Loi de l'équation de Henry, déviation, applications

Le La loi d'Henry Il indique qu'à température constante, la quantité de gaz dissous dans un liquide est directement proportionnelle à sa pression partielle à la surface du liquide.

Il a été postulé en 1803 par le physicien et chimiste anglais William Henry. Sa loi peut également être interprétée de la manière suivante: si la pression sur le liquide augmente, plus la quantité de gaz dissous est importante.

Ici, le gaz est considéré comme le soluté de la solution. Contrairement au soluté solide, la température a un effet négatif sur sa solubilité. Ainsi, à mesure que la température augmente, le gaz a tendance à s'échapper plus facilement du liquide vers la surface.

En effet, l'augmentation de la température fournit de l'énergie aux molécules gazeuses, qui entrent en collision pour former des bulles (image du haut). Ensuite, ces bulles surmontent la pression externe et échappent au sinus du liquide.

Si la pression externe est très élevée et que le liquide reste froid, les bulles seront solubilisées et seules quelques molécules gazeuses «hanteront» la surface.

Index

• 1 équation de la loi d'Henry
• 2 Déviation
• 3 Solubilité d'un gaz dans le liquide
  • 3.1 insaturé
  • 3.2 saturé
  • 3.3 Sursaturé
• 4 applications
• 5 exemples
• 6 références

Équation de la loi d'Henry

Il peut être exprimé par l'équation suivante:

P = k_H∙ C

Où P est la pression partielle du gaz dissous; C est la concentration du gaz; et K_H c'est la constante d'Henry.

Il faut comprendre que la pression partielle d'un gaz est celle qui exerce individuellement une sorte de reste du mélange gazeux total. Et la pression totale n'est rien d'autre que la somme de toutes les pressions partielles (loi de Dalton):

P_Total= P₁ + P₂ + P₃+ ... + P_n

Le nombre d’espèces gazeuses composant le mélange est représenté par n. Par exemple, s'il y a de la vapeur d'eau et du CO à la surface d'un liquide₂, n est égal à 2.

Déviation

Pour les gaz peu solubles dans les liquides, la solution se conforme idéalement à la loi de Henry pour le soluté.

Cependant, lorsque la pression est élevée, un écart par rapport à Henry se produit, car la solution cesse de se comporter comme une dilution idéale.

Que signifie? Que les interactions soluté-soluté et soluté-solvant commencent à avoir leurs propres effets. Lorsque la solution est très diluée, les molécules de gaz sont "exclusivement" entourées de solvant, méprisant les rencontres possibles entre elles.

Par conséquent, lorsque la solution n'est plus la dilution idéale, on observe la perte de comportement linéaire dans la courbe P_je vs X_je.

En conclusion à cet aspect: la loi de Henry détermine la pression de vapeur d'un soluté dans une solution diluée idéale. Alors que pour le solvant, la loi de Raoult s'applique:

P_Un = X_Un∙ P_Un^*

Solubilité d'un gaz dans le liquide

Lorsqu'un gaz est bien dissous dans un liquide, comme le sucre dans l'eau, il ne peut pas être distingué de l'environnement, formant ainsi une solution homogène. En d'autres termes: aucune bulle n'est observée dans le liquide (ou les cristaux de sucre).

Cependant, la solvatation efficace des molécules gazeuses dépend de certaines variables telles que: la température du liquide, la pression qui l’affecte et la nature chimique de ces molécules par rapport à celles du liquide.

Si la pression externe est trop élevée, les chances de pénétration du gaz dans la surface du liquide augmentent. Et d'autre part, les molécules gazeuses dissoutes sont plus difficiles à surmonter que la pression incidente pour s'échapper vers l'extérieur.

Si le système de gaz liquide est agité (comme cela se produit dans la mer et dans les pompes à air à l'intérieur du réservoir), l'absorption de gaz est favorisée.

Et comment la nature du solvant affecte-t-elle l’absorption d’un gaz? S'il est polaire, comme l'eau, il présentera une affinité pour les solutés polaires, c'est-à-dire pour les gaz ayant un moment dipolaire permanent. S'il est apolaire, comme les hydrocarbures ou les graisses, il préférera les molécules gazeuses apolaires

Par exemple, l'ammoniac (NH₃) est un gaz très soluble dans l’eau en raison des interactions entre les liaisons hydrogène. Alors que cet hydrogène (H₂), dont la petite molécule est apolaire, interagit faiblement avec l'eau.

En outre, en fonction de l'état du processus d'absorption de gaz dans le liquide, les états suivants peuvent être établis:

Insaturé

Le liquide est insaturé lorsqu'il est capable de dissoudre plus de gaz. En effet, la pression externe est supérieure à la pression interne du liquide.

