Vliv Tlaku na Rozpustnost Plynů: Henryho Zákon
Vnější tlak má velmi malý vliv na rozpustnost kapalin a pevných látek. Naproti tomu rozpustnost plynů se zvyšuje s rostoucím parciálním tlakem plynu nad roztokem., Tento bod je znázorněn na Obrázku \(\PageIndex{4}\), která ukazuje vliv zvýšeného tlaku na dynamické rovnováze, která je založena mezi rozpuštěného plynu molekul v roztoku a molekul v plynné fázi nad roztokem. Protože koncentrace molekul v plynné fázi se zvyšuje s rostoucí tlak, koncentrace rozpuštěného plynu molekuly v roztoku při rovnováze je také vyšší při vyšších tlacích.,
vztah mezi tlakem a rozpustnost plynu je popsán kvantitativně tím, Henryho zákon, který je pojmenován po svém objeviteli, anglickém lékaři a chemik William Henry (1775-1836):
\
, kde
- \(C\) je koncentrace rozpuštěného plynu v rovnováze,
- \(P\) je parciální tlak plynu, a
- \(k\) je Henryho konstanta, která musí být stanovena experimentálně pro každou kombinaci plynu, rozpouštědla a teploty.,
přestože koncentrace plynu může být vyjádřena v jakýchkoli vhodných jednotkách, použijeme výhradně molaritu. Jednotky Jindřichovy konstanty jsou proto mol / (l * atm) = M/atm. Hodnoty Henryho konstanty pro řešení několika plynů ve vodě při 20°C jsou uvedeny v Tabulce \(\PageIndex{1}\).
jak ukazují údaje v tabulce \(\PageIndex{1}\), koncentrace rozpuštěného plynu ve vodě při daném tlaku silně závisí na jeho fyzikálních vlastnostech. U řady souvisejících látek se s nárůstem molekulové hmotnosti zvyšují Londýnské disperzní síly., Mezi prvky skupiny 18 se tedy Henryho konstanty zákona plynule zvyšují od He k Ne K Ar. Tabulka také ukazuje, že \(O_2\) je téměř dvakrát rozpustnější než \(N_2\). I když v Londýně disperzní síly jsou příliš slabé na to vysvětlit tak velký rozdíl, \(O_2\) je paramagnetický a proto více polarizable než \(N_2\), což vysvětluje jeho vysokou rozpustností.
plyny, které reagují s vodou, nedodržují Henryho zákon.
Henryho zákon má důležité aplikace., Například, bubliny \(CO_2\) podobě, jakmile sycený nápoj je otevřít, protože pití bylo plněno podle \(CO_2\) při tlaku vyšším než 1 atm. Když je láhev otevřena, tlak \(CO_2\) nad roztokem rychle klesá a část rozpuštěného plynu uniká z roztoku jako bubliny. Henryho zákon také vysvětluje, proč potápěči musí být opatrní, aby po ponoru pomalu vystoupali na povrch, pokud dýchají stlačený vzduch. Při vyšších tlacích pod vodou se více N2 ze vzduchu rozpouští ve vnitřních tekutinách potápěče., Pokud potápěč vystoupí příliš rychle, Rychlá změna tlaku způsobí, že se v celém těle vytvoří malé bubliny N2, což je stav známý jako „ohyby.“Tyto bubliny mohou blokovat tok krve malými krevními cévami, což způsobuje velkou bolest a v některých případech se dokonce ukazuje jako fatální.
Vzhledem k nízké Henryho konstanta pro \(O_2\) ve vodě, hladiny rozpuštěného kyslíku ve vodě jsou příliš nízké na podporu energetické potřeby mnohobuněčných organismů, včetně člověka., Pro zvýšení koncentrace \(O_2\) ve vnitřních tekutinách organismy syntetizují vysoce rozpustné nosné molekuly, které se reverzibilně vážou \(O_2\). Například, lidské červené krvinky obsahují bílkovinu zvanou hemoglobin, který se specificky váže \(O_2\) a usnadňuje jeho transport z plic do tkání, kde se používá k oxidaci molekul potravy k zajištění energie. Koncentrace hemoglobinu v normální krvi je asi 2,2 mM a každá molekula hemoglobinu může vázat čtyři molekuly \(O_2\)., I když koncentrace rozpuštěného \(O_2\) v krevním séru při teplotě 37°C (normální tělesná teplota), je pouze 0,010 mM, celkové rozpuštěné \(O_2\) koncentrace je 8,8 mM, téměř tisíckrát větší, než by bylo možné bez hemoglobinu. Syntetické kyslíkové nosiče na bázi fluorovaných alkanů byly vyvinuty pro použití jako nouzová náhrada za celou krev. Na rozdíl od darované krve tyto“ krevní náhražky “ nevyžadují chlazení a mají dlouhou trvanlivost., Jejich velmi vysoké Henryho konstanty pro \(O_2\) mají za následek koncentrace rozpuštěného kyslíku srovnatelné s koncentracemi v normální krvi.
