Effect van druk op de oplosbaarheid van gassen: wet van Henry
externe druk heeft zeer weinig effect op de oplosbaarheid van vloeistoffen en vaste stoffen. De oplosbaarheid van gassen neemt daarentegen toe naarmate de partiële druk van het gas boven een oplossing toeneemt., Dit punt wordt geïllustreerd in Figuur \(\Pagindex{4}\), die het effect van verhoogde druk op het dynamisch evenwicht laat zien dat wordt bereikt tussen de opgeloste gasmoleculen in oplossing en de moleculen in de gasfase boven de oplossing. Omdat de concentratie van moleculen in de gasfase toeneemt met toenemende druk, is de concentratie van opgeloste gasmoleculen in de oplossing bij evenwicht ook hoger bij hogere druk.,
De relatie tussen druk en de oplosbaarheid van een gas is kwantitatief beschreven door de wet van Henry, die is vernoemd naar haar ontdekker, de engelse arts en apotheek, William Henry (1775-1836):
\
waar
- \C\) is de concentratie van het opgeloste gas in evenwicht,
- \P\) de partiële druk van het gas en de
- \k\) is het de wet van Henry constante is, die moet worden experimenteel bepaald voor elke combinatie van gas -, oplosmiddel -, en temperatuur toont.,
hoewel de gasconcentratie in alle geschikte eenheden kan worden uitgedrukt, gebruiken we uitsluitend molariteit. De eenheden van de constante van Henry ‘ s law zijn daarom mol/(L·atm) = M/atm. Waarden van de Henry ‘ s law constanten voor oplossingen van verschillende gassen in water bij 20°C staan vermeld in Tabel \(\Paginindex{1}\).
zoals de gegevens in Tabel \(\Pagindex{1}\) aantonen, hangt de concentratie van een opgelost gas in water bij een bepaalde druk sterk af van zijn fysische eigenschappen. Voor een reeks verwante stoffen nemen de Londense dispersiekrachten toe naarmate de moleculaire massa toeneemt., Onder de elementen van groep 18 nemen de constanten van de wet van Henry dus soepel toe van He naar Ne naar Ar. De tabel laat ook zien dat \(O_2\) bijna twee keer zo oplosbaar is als \(N_2\). Hoewel de Londense dispersiekrachten te zwak zijn om zo ‘ n groot verschil te verklaren, is \(O_2\) paramagnetisch en dus meer polariseerbaar dan \(N_2\), wat de hoge oplosbaarheid verklaart.
gassen die reageren met water gehoorzamen Henry ‘ s wet niet.
Henry ‘ s wet heeft belangrijke toepassingen., Zo ontstaan bubbels van \(CO_2\) zodra een koolzuurhoudende drank wordt geopend omdat de drank onder \(CO_2\) bij een druk groter dan 1 atm is gebotteld. Wanneer de fles wordt geopend, daalt de druk van \(CO_2\) boven de oplossing snel en ontsnapt een deel van het opgeloste gas als belletjes uit de oplossing. Henry ‘ s wet verklaart ook waarom duikers voorzichtig moeten zijn om langzaam naar de oppervlakte te stijgen na een duik als ze perslucht inademen. Bij de hogere druk onder water Lost meer N2 uit de lucht op in de inwendige vloeistoffen van de duiker., Als de duiker te snel stijgt, veroorzaakt de snelle drukverandering kleine belletjes van N2 door het hele lichaam, een aandoening die bekend staat als “de bochten.”Deze bubbels kunnen de bloedstroom door de kleine bloedvaten blokkeren, waardoor grote pijn ontstaat en in sommige gevallen zelfs fataal wordt.
vanwege de lage Henry ‘ s law constante voor \(O_2\) in water, zijn de niveaus van opgeloste zuurstof in water te laag om de energiebehoefte van meercellige organismen, waaronder mensen, te ondersteunen., Om de \(O_2\) concentratie in inwendige vloeistoffen te verhogen, synthetiseren organismen sterk oplosbare dragermoleculen die \(O_2\) reversibel binden. Menselijke rode bloedcellen bevatten bijvoorbeeld een eiwit genaamd hemoglobine dat specifiek \(O_2\) bindt en het transport van de longen naar de weefsels vergemakkelijkt, waar het wordt gebruikt om voedselmoleculen te oxideren om energie te leveren. De concentratie van hemoglobine in normaal bloed is ongeveer 2,2 mM, en elk hemoglobine molecuul kan vier \(O_2\) moleculen binden., Hoewel de concentratie van opgeloste \(O_2\) in bloedserum bij 37°C (normale lichaamstemperatuur) slechts 0,010 mM is, is de totale opgeloste \(o_2\) concentratie 8,8 mM, bijna duizend keer groter dan mogelijk zou zijn zonder hemoglobine. Synthetische zuurstofdragers op basis van gefluoreerde alkanen zijn ontwikkeld voor gebruik als noodvervanging voor volbloed. In tegenstelling tot donorbloed, hebben deze “bloedvervangers” geen koeling nodig en hebben ze een lange houdbaarheid., Hun zeer hoge wetconstanten van Henry voor \(O_2\) resulteren in concentraties opgeloste zuurstof die vergelijkbaar zijn met die in normaal bloed.