Saturé

Le liquide établit un équilibre dans la solubilité du gaz, ce qui signifie que le gaz s'échappe à la même vitesse avec laquelle il pénètre dans le liquide.

Il peut également être vu comme suit: si trois molécules de gaz s'échappent dans l'air, trois autres vont retourner dans le liquide en même temps.

Sursaturé

Le liquide est sursaturé en gaz lorsque sa pression interne est supérieure à la pression externe.Et, avant un changement minimal dans le système, il libère l'excès de gaz dissous jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.

Applications

- la loi de Henry peut être appliquée pour calculer l'absorption des gaz inertes (azote, hélium, argon, etc.) dans différents tissus du corps humain, et en même temps que la théorie de Haldane est la base des tableaux de décompression.

- Une application importante est la saturation des gaz dans le sang. Lorsque le sang est insaturé, le gaz se dissout jusqu'à ce qu'il devienne saturé et cesse de se dissoudre davantage. Une fois que cela se produit, le gaz dissous dans le sang entre dans l'air.

- La gazéification des boissons gazeuses est un exemple de la loi de Henry appliquée. Les boissons gazeuses ont du CO₂ dissous sous des pressions élevées, maintenant ainsi chacun des composants combinés qui le composent; De plus, il conserve la saveur caractéristique beaucoup plus longtemps.

Lorsque la bouteille de soda est découverte, la pression sur le liquide diminue, libérant immédiatement la pression.

Parce que la pression sur le liquide est maintenant inférieure, la solubilité du CO₂ il descend et s'échappe dans l'atmosphère (on peut le remarquer dans l'ascension des bulles par le bas).

- Au fur et à mesure que le plongeur descend à de plus grandes profondeurs, l'azote inhalé ne peut pas s'échapper car la pression externe l'empêche de se dissoudre dans le sang de l'individu.

Lorsque le plongeur remonte rapidement à la surface, où la pression externe diminue, l'azote commence à gonfler dans le sang.

Cela provoque ce que l'on appelle un inconfort de décompression. C'est pour cette raison que les plongeurs doivent monter lentement, de sorte que l'azote s'échappe plus lentement du sang.

- Etude des effets de la diminution de l’oxygène moléculaire (O₂) Dissous dans le sang et les tissus des alpinistes ou pratiquer des activités qui impliquent un séjour prolongé à haute altitude, ainsi que les habitants des lieux assez élevés.

- Recherche et à l'amélioration des méthodes utilisées pour prévenir les catastrophes naturelles qui peuvent être causés par la présence de gaz dissous dans de grandes masses d'eau qui peuvent être libérés avec violence.

Des exemples

La loi d'Henry ne s'applique que lorsque les molécules sont en équilibre. Voici quelques exemples:

- Dans la solution d'oxygène (O₂) Dans le flux sanguin de cette molécule est considérée comme peu soluble dans l'eau, mais leur solubilité augmente considérablement la teneur élevée en hémoglobine dans la présente. Ainsi, chaque molécule d'hémoglobine peut se lier à quatre molécules d'oxygène libérées dans les tissus pour être utilisées dans le métabolisme.

- En 1986, un épais nuage de dioxyde de carbone a été soudainement expulsé du lac Nyos (situé au Cameroun) asphyxiant environ 1700 personnes et un grand nombre d'animaux, ce qui est expliqué par la présente loi a été enregistrée.

- La solubilité manifestant un gaz particulier dans une espèce de liquide se développe habituellement une plus grande mesure que la pression dudit gaz, même à des pressions élevées se produisent certaines exceptions telles que des molécules d'azote (N₂).

- la loi d'Henry n'est pas applicable lorsqu'il existe une réaction chimique entre la substance qui agit comme soluté et celle qui agit comme solvant; Tel est le cas des électrolytes, tels que l'acide chlorhydrique (HCl).

Références 

1. Crockford, H.D., Knight Samuel B. (1974). Principes fondamentaux de la physicochimie. (6ème éd.). Editorial C.E.C.S.A., Mexique. P 111-119.
2. Les éditeurs de l'encyclopédie Britannica. (2018). La loi d'Henry Récupéré le 10 mai 2018 de: britannica.com
3. Byju's. (2018). Quelle est la loi d'Henry? Récupéré le 10 mai 2018 sur: byjus.com
4. Leisurepro et Aquaviews. (2018). La loi d'Henry Récupérée le 10 mai 2018 à partir de: leisurepro.com
5. Fondation Annenberg. (2017). Section 7: La loi d'Henry. Extrait le 10 mai 2018 de: learner.org
6. Monica Gonzalez (25 avril 2011). La loi d'Henry Récupéré le 10 mai 2018 de: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles (24 juillet 2009). Plongeur [Figure] Extrait le 10 mai 2018 de: flickr.com