Vedelikus lahustunud gaasi mass on võrdeline gaasi rõhuga vedeliku pinna kohal.

Henry seadus kirjeldab gaasi lahustamise protsessi vedelikus. Me teame, milline on vedelik, milles gaas lahustatakse, gaseeritud jookide – alkoholivabade, lahjade ja suuremate pühade puhul – šampanja näitel. Kõik need joogid lahustavad süsihappegaasi (keemiline valem CO 2) – kahjutut gaasi, mida kasutatakse toiduainetööstuses tänu selle heale vees lahustuvusele ning kõik need joogid vahutavad pärast pudeli või purgi avamist, kuna lahustunud gaas hakkab eralduma. vedelik atmosfääri, kuna pärast suletud anuma avamist langeb rõhk selle sees.

Tegelikult ütleb Henry seadus üsna lihtsa fakti: mida kõrgem on gaasi rõhk vedeliku pinna kohal, seda raskem on selles lahustunud gaasil vabaneda. Ja see on molekulaarkineetilise teooria seisukohalt täiesti loogiline, kuna gaasimolekul peab vedeliku pinnalt vabanemiseks ületama pinna kohal olevate gaasimolekulidega kokkupõrke energiat ja mida kõrgem on rõhk ja sellest tulenevalt molekulide arv piirpiirkonnas, seda raskem on lahustunud molekulil seda barjääri ületada.

Henry seadus selgitab ka kihisevate jookide teist omadust – iseloomulikku vahtu, mis kipub pärast sooda- või (kui veab) šampanjapudeli avamist välja pritsima. Et joogi sisse rohkem gaasi pumpada, sulgevad tootjad pudelid ja purgid teadlikult suure pindsurve all ning šampanjas pumbatakse see protsessi käigus isegi sisse. kääritamine ja süsihappegaasi loomulik vabanemine pudelis.

Kui tõmbate rõnga purgile või avate pudeli, tekitab sees olev kõrgsurve süsihappegaas iseloomulikku hüppamist või susisevat heli. Rõhk vedeliku pinna kohal langeb kiiresti, ühtlustades atmosfäärirõhu ning CO 2 molekulid hakkavad joogist, milles need lahustati, vabalt väljuma, põhjustades joogi mullitamist ja vahtu. Varem või hiljem eraldub vedelikust peaaegu kogu lahustunud süsihappegaas, pinna poole suunatud vedelikus lahustunud CO 2 rõhk võrdsustub atmosfäärirõhuga ning jook lõpetab vahutamise ja mullitamise. Seetõttu lähevad mullijoogid lahti korgist tühjaks – ja üsna kiiresti.

Selgub, et füüsilist tähendust võib leida isegi soodapurgist.

William Henry, 1774-1836

Inglise keemik ja füüsik. Sündis Manchesteri keemiamanufaktuuri omaniku perre. Ta õppis Edinburghi ülikooli arstiteaduskonnas, pärast selle lõpetamist töötas Manchesteris surnukuuris. Pärinud perekondliku keemiamanufaktuuri, pühendas ta oma vaba aja füüsikalistele ja keemilistele uuringutele. Lisaks temanimelisele seadusele avastas Henry ammoniaagi keemilise valemi ja avastas erinevuse metaani ja etüleeni vahel. Lisaks uurimistööle (millele ta kulutas märkimisväärse osa perekonna pärandist) jättis Henry maha õpiku "Eksperimentaalse keemia elemendid" (Eksperimentaalse keemia elemendid), mis tunnistati 19. sajandi esimese poole edukaimaks keemiaõpikuks. Henry lähedane sõber ja kaastööline oli teine ​​tolle aja silmapaistev teadlane John Dalton ( cm. Daltoni seadus) ja William Henry vanema poeg William Charles Henry kirjutas seejärel oma isa sõbra esimese ja kõige täielikuma eluloo.

Lahustuvus on aine võime lahustuda teatud lahustis. Aine lahustuvuse mõõt antud tingimustes on selle sisaldus küllastunud lahuses. Seetõttu saab lahustuvust arvuliselt väljendada samamoodi nagu koostist, näiteks lahustunud aine massi protsendina küllastunud lahuse massist või lahustunud aine kogusega, mis sisaldub 1 liitris küllastunud lahuse massis. Lahustuvust väljendatakse sageli ka sellise veevaba aine massiühikute arvuna, mis küllastavad antud tingimustes 100 massiühikut lahustit; Mõnikord nimetatakse sel viisil väljendatud lahustuvust lahustuvuskoefitsiendiks.

Erinevate ainete lahustuvus vees on väga erinev. Kui 100 g vees lahustub rohkem kui 10 g ainet, siis tavaliselt nimetatakse sellist ainet hästi lahustuvaks; kui ainet lahustub vähem kui 1 g, on see vähelahustuv ja lõpuks praktiliselt lahustumatu, kui lahustub vähem kui 0,01 g ainet.

Enamiku tahkete ainete lahustumisega kaasneb soojuse neeldumine. Seda seletatakse märkimisväärse energiakuluga tahke aine kristallvõre hävitamisele, mida tavaliselt ei kompenseeri täielikult hüdraatide (solvaatide) moodustumisel vabanev energia. Le Chatelier' põhimõtte rakendamine kristallilises olekus aine ja selle küllastunud lahuse vahelise tasakaalu suhtes

jõuame järeldusele, et juhtudel, kui aine lahustub energia neeldumisel, peaks temperatuuri tõus suurendama selle lahustuvust

Enamikul sellistel juhtudel suureneb temperatuuri tõustes vedelike vastastikune lahustuvus, kuni saavutatakse temperatuur, mille juures mõlemad vedelikud segunevad mis tahes vahekorras.

