wpływ ciśnienia na rozpuszczalność gazów: prawo Henry ' ego
ciśnienie zewnętrzne ma bardzo mały wpływ na rozpuszczalność cieczy i ciał stałych. Natomiast rozpuszczalność gazów wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia cząstkowego gazu nad roztworem., Ten punkt jest zilustrowany na rysunku \(\PageIndex{4}\), który pokazuje wpływ zwiększonego ciśnienia na dynamiczną równowagę, która jest ustanowiona między rozpuszczonymi cząsteczkami gazu w roztworze a cząsteczkami w fazie gazowej nad roztworem. Ponieważ stężenie cząsteczek w fazie gazowej wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia, stężenie rozpuszczonych cząsteczek gazu w roztworze w równowadze jest również wyższe przy wyższych ciśnieniach.,
zależność między ciśnieniem a rozpuszczalnością gazu jest opisana ilościowo przez prawo Henry 'ego, które zostało nazwane na cześć jego odkrywcy, angielskiego lekarza i chemika, Williama Henry' ego (1775-1836):
\
gdzie
- \(C\) jest stężenie rozpuszczonego gazu w równowadze,
- \(p\) jest ciśnieniem cząstkowym gazu, a
- \(K\) jest stałą prawa Henry ' ego, którą należy wyznaczyć doświadczalnie dla każdej kombinacji gazu, rozpuszczalnika i temperatury.,
chociaż stężenie gazu może być wyrażone w dowolnych wygodnych jednostkach, użyjemy wyłącznie molarności. Jednostkami stałej prawa Henry ' ego są zatem mol/(L·atm) = m/atm. Wartości stałych prawa Henry ' ego dla roztworów kilku gazów w wodzie w temperaturze 20°C podano w tabeli \(\PageIndex{1}\).
Jak pokazują dane w tabeli \(\PageIndex{1}\), stężenie rozpuszczonego gazu w wodzie pod danym ciśnieniem zależy silnie od jego właściwości fizycznych. Dla szeregu pokrewnych substancji siły dyspersji londyńskiej zwiększają się wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej., Tak więc wśród elementów grupy 18 stałe prawa Henry ' ego rosną płynnie od He do Ne do Ar. Tabela pokazuje również, że \(O_2\) jest prawie dwa razy bardziej rozpuszczalny niż \(N_2\). Chociaż siły dyspersji londyńskiej są zbyt słabe, aby wyjaśnić tak dużą różnicę, \(O_2\) jest paramagnetyczna, a więc bardziej polaryzowalna niż \(N_2\), co tłumaczy jej wysoką rozpuszczalność.
gazy reagujące z wodą nie są zgodne z Prawem Henry ' ego.
prawo Henry ' ego ma ważne zastosowania., Na przykład, pęcherzyki \(CO_2\) tworzą się zaraz po otwarciu napoju gazowanego, ponieważ napój był butelkowany pod\ (CO_2\) pod ciśnieniem większym niż 1 atm. Po otwarciu butelki ciśnienie \(CO_2\) nad roztworem gwałtownie spada, a część rozpuszczonego gazu ucieka z roztworu w postaci pęcherzyków. Prawo Henry ' ego wyjaśnia również, dlaczego nurkowie muszą uważać, aby powoli wznosić się na powierzchnię po nurkowaniu, jeśli oddychają sprężonym powietrzem. Przy wyższych ciśnieniach pod wodą więcej N2 z powietrza rozpuszcza się w wewnętrznych płynach nurka., Jeśli nurek unosi się zbyt szybko, Szybka zmiana ciśnienia powoduje, że małe pęcherzyki N2 tworzą się w całym ciele, stan znany jako ” zakręty.”Te pęcherzyki mogą blokować przepływ krwi przez małe naczynia krwionośne, powodując wielki ból, a nawet okazując się śmiertelny w niektórych przypadkach.
ze względu na niską stałą prawa Henry ' ego dla \(O_2\) w wodzie, poziom rozpuszczonego tlenu w wodzie jest zbyt niski, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne organizmów wielokomórkowych, w tym ludzi., Aby zwiększyć stężenie \(O_2\) w płynach wewnętrznych, organizmy syntetyzują wysoce rozpuszczalne cząsteczki nośne, które wiążą\ (O_2\) odwracalnie. Na przykład, ludzkie czerwone krwinki zawierają białko zwane hemoglobiną, które specyficznie wiąże \(O_2\) i ułatwia jego transport z płuc do tkanek, gdzie jest używany do utleniania cząsteczek żywności w celu dostarczenia energii. Stężenie hemoglobiny w normalnej krwi wynosi około 2,2 mM, a każda cząsteczka hemoglobiny może wiązać cztery cząsteczki\ (O_2\)., Chociaż stężenie rozpuszczonego \(O_2\) w surowicy krwi w temperaturze 37°C (normalna temperatura ciała) wynosi tylko 0,010 mM, całkowite stężenie rozpuszczonego \(O_2\) wynosi 8,8 mM, prawie tysiąc razy więcej niż byłoby to możliwe bez hemoglobiny. Syntetyczne nośniki tlenu oparte na fluorowanych alkanach zostały opracowane do stosowania jako awaryjny zamiennik krwi pełnej. W przeciwieństwie do oddanej krwi, te „substytuty krwi” nie wymagają chłodzenia i mają długi okres trwałości., Ich bardzo wysokie stałe prawa Henry ' ego dla \(O_2\) powodują, że stężenie rozpuszczonego tlenu jest porównywalne do stężenia w normalnej krwi.
