Virkningen af Tryk på Opløseligheden af Gasser: Henry ‘ s Lov
det Eksterne pres har meget lille effekt på opløseligheden af væsker og faste stoffer. I modsætning hertil øges opløseligheden af gasser, når partialtrykket af gassen over en opløsning øges., Dette punkt er illustreret i figur \(\Pageinde. {4}\), som viser effekten af øget tryk på den dynamiske ligevægt, der er etableret mellem de opløste gasmolekyler i opløsning og molekylerne i gasfasen over opløsningen. Da koncentrationen af molekyler i gasfasen stiger med stigende tryk, er koncentrationen af opløste gasmolekyler i opløsningen ved ligevægt også højere ved højere tryk.,
forholdet mellem tryk og opløseligheden af en gas er beskrevet kvantitativt ved Henry ‘ s lov, som er opkaldt efter dens opdager, den engelske læge og kemiker, William Henry (1775-1836):
\
hvor
- \C\) er koncentrationen af opløst gas i ligevægt,
- \(S\) er partialtrykket af gassen, og
- \k\) er Henry ‘ s lov konstant, som skal bestemmes eksperimentelt for hver kombination af gas -, opløsningsmiddel, og temperatur.,
selvom gaskoncentrationen kan udtrykkes i alle praktiske enheder, bruger vi udelukkende molaritet. Enhederne i Henrys lovkonstant er derfor mol/(l·atm) = m / atm. Værdier af Henrys lovkonstanter for opløsninger af flere gasser i vand ved 20.c er angivet i tabel \(\Pageinde. {1}\).
som dataene i tabel \(\Pageinde. {1}\) viser, afhænger koncentrationen af en opløst gas i vand ved et givet tryk stærkt af dets fysiske egenskaber. For en række beslægtede stoffer øges London-dispersionskræfterne, efterhånden som molekylmassen øges., Således blandt elementerne i gruppe 18, Henrys lov konstanter stige jævnt fra han til Ne til Ar. Tabellen viser også, at \(O_2\) er næsten dobbelt så opløselig som \(N_2\). Selvom Londons spredningskræfter er for svage til at forklare en så stor forskel, er \(O_2\) paramagnetisk og dermed mere polariserbar end \(N_2\), hvilket forklarer dets høje opløselighed.
gasser, der reagerer med vand, adlyder ikke Henrys lov.
Henrys lov har vigtige applikationer., For eksempel dannes bobler af \(CO_2\), så snart en kulsyreholdig drik åbnes, fordi drikken blev aftappet under \(CO_2\) ved et tryk større end 1 atm. Når flasken åbnes, falder trykket på \(CO_2\) over opløsningen hurtigt, og noget af den opløste gas slipper ud af opløsningen som bobler. Henrys lov forklarer også, hvorfor dykkere skal være forsigtige med at stige langsomt op til overfladen efter et dyk, hvis de trækker vejret i trykluft. Ved de højere tryk under vand opløses mere N2 fra luften i dykkerens indre væsker., Hvis dykkeren stiger for hurtigt, den hurtige trykændring får små bobler af N2 til at dannes i hele kroppen, en tilstand kendt som ” bøjningerne.”Disse bobler kan blokere blodstrømmen gennem de små blodkar, forårsage stor smerte og endda vise sig dødelig i nogle tilfælde.
På grund af den lave Henry ‘ s lovkonstant for \(O_2\) i vand er niveauerne af opløst ilt i vand for lave til at understøtte energibehovet hos multicellulære organismer, herunder mennesker., For at øge koncentrationen \(O_2\) i indre væsker syntetiserer organismer stærkt opløselige bærermolekyler, der binder \(O_2\) reversibelt. For eksempel, humane røde blodlegemer indeholder et protein kaldet hæmoglobin, der specifikt binder \(O_2\), og letter transporten fra lungerne til vævet, hvor det bruges til at oxidere mad molekyler til at give energi. 2,2 mM, og hvert hæmoglobinmolekyle kan binde fire \(O_2\) molekyler., Selvom koncentrationen af opløst \(O_2\) i blodet serum ved 37°C (normal kropstemperatur) er kun 0.010 mM, total opløst \(O_2\) koncentration er 8.8 mM, næsten et tusinde gange større, end det ville være muligt uden hæmoglobin. Syntetiske o .ygenbærere baseret på fluorerede alkaner er udviklet til brug som en nøderstatning for fuldblod. I modsætning til doneret blod kræver disse” blodsubstitutter ” ikke køling og har en lang holdbarhed., Deres meget høje Henrys lovkonstanter for \(O_2\) resulterer i opløste iltkoncentrationer, der kan sammenlignes med dem i normalt blod.