Kui tahked ained lahustatakse vees, muutub süsteemi maht tavaliselt vaid veidi. Seetõttu on ainete lahustuvus tahkes olekus rõhust praktiliselt sõltumatu.

Vedelikud võivad lahustuda ka vedelikes. Mõned neist lahustuvad üksteises piiramatult, st segunevad üksteisega mis tahes vahekorras, näiteks alkoholis ja vees, teised aga lahustuvad vastastikku ainult teatud piirini.

Temperatuuri, mille juures vedelike piiratud vastastikune lahustuvus muutub piiramatuks, nimetatakse kriitiliseks lahustumistemperatuuriks

jaotusseadus, mille kohaselt kahes segunematus lahustis lahustuv aine jaotatakse nende vahel nii, et selle kontsentratsioonide suhe neis lahustites püsival temperatuuril jääb konstantseks, sõltumata lahustunud aine üldkogusest:

Siin on C1 ja C2 lahustunud aine kontsentratsioonid esimeses ja teises lahustis; /(- nn jaotuskoefitsient.

Gaaside lahustumine vees on eksotermiline protsess. Seetõttu väheneb gaaside lahustuvus temperatuuri tõustes. Kui jätate klaasi külma vett sooja ruumi, kattuvad selle siseseinad gaasimullidega - see on õhk, mis vees lahustunud ja kuumenemise tõttu sealt välja eraldub. Keetmine võib eemaldada veest kogu lahustunud õhu.

Gaaside lahustumisega orgaanilistes vedelikes kaasneb aga sageli soojuse neeldumine; sellistel juhtudel suureneb gaasi lahustuvus temperatuuri tõustes.

Henry seadus: Konstantsel temperatuuril lahustuva gaasi mass teatud vedelikumahus on otseselt võrdeline gaasi osarõhuga.

Henry seadust saab väljendada võrrandiga

kus C on gaasi massikontsentratsioon küllastunud lahuses; p - osarõhk; k on proportsionaalsustegur, mida nimetatakse Henry konstandiks (või Henry koefitsiendiks).

Märkigem Henry seaduse olulist tagajärge: konstantsel temperatuuril lahustuva gaasi maht antud vedelikumahus ei sõltu selle osarõhust. Kui vedeliku kohal on mitme gaasi segu, siis igaühe lahustuvuse määrab selle osarõhk.

Seda tuleb arvestada teiste gaasidega segatud gaaside lahustuvuse arvutamisel. Gaasid järgivad Henry seadust mitte väga kõrgel rõhul ja pealegi ainult juhul, kui nad ei astu lahustiga keemilisse koostoimesse. Kõrgel rõhul, kui kõigi gaaside käitumine erineb märkimisväärselt ideaalsest, täheldatakse kõrvalekaldeid Henry seadusest ka gaaside puhul, mis lahustiga keemiliselt ei interakteeru.

Gaaside lahustumine vees on eksotermiline protsess. Seetõttu väheneb gaaside lahustuvus temperatuuri tõustes. Kui gaas lahustub vedelikus, tekib tasakaal

Gaas + vedelik ↔ Küllastunud lahus (1).

Sel juhul väheneb süsteemi maht oluliselt. Järelikult peaks rõhu tõus viima tasakaalu nihkumiseni paremale, see tähendab gaasi lahustuvuse suurenemisele.

Henry sõnastas selle mustri üldisemalt:

Soluudi osaline aururõhk lahuse kohal on võrdeline lahustunud aine mooliosaga lahuses.

Seda väidet nimetatakse Henry seaduseks, mille matemaatiline valem on:

kus P on rõhk, k on Henry konstant, X on lahustunud aine mooliosa.

Henry seadusest tuleneb järgmine tagajärg:

konstantsel temperatuuril lahustuva gaasi maht antud vedelikumahus ei sõltu selle osarõhust.

Gaasid järgivad Henry seadust madalal rõhul ning gaasimolekulide ja lahusti molekulide keemilise koostoime puudumisel.

Henry seadus mängib tööstuses olulist rolli. Tööstuslikul vesiniku tootmisel Boschi protsessi abil juhitakse nende gaaside gaasiline segu kõrge rõhu all läbi vee, et eemaldada vesinikust süsinikdioksiid. Umbes 50 atm rõhul lahustub süsihappegaas vees hästi ja eemaldatakse vesinikust peaaegu täielikult.

Teine näide on dekompressioonhaigus. See valulik seisund esineb sukeldujatel, kui nad tõusevad liiga kiiresti sügavusest, kus nad olid kõrgendatud rõhu all, pinnale, kus õhurõhk on normaalne. Rõhu tõustes ja langedes toimub samaaegselt lämmastiku lahustuvuse vähenemine veres. See toob kaasa lämmastiku mullide vabanemise vereringesüsteemis, mis põhjustab tugevat valu. Veelgi enam, lämmastikumullid takistavad vereringet aju ja teiste kehaosade väikestes veresoontes. Dekompressioonhaiguse vältimiseks peavad sukeldujad aeglaselt sügavusest pinnale tõusma.

Äärmiselt lahjendatud lahusteks nimetatakse neid, