Effekten av Press på Løseligheten av Gasser: Henry ‘ s Lov
Ytre press har svært liten effekt på løseligheten av væsker og faste stoffer. I kontrast, løselighet av gasser øker når partialtrykket av gass over en løsning øker., Dette poenget er illustrert i Figur \(\PageIndex{4}\), som viser effekten av økt press på den dynamiske likevekt som er etablert mellom oppløst gass molekyler i løsning og molekyler i gassen fase over løsningen. Fordi konsentrasjonen av molekyler i gassen fase øker med økende press, konsentrasjonen av oppløst gass molekyler i løsning ved likevekt er også høyere ved høyere trykk.,
forholdet mellom trykk og løseligheten av en gass er beskrevet kvantitativt med Henry ‘ s lov, som er oppkalt etter sin oppdager, den engelske legen og apoteket, William Henry (1775-1836):
\
hvor
- \(C\) er konsentrasjonen av oppløst gass i likevekt,
- \(S\), er partialtrykket av gass, og
- \(k\), er henrys lov konstant, noe som må bestemmes eksperimentelt for hver kombinasjon av bensin, løsemidler, og temperatur.,
Selv om gassen konsentrasjon kan uttrykkes i noen praktisk enheter, vil vi bruke molarity utelukkende. Enhetene av henrys lov konstant er derfor mol/(L·atm) = M/atm. Verdier av Henry ‘ s lov konstanter for løsninger av flere gasser i vann ved 20°C er oppført i Tabell \(\PageIndex{1}\).
Som data i Tabell \(\PageIndex{1}\) viser konsentrasjonen av oppløst gass i vann ved et gitt trykk avhenger sterkt av sine fysiske egenskaper. For en rekke beslektede stoffer, London spredning styrker øke som molekylære massen øker., Dermed blant elementene i gruppen 18, Henry ‘ s lov konstanter øke jevnt fra Han å Ne til Ar. Tabellen viser også at \(O_2\) er nesten dobbelt så løselig som \(N_2\). Selv om London spredning styrker er for svak til å forklare en så stor forskjell, \(O_2\) er paramagnetiske og dermed mer polarizable enn \(N_2\), som forklarer dens høy oppløselighet.
Gasser som reagerer med vann ikke adlyder Henry ‘ s lov.
Henry ‘ s lov har viktige anvendelser., For eksempel, bobler av \(CO_2\) form så snart en kullsyreholdig drikke er åpnet fordi drikke ble tappet under \(CO_2\) ved et trykk som er større enn 1 atm. Når flasken er åpnet, trykk på \(CO_2\) ovenfor løsningen synker raskt, og noen av oppløst gass slippes ut fra den løsning som bobler. Henry ‘ s lov som også forklarer hvorfor dykkere må være forsiktig med å stige opp til overflaten sakte etter et dykk om de er komprimert luft for å puste. Ved høyere trykk under vann, mer N2 fra luften løser opp i diver ‘ s interne væsker., Hvis dykkeren stiger for fort, den raske trykk endring fører til små bobler av N2 til form i hele kroppen, en tilstand kjent som «svingene.»Disse boblene kan blokkere blodstrømmen gjennom de små blodkar, noe som fører til store smerter og selv beviser dødelig i noen tilfeller.
på Grunn av den lave henrys lov konstant for \(O_2\) i vann, nivået av oppløst oksygen i vannet er for lav til å støtte energibehovet til flercellede organismer, inkludert mennesker., For å øke \(O_2\) konsentrasjon i interne væsker, organismer syntetisere svært løselig transportøren molekyler som binder \(O_2\) reversibly. For eksempel, menneskelige røde blod celler inneholder et protein som heter hemoglobin som binder seg spesifikt \(O_2\) og fremmer sin transport fra lungene til vevene, hvor det brukes til å oksidere mat molekyler for å gi energi. Konsentrasjonen av hemoglobinet i vanlig blod er ca 2,2 mM, og hver hemoglobin-molekylet kan binde fire \(O_2\) molekyler., Selv om konsentrasjonen av oppløst \(O_2\) i blodet serum ved 37°C (normal kroppstemperatur) er bare 0.010 mM, totalt oppløst \(O_2\) konsentrasjonen er 8.8 mM, nesten tusen ganger større enn det ville være mulig uten hemoglobin. Syntetiske oksygen operatører basert på fluorerte alkaner har blitt utviklet for bruk i en nødsituasjon erstatning for hele blod. I motsetning til donert blod, disse «blod erstatter» ikke krever kjøling og har en lang holdbarhet., Deres svært høy Henry ‘ s lov konstanter for \(O_2\) resultat oppløst oksygen konsentrasjoner kan sammenlignes med de i vanlig blod.
