Закон Генри

Газовый закон о пропорциональности растворенного газа

В физической химии закон Генри — это газовый закон , который гласит, что количество растворенного газа в жидкости прямо пропорционально его парциальному давлению над жидкостью. Коэффициент пропорциональности называется константой закона Генри . Его сформулировал английский химик Уильям Генри , изучавший эту тему в начале 19 века.

Примером действия закона Генри является зависящее от глубины растворение кислорода и азота в крови подводных дайверов , которое изменяется во время декомпрессии , приводя к декомпрессионной болезни . Повседневным примером может служить употребление газированных безалкогольных напитков , содержащих растворенный углекислый газ. Перед открытием газ над напитком в контейнере представляет собой почти чистый углекислый газ под давлением выше атмосферного . После открытия бутылки этот газ выходит, в результате чего парциальное давление углекислого газа над жидкостью становится намного ниже, что приводит к дегазации, поскольку растворенный углекислый газ выходит из раствора.

История

В своей публикации 1803 года о количестве газов, поглощаемых водой, ^[1] Уильям Генри описал результаты своих экспериментов:

… вода поглощает газ, конденсированный одной, двумя или более дополнительными атмосферами, количество, которое при обычном сжатии было бы равно удвоенному, тройному и т. д. объем, поглощаемый под общим давлением атмосферы.

Чарльз Коулстон Гиллиспи утверждает, что Джон Дальтон «предположил, что разделение частиц газа друг от друга в паровой фазе имеет отношение небольшого целого числа к их межатомному расстоянию в растворе. Как следствие, следует закон Генри, если это соотношение является постоянным для каждый газ при данной температуре». ^[2]

Приложения

При производстве газированных напитков

Растворимость CO под высоким давлением
₂увеличивается. При открытии бутылки до атмосферного давления растворимость снижается и пузырьки газа выделяются из жидкости.

На службе бочкового пива

Часто отмечают, что пиво, подаваемое самотеком (то есть прямо из-под крана в бочке), менее сильно газировано, чем то же пиво, подаваемое с помощью ручного насоса (или пивного двигателя). Это связано с тем, что на пути к месту подачи пиво подвергается давлению под действием пивного двигателя, что приводит к растворению углекислого газа в пиве. Затем он выходит из раствора, когда пиво покидает насос, вызывая более высокий уровень заметного «состояния» пива.

Для альпинистов или людей, живущих на большой высоте

Концентрация О
₂в крови и тканях настолько низок, что они чувствуют слабость и не могут нормально мыслить, это состояние называется гипоксией .

В подводном плавании

При подводном плавании газ вдыхается при давлении окружающей среды, которое увеличивается с глубиной из-за гидростатического давления . Растворимость газов увеличивается с увеличением глубины (большего давления) согласно закону Генри, поэтому ткани тела со временем поглощают больше газа на большей глубине воды. При всплытии у дайвера происходит декомпрессия и соответственно снижается растворимость растворенных в тканях газов. Если перенасыщение слишком велико, могут образовываться и расти пузырьки, и присутствие этих пузырьков может вызвать закупорку капилляров или деформацию более твердых тканей, что может вызвать повреждение, известное как декомпрессионная болезнь . Чтобы избежать этой травмы, дайвер должен подниматься достаточно медленно, чтобы избыток растворенного газа уносился кровью и попадал в легкие.

Фундаментальные типы и варианты констант закона Генри

Есть много способов определить константу пропорциональности закона Генри, которую можно разделить на два основных типа: один из способов - поместить водную фазу в числитель, а газообразную фазу в знаменатель («водный раствор/газ»). В результате получается константа растворимости по закону Генри . Его ценность возрастает с увеличением растворимости. Альтернативно, числитель и знаменатель можно поменять местами («газ/вод»), что приводит к константе волатильности по закону Генри . Значение уменьшается с увеличением растворимости. ИЮПАК описывает несколько вариантов обоих фундаментальных типов. ^[3] Это является результатом множества величин, которые можно выбрать для описания состава двух фаз. Типичным выбором водной фазы являются молярная концентрация ( ), моляльность ( ) и молярное соотношение смешивания ( ). Для газовой фазы часто используются молярная концентрация ( ) и парциальное давление ( ). Невозможно использовать соотношение смешивания газовой фазы ( ), поскольку при данном соотношении смешивания газовой фазы концентрация водной фазы зависит от общего давления и, следовательно, соотношение не является постоянным. ^[4] Чтобы указать точный вариант константы закона Генри, используются два верхних индекса. Они относятся к числителю и знаменателю определения. Например, относится к растворимости Генри, определяемой как . ${\displaystyle H_{\rm {s}}}$ ${\displaystyle H_{\rm {v}}}$ ${\displaystyle H_{\rm {v}}}$ ${\displaystyle c_{\rm {a}}}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle c_{\rm {g}}}$ ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle c_{\rm {a}}}$ ${\displaystyle y/c_{\rm {a}}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}}$ ${\displaystyle c/p}$

Константы растворимости по закону Генри H s

Растворимость по Генри, определенная через концентрацию ( H _s ^cp )

Химики атмосферы часто определяют растворимость Генри как

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}={\frac {c_{\text{a}}}{p}}}$.

Здесь – концентрация вещества в водной фазе, – – парциальное давление этого вещества в газовой фазе в условиях равновесия. ${\displaystyle c_{\text{a}}}$ ${\displaystyle p}$

Единица измерения в системе СИ – моль/(м ³ ·Па); однако часто используется единица М/атм, поскольку обычно выражается в М (1 М = 1 моль/дм ³ ) и в атм (1 атм = 101325 Па). ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}}$ ${\displaystyle c_{\text{a}}}$  ${\displaystyle p}$  

Безразмерная растворимость по Генри H _s ^cc

Растворимость по Генри также можно выразить как безразмерное отношение между концентрацией вещества в водной фазе и его концентрацией в газовой фазе : ${\displaystyle c_{\text{a}}}$ ${\displaystyle c_{\text{g}}}$

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cc}={\frac {c_{\text{a}}}{c_{\text{g}}}}}$.

Для идеального газа преобразование равно:

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cc}=RTH_{\rm {s}}^{cp},}$

где – газовая постоянная , – температура. ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle T}$

Иногда эту безразмерную константу называют коэффициентом разделения вода-воздух . ^[5] Он тесно связан с различными, немного отличающимися определениями коэффициента Оствальда , как обсуждалось Баттино (1984). ^[6] ${\displaystyle K_{\text{WA}}}$ ${\displaystyle L}$

Растворимость по Генри определяется соотношением смешивания водной фазы ( H _s ^xp )

Другая константа растворимости закона Генри:

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{xp}={\frac {x}{p}}}$.

Вот молярное соотношение смешивания в водной фазе. Для разбавленного водного раствора преобразование между и составляет: ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle c_{\text{a}}}$

${\displaystyle c_{\text{a}}\approx x{\frac {\varrho _{\mathrm {H_{2}O} }}{M_{\mathrm {H_{2}O} }}}}$.

где – плотность воды, – молярная масса воды. Таким образом ${\displaystyle \varrho _{\mathrm {H_{2}O} }}$ ${\displaystyle M_{\mathrm {H_{2}O} }}$

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{xp}\approx {\frac {M_{\mathrm {H_{2}O} }}{\varrho _{\mathrm {H_{2}O} }}}H_{\rm {s}}^{cp}}$.

Единицей СИ является Па ^-1 , хотя атм ^-1 все еще часто используется. ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{xp}}$

Растворимость по Генри, определенная через моляльность ( H _s ^bp )

Может оказаться выгодным описывать водную фазу с точки зрения моляльности, а не концентрации. Моляльность раствора не меняется с увеличением , так как она относится к массе растворителя. Напротив, концентрация меняется с увеличением , поскольку плотность раствора и, следовательно, его объем зависят от температуры. Определение состава водной фазы посредством моляльности имеет то преимущество, что любая температурная зависимость константы закона Генри представляет собой истинное явление растворимости, а не вносится косвенно через изменение плотности раствора. Используя моляльность, растворимость Генри можно определить как ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle T}$

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{bp}={\frac {b}{p}}.}$

Здесь используется символ моляльности (вместо ), чтобы избежать путаницы с символом массы. Единица измерения в системе СИ — моль/(кг·Па). Не существует простого способа расчета по , поскольку преобразование концентрации в моляльность включает в себя все растворенные вещества раствора. Для раствора с общим количеством растворенных веществ с индексами преобразование: ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{bp}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{bp}}$ ${\displaystyle c_{\text{a}}}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle i=1,\ldots ,n}$

${\displaystyle c_{\text{a}}={\frac {b\varrho }{1+\sum _{i=1}^{n}b_{i}M_{i}}},}$

где – плотность раствора, – молярные массы. Здесь идентично одному из знаменателей. Если растворенное вещество только одно, уравнение упрощается до ${\displaystyle \varrho }$ ${\displaystyle M_{i}}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle b_{i}}$

${\displaystyle c_{\text{a}}={\frac {b\varrho }{1+bM}}.}$

Закон Генри справедлив только для разбавленных растворов, где и . В этом случае преобразование еще больше сводится к ${\displaystyle bM\ll 1}$ ${\displaystyle \varrho \approx \varrho _{\mathrm {H_{2}O} }}$

${\displaystyle c_{\text{a}}\approx b\varrho _{\mathrm {H_{2}O} },}$

и поэтому

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{bp}\approx {\frac {H_{\rm {s}}^{cp}}{\varrho _{\mathrm {H_{2}O} }}}.}$

Коэффициент Бунзена α

По Сазонову и Шоу ^[7] безразмерный коэффициент Бунзена определяется как «объем насыщающего газа V1, приведенный к Т° = 273,15 К, р° = 1 бар, который поглощается единицей объёма V ₂ * чистого растворитель при температуре измерения и парциальном давлении 1 бар». Если газ идеальный, давление уравновешивается, и преобразование в просто ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}}$

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}=\alpha {\frac {1}{RT^{\text{STP}}}}}$,

с = 273,15 К. Обратите внимание, что согласно этому определению коэффициент преобразования не зависит от температуры. Независимо от температуры, к которой относится коэффициент Бунзена, для преобразования всегда используется значение 273,15 К. Коэффициент Бунзена, названный в честь Роберта Бунзена , использовался в основном в более старой литературе, и ИЮПАК считает его устаревшим. ^[3] ${\displaystyle T^{\text{STP}}}$  

Коэффициент Куэнена S

По Сазонову и Шоу ^[7] коэффициент Куэнена определяется как «объем насыщающего газа V(г), приведенный к Т° = 273,15 К, р° = бар, который растворяется единицей массы чистого растворителя при температура измерения и парциальное давление 1 бар». Если газ идеален, то отношение к ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}}$

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{cp}=S{\frac {\varrho }{RT^{\text{STP}}}}}$,

где – плотность растворителя, а = 273,15 К. Единица измерения в системе СИ – м ³ /кг. ^[7] Коэффициент Куэнена, названный в честь Йоханнеса Куэнена , использовался в основном в более старой литературе, и ИЮПАК считает его устаревшим. ^[3] ${\displaystyle \varrho }$ ${\displaystyle T^{\text{STP}}}$ ${\displaystyle S}$

Константы волатильности по закону Генри H v

Волатильность Генри, определяемая через концентрацию ( H^ПК
_v)

Распространенный способ определения летучести Генри — это деление парциального давления на концентрацию водной фазы:

${\displaystyle H_{\rm {v}}^{pc}={\frac {p}{c_{\text{a}}}}={\frac {1}{H_{\rm {s}}^{cp}}}.}$

Единица измерения в системе СИ — Па·м ³ /моль. ${\displaystyle H_{\rm {v}}^{pc}}$

Летучесть Генри, определяемая через соотношение смешивания водной фазы ( H^пикс
_в)

Другая волатильность Генри

${\displaystyle H_{\rm {v}}^{px}={\frac {p}{x}}={\frac {1}{H_{\rm {s}}^{xp}}}.}$

Единицей измерения в системе СИ является Па. Однако атм по-прежнему часто используется. ${\displaystyle H_{\rm {v}}^{px}}$

Безразмерная волатильность Генри H^cc
_v

Летучесть Генри также можно выразить как безразмерное отношение между концентрацией вещества в газовой фазе и его концентрацией в водной фазе : ${\displaystyle c_{\text{g}}}$ ${\displaystyle c_{\text{a}}}$

${\displaystyle H_{\rm {v}}^{cc}={\frac {c_{\text{g}}}{c_{\text{a}}}}={\frac {1}{H_{\rm {s}}^{cc}}}.}$

В химической технологии и химии окружающей среды эту безразмерную константу часто называют коэффициентом разделения воздух-вода . ^{[8] [9]} ${\displaystyle K_{\text{AW}}}$

Значения констант закона Генри

Большой сборник констант закона Генри был опубликован Сандером (2023). ^[10] Некоторые выбранные значения показаны в таблице ниже:

Температурная зависимость

При изменении температуры системы константа Генри также изменяется. Температурную зависимость констант равновесия в целом можно описать уравнением Ван 'т-Гоффа , которое также применимо к константам закона Генри:

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} \ln H}{\mathrm {d} (1/T)}}={\frac {-\Delta _{\text{sol}}H}{R}},}$

где - энтальпия растворения. Обратите внимание, что буква в символе относится к энтальпии и не связана с буквой , обозначающей константы закона Генри. Интегрирование приведенного выше уравнения и создание выражения на основе эталонной температуры = 298,15 К дает: ${\displaystyle \Delta _{\text{sol}}H}$ ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle \Delta _{\text{sol}}H}$ ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle H^{\circ }}$ ${\displaystyle T^{\circ }}$

${\displaystyle H(T)=H^{\circ }\exp \left[{\frac {-\Delta _{\text{sol}}H}{R}}\left({\frac {1}{T}}-{\frac {1}{T^{\circ }}}\right)\right].}$^[11]

Уравнение Ван-т-Гоффа в этой форме справедливо только для ограниченного диапазона температур, который не сильно меняется с температурой (около 20 К вариаций). ${\displaystyle \Delta _{\text{sol}}H}$

В следующей таблице перечислены некоторые температурные зависимости:

Растворимость постоянных газов обычно снижается с повышением температуры (около комнатной). Однако для водных растворов константа растворимости закона Генри для многих видов проходит через минимум. Для большинства постоянных газов минимальная температура составляет ниже 120 °C. Зачастую, чем меньше молекула газа (и чем ниже растворимость газа в воде), тем ниже температура максимума константы закона Генри. Так, максимум приходится примерно на 30°С для гелия, от 92 до 93°С для аргона, азота и кислорода и 114°С для ксенона. ^[12]

Эффективные константы закона Генри H eff

Упомянутые до сих пор константы закона Генри не учитывают какое-либо химическое равновесие в водной фазе. Этот тип называется внутренней , или физической , константой закона Генри. Например, константа растворимости формальдегида по внутреннему закону Генри может быть определена как

${\displaystyle H_{\rm {s}}^{{\ce {cp}}}={\frac {c\left({\ce {H2CO}}\right)}{p\left({\ce {H2CO}}\right)}}.}$

В водном растворе формальдегид почти полностью гидратирован:

${\displaystyle {\ce {H2CO + H2O <=> H2C(OH)2}}}$

Общая концентрация растворенного формальдегида равна

${\displaystyle c_{{\ce {tot}}}=c\left({\ce {H2CO}}\right)+c\left({\ce {H2C(OH)2}}\right).}$

Принимая во внимание это равновесие, эффективную константу закона Генри можно определить как ${\displaystyle H_{\rm {s,eff}}}$

${\displaystyle H_{\rm {s,eff}}={\frac {c_{{\ce {tot}}}}{p\left({\ce {H2CO}}\right)}}={\frac {c\left({\ce {H2CO}}\right)+c\left({\ce {H2C(OH)2}}\right)}{p\left({\ce {H2CO}}\right)}}.}$

Для кислот и оснований эффективная константа закона Генри не является полезной величиной, поскольку она зависит от pH раствора. ^[10] Чтобы получить независимую от pH константу, для сильных кислот, таких как соляная кислота (HCl), часто используется произведение внутренней константы закона Генри и константы кислотности : ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{{\ce {cp}}}}$ ${\displaystyle K_{{\ce {A}}}}$

${\displaystyle H'=H_{\rm {s}}^{{\ce {cp}}}K_{{\ce {A}}}={\frac {c\left({\ce {H+}}\right)c\left({\ce {Cl^-}}\right)}{p\left({\ce {HCl}}\right)}}.}$

Хотя ее обычно еще называют константой закона Генри, это другая величина и ее единицы измерения, отличные от . ${\displaystyle H'}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{{\ce {cp}}}}$

Зависимость от ионной силы (уравнение Сеченова)

Значения констант закона Генри для водных растворов зависят от состава раствора, т. е. от его ионной силы и растворенной органики. Вообще растворимость газа уменьшается с увеличением солености (« высаливание »). Однако эффект « всасывания » также наблюдался, например, для эффективной константы закона Генри глиоксаля . Эффект можно описать уравнением Сеченова, названным в честь русского физиолога Ивана Сеченова (иногда используется немецкая транслитерация «Сеченов» кириллического имени Сеченов). Существует множество альтернативных способов определения уравнения Сеченова в зависимости от того, как описывается состав водной фазы (на основе концентрации, моляльности или молярной доли) и какой вариант константы закона Генри используется. Предпочтительно описывать раствор с точки зрения моляльности, поскольку моляльность инвариантна к температуре и добавлению сухой соли в раствор. Таким образом, уравнение Сеченова можно записать в виде

${\displaystyle \log \left({\frac {H_{\rm {s,0}}^{bp}}{H_{\rm {s}}^{bp}}}\right)=k_{\rm {s}}b({\text{salt}}),}$

где – константа закона Генри в чистой воде, – константа закона Генри в растворе соли, – моляльная константа Сеченова, – моляльность соли. ${\displaystyle H_{\rm {s,0}}^{bp}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s}}^{bp}}$ ${\displaystyle k_{\rm {s}}}$ ${\displaystyle b({\text{salt}})}$

Неидеальные решения

Было показано, что закон Генри применим к широкому кругу растворенных веществ в пределе бесконечного разбавления ( x  → 0), включая нелетучие вещества, такие как сахароза . В этих случаях необходимо формулировать закон в терминах химических потенциалов . Для растворенного вещества в идеальном разбавленном растворе химический потенциал зависит только от концентрации. Для неидеальных растворов необходимо учитывать коэффициенты активности компонентов:

${\displaystyle \mu =\mu _{c}^{\circ }+RT\ln {\frac {\gamma _{c}c}{c^{\circ }}}}$,

где для летучего растворенного вещества; с ° = 1 моль/л. ${\displaystyle \gamma _{c}={\frac {H_{\rm {v}}}{p^{*}}}}$

Для неидеальных растворов коэффициент активности бесконечного разбавления γ _c зависит от концентрации и должен определяться при интересующей концентрации. Коэффициент активности можно также получить для нелетучих растворенных веществ, где давление паров чистого вещества незначительно, используя соотношение Гиббса-Дюгема :

${\displaystyle \sum _{i}n_{i}d\mu _{i}=0.}$

Измеряя изменение давления пара (и, следовательно, химического потенциала) растворителя, можно определить химический потенциал растворенного вещества.

Стандартное состояние разбавленного раствора также определяется с точки зрения поведения при бесконечном разбавлении. Хотя стандартная концентрация с ° по соглашению принимается равной 1 моль/л, стандартным состоянием является гипотетический раствор с концентрацией 1 моль/л, в котором растворенное вещество обладает своими ограничивающими свойствами бесконечного разбавления. Это приводит к тому, что все неидеальное поведение описывается коэффициентом активности: коэффициент активности при 1 моль/л не обязательно равен единице (и часто сильно отличается от единицы).

Все приведенные выше соотношения также можно выразить через моляльность b, а не через концентрации, например:

${\displaystyle \mu =\mu _{b}^{\circ }+RT\ln {\frac {\gamma _{b}b}{b^{\circ }}},}$

где для летучего растворенного вещества; b ° = 1 моль/кг. ${\displaystyle \gamma _{b}={\frac {H_{\rm {v}}^{pb}}{p^{*}}}}$

Стандартный химический потенциал μ _m °, коэффициент активности γ _m и константа закона Генри H _v ^pb имеют разные числовые значения, когда вместо концентраций используются моляльности.

Смеси растворителей

Константа растворимости закона Генри для газа 2 в смеси М двух растворителей 1 и 3 зависит от индивидуальных констант для каждого растворителя и согласно ^[13] : ${\displaystyle H_{\rm {s,2,M}}^{xp}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s,2,1}}^{xp}}$ ${\displaystyle H_{\rm {s,2,3}}^{xp}}$

${\displaystyle \ln H_{\rm {s,2,M}}^{xp}=x_{1}\ln H_{\rm {s,2,1}}^{xp}+x_{3}\ln H_{\rm {s,2,3}}^{xp}+a_{13}x_{1}x_{3}}$

Где , – мольные соотношения каждого растворителя в смеси, а ₁₃ – параметр взаимодействия растворителей из разложения Воля по избыточному химическому потенциалу тройных смесей. ${\displaystyle x_{1}}$ ${\displaystyle x_{3}}$

Аналогичное соотношение можно найти и для константы волатильности , если вспомнить, что и то, оба являются положительными действительными числами, таким образом: ${\displaystyle H_{\rm {v,2,M}}^{px}}$ ${\displaystyle H_{\rm {v}}^{px}=1/H_{\rm {s}}^{xp}}$ ${\displaystyle \ln H_{\rm {s}}^{xp}=-\ln(1/H_{\rm {s}}^{xp})=-\ln H_{\rm {v}}^{px}}$

${\displaystyle \ln H_{\rm {v,2,M}}^{px}=x_{1}\ln H_{\rm {v,2,1}}^{px}+x_{3}\ln H_{\rm {v,2,3}}^{px}-a_{13}x_{1}x_{3}}$

Для смеси вода-этанол параметр взаимодействия a ₁₃ имеет значения около концентраций этанола (объем/объем) от 5% до 25%. ^[14] ${\displaystyle 0.1\pm 0.05}$

Разнообразный

В геохимии

В геохимии версия закона Генри применяется к растворимости благородного газа при контакте с силикатным расплавом. Одно используемое уравнение:

${\displaystyle {\frac {C_{\text{melt}}}{C_{\text{gas}}}}=\exp \left[-\beta \left(\mu _{\text{melt}}^{\text{E}}-\mu _{\text{gas}}^{\text{E}}\right)\right],}$

где

C — числовые концентрации растворенного газа в расплаве и газовой фазе,

β = 1/ k _B T — обратный температурный параметр ( k _B — постоянная Больцмана ),

µ ^E — избыточные химические потенциалы растворенного газа в двух фазах.

Сравнение с законом Рауля

Закон Генри — предельный закон, применимый только для «достаточно разбавленных» растворов, тогда как закон Рауля обычно справедлив, когда жидкая фаза почти чистая или для смесей подобных веществ. ^[15] Диапазон концентраций, в которых применяется закон Генри, становится тем уже, чем больше система отклоняется от идеального поведения. Грубо говоря, это тем более химически «отличается» растворенное вещество от растворителя.

Для разбавленного раствора концентрация растворенного вещества примерно пропорциональна его мольной доле x , и закон Генри можно записать как

${\displaystyle p=H_{\rm {v}}^{px}x.}$

Это можно сравнить с законом Рауля :

${\displaystyle p=p^{*}x,}$

где p * – давление паров чистого компонента.

На первый взгляд закон Рауля кажется частным случаем закона Генри, где H _v ^px  = p *. Это справедливо для пар близкородственных веществ, например бензола и толуола , подчиняющихся закону Рауля во всей области составов: такие смеси называются идеальными смесями.

В общем случае оба закона являются предельными и применяются на противоположных концах диапазона композиции. Давление пара компонента в большом избытке, например растворителя для разбавленного раствора, пропорционально его мольной доле, а константой пропорциональности является давление пара чистого вещества (закон Рауля). Давление пара растворенного вещества также пропорционально мольной доле растворенного вещества, но константа пропорциональности другая и должна определяться экспериментально (закон Генри). В математических терминах:

Закон Рауля: ${\displaystyle \lim _{x\to 1}\left({\frac {p}{x}}\right)=p^{*}.}$

Закон Генри: ${\displaystyle \lim _{x\to 0}\left({\frac {p}{x}}\right)=H_{\rm {v}}^{px}.}$

Закон Рауля также можно отнести к негазовым растворенным веществам.

Смотрите также

• Первапорация  - технологический метод разделения смесей жидкостей путем частичного испарения через непористую или пористую мембрану.Pages displaying wikidata descriptions as a fallback
• Коэффициент распределения  - соотношение концентраций в смеси в равновесии.
• Закон Зиверта
• Закон Грэма  – закон диффузии Грэма
• Константа адсорбции Генри  - отношение концентрации адсорбата на твердом теле к его парциальному давлению в газовой фазе.
• Закон Рауля  - Закон термодинамики для давления пара смеси.

Рекомендации

1. Генри, В. (1803). «Опыты по определению количества газов, поглощаемых водой, при разных температурах и под разным давлением». Фил. Пер. Р. Сок. Лонд . 93 : 29–43. дои : 10.1098/rstl.1803.0004 .
2. Гиллиспи, Чарльз Коулстон (1960). Грань объективности: очерк истории научных идей. Издательство Принстонского университета. п. 254. ИСБН 0-691-02350-6.
3. Сандер, Р.; Акри, МЫ; Де Вишер, А.; Шварц, SE; Уоллингтон, TJ (2022), «Константы закона Генри (Рекомендации IUPAC 2021)», Pure Appl. хим. , 94 : 71–85, doi : 10.1515/pac-2020-0302 , S2CID  245212535
4. Сандер, Р. (1999). «Моделирование химии атмосферы: взаимодействие между частицами газовой фазы и жидкими облаками/аэрозольными частицами». Выж. Геофиз . 20 (1): 1–31. Бибкод : 1999SGeo...20....1S. дои : 10.1023/А: 1006501706704. S2CID  126554771.
5. МакКолл, ПиДжей; Суонн, РЛ; Ласковский, Д.А. (1983). «Глава 6. Модели распределения для равновесного распределения химических веществ в средах окружающей среды». В Suffet, IH (ред.). Судьба химических веществ в окружающей среде . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество.
6. Баттино, Рубин; Реттич, Тимоти Р.; Томинага, Тошихиро (1984). «Растворимость азота и воздуха в жидкостях». Журнал физических и химических справочных данных . 13 (2): 563–600. Бибкод : 1984JPCRD..13..563B. дои : 10.1063/1.555713. ISSN  0047-2689.
7. Сазонов, вице-президент; Шоу, генеральный директор (2006). «Введение в серию данных о растворимости: 1.5.2. §Физико-химические величины и единицы, примечание по номенклатуре, пункты 10 и 11». Введение в базу данных растворимости IUPAC-NIST . Проверено 21 марта 2016 г.
8. Одзиомек, К.; Гаевич А.; Гаранчик, М.; Пузын, Т. (2013). «Надежность результатов моделирования судьбы СОЗ в окружающей среде на основе различных методов определения коэффициента разделения воздух/вода (log K _AW )». Атмосферная среда . 73 : 177–184. doi :10.1016/j.atmosenv.2013.02.052.
9. Маккей, Дональд ; Шиу, Ван Ин (1981). «Критический обзор констант закона Генри для химических веществ, представляющих экологический интерес». Журнал физических и химических справочных данных . 10 (4): 1175–1199. дои : 10.1063/1.555654.
10. Сандер, Р. (2023), «Сборник констант закона Генри (версия 5.0.0) для воды как растворителя», Atmos. хим. Физ. , 23 (19): 10901–12440, doi : 10.5194/acp-23-10901-2023
11. Смит, Фрэнсис; Харви, Аллан Х. (сентябрь 2007 г.). «Избегайте распространенных ошибок при использовании закона Генри». КЭП . Американский институт химической инженерии: 36. S2CID  19627445.
12. Коэн, П., изд. (1989). Справочник ASME по водным технологиям для теплоэнергетических систем. Американское общество инженеров-механиков. п. 442. ИСБН 978-0-7918-0634-0.
13. Праусниц, Джон М .; Лихтенталер, Рюдигер Н.; Азеведо, Эдмундо Г. (22 октября 1998 г.). Молекулярная термодинамика жидкофазных равновесий . Пирсон Образование. п. 614. ИСБН 978-0132440509.
14. Аммари, Али; Шроен, Карин (июль 2019 г.). «Влияние этанола и температуры на коэффициенты распределения этилацетата, изоамилацетата и изоамилового спирта: инструментальное и прогнозное исследование». Журнал химических и инженерных данных . 64 (8): 3224–3230. doi : 10.1021/acs.jced.8b01125 . S2CID  199079288.
15. Фелдер, Ричард М.; Руссо, Рональд В.; Буллард, Лиза Г. (15 декабря 2004 г.). Элементарные начала химических процессов . Уайли. п. 293. ИСБН 978-0471687573.

Внешние ссылки

• Онлайн-инструменты EPA для расчета оценки объекта – преобразование закона Генри