effekt av tryck på lösligheten hos gaser: Henrys lag
yttre tryck har mycket liten effekt på lösligheten hos vätskor och fasta ämnen. Däremot ökar lösligheten hos gaser när gasens partialtryck över en lösning ökar., Denna punkt illustreras i Figur \(\PageIndex{4}\), som visar effekten av ökat tryck på den dynamiska jämvikten som är etablerad mellan de upplösta gasmolekylerna i lösning och molekylerna i gasfasen ovanför lösningen. Eftersom koncentrationen av molekyler i gasfasen ökar med ökande tryck, är koncentrationen av upplösta gasmolekyler i lösningen vid jämvikt också högre vid högre tryck.,
förhållandet mellan tryck och lösligheten hos en gas beskrivs kvantitativt av Henriks lag, som är uppkallad efter sin upptäckare, den engelska läkaren och kemisten, William Henry(1775-1836):
\
där
- \(c\) är koncentrationen av upplöst gas vid jämvikt,
/li >
- \(p\) är gasens partialtryck, och
- \(k\) är Henrys lagkonstant, som måste bestämmas experimentellt för varje kombination av gas, lösningsmedel och temperatur.,
även om gaskoncentrationen kan uttryckas i någon lämplig enhet, kommer vi att använda molaritet uteslutande. Enheterna i Henrys lagkonstant är därför mol/(l * atm) = m / atm. Värden för Henrys lagkonstanter för lösningar av flera gaser i vatten vid 20 ° C anges i tabell \(\PageIndex{1}\).
som data i tabell \(\PageIndex{1}\) visar, beror koncentrationen av en upplöst gas i vatten vid ett givet tryck starkt på dess fysikaliska egenskaper. För en serie relaterade ämnen ökar London dispersionskrafter när molekylmassan ökar., Således bland elementen i Grupp 18 ökar Henriks lagkonstanter smidigt från han till Ne till Ar. Tabellen visar också att \(o_2\) är nästan dubbelt så löslig som \(N_2\). Även om London dispersionsstyrkorna är för svaga för att förklara en så stor skillnad är \(o_2\) paramagnetisk och därmed mer polariserbar än \(n_2\), vilket förklarar dess höga löslighet.
gaser som reagerar med vatten lyder inte Henrys lag.
Henrys lag har viktiga applikationer., Till exempel bildar bubblor av \(CO_2\) så snart en kolsyrad dryck öppnas eftersom drycken tappades under \(CO_2\) vid ett tryck som är större än 1 atm. När flaskan öppnas sjunker trycket på \(CO_2\) ovanför lösningen snabbt, och en del av den upplösta gasen släpper ut från lösningen som bubblor. Henrys lag förklarar också varför dykare måste vara noga med att stiga upp till ytan långsamt efter ett dyk om de andas tryckluft. Vid högre tryck under vatten löses mer N2 från luften i dykarens inre vätskor., Om dykaren stiger för snabbt, orsakar den snabba tryckförändringen små bubblor av N2 att bilda genom hela kroppen, ett tillstånd som kallas ” böjningarna.”Dessa bubblor kan blockera blodflödet genom de små blodkärlen, vilket orsakar stor smärta och till och med bevisar dödlig i vissa fall.
på grund av den låga Henrys lagkonstant för \(o_2\) i vatten är nivåerna av upplöst syre i vatten för låga för att stödja energibehoven hos multicellulära organismer, inklusive människor., För att öka \(o_2\) – koncentrationen i interna vätskor syntetiserar organismer mycket lösliga bärarmolekyler som binder \(O_2\) reversibelt. Till exempel innehåller mänskliga röda blodkroppar ett protein som kallas hemoglobin som specifikt binder \(O_2\) och underlättar transporten från lungorna till vävnaderna, där det används för att oxidera matmolekyler för att ge energi. Koncentrationen av hemoglobin i normalt blod är ca 2,2 mM, och varje hemoglobinmolekyl kan binda fyra \(o_2\) molekyler., Även om koncentrationen av upplöst \(O_2\) i blodserum vid 37 ° C(normal kroppstemperatur) är endast 0,010 mM, är den totala upplösta \(O_2\) koncentrationen 8,8 mM, nästan tusen gånger större än vad som skulle vara möjligt utan hemoglobin. Syntetiska syrebärare baserade på fluorerade alkaner har utvecklats för användning som en akut ersättning för helblod. Till skillnad från donerat blod kräver dessa ”blodsubstitut” inte kylning och har en lång hållbarhet., Deras mycket höga Henrys lagkonstanter för \(o_2\) resulterar i upplösta syrekoncentrationer jämförbara med de i normalt blod.
