이 환경으로 빠져 (이는 아래에서 기포의 상승을 발견 할 수있다).
-다이버가 더 깊은 곳으로 내려 가면 흡입 된 질소는 외부의 압력으로 인해 빠져 나갈 수 없어 개인의 혈액에 용해됩니다.
다이버가 외부 압력이 다시 떨어지는 표면으로 빠르게 상승하면 질소가 혈액 속으로 거품을 내기 시작합니다.
이것은 감압병으로 알려진 원인이됩니다. 이러한 이유로 다이버는 천천히 상승하여 질소가 혈액에서 더 천천히 빠져 나가야합니다.
- 높은 고도에서 장기간 머무르는 활동을하는 등산가 또는 실무자의 혈액과 조직에 용해 된 분자 산소 (O 2 ) 의 감소 효과에 대한 연구
-격렬하게 방출 될 수있는 거대한 수역에 용해 된 가스로 인해 발생할 수있는 자연 재해를 피하기위한 방법 연구 및 개선
예
헨리의 법칙은 분자가 평형 상태 일 때만 적용됩니다. 여기 몇 가지 예가 있어요.
- 혈액 내 산소 (O 2 ) 의 용해 에서이 분자는 헤모글로빈 함량이 높기 때문에 용해도가 상당히 증가하지만 물에 잘 녹지 않는 것으로 간주됩니다. 따라서 각 헤모글로빈 분자는 대사에 사용되는 조직에서 방출되는 4 개의 산소 분자에 결합 할 수 있습니다.
-1986 년에 뇨 스호 (카메룬에 위치)에서 갑자기 배출 된 두꺼운 이산화탄소 구름이 등록되어 약 1,700 명과 많은 동물을 질식 시켰습니다.
-특정 기체가 액체 종에서 나타나는 용해도는 기체의 압력이 증가함에 따라 증가하는 경향이 있지만 고압에서는 질소 분자 (N 2 ) 와 같은 특정 예외가 있습니다 .
-헨리의 법칙은 용질로 작용하는 물질과 용매로 작용하는 물질 사이에 화학 반응이있을 때는 적용되지 않습니다. 염산 (HCl)과 같은 전해질의 경우입니다.
참고 문헌
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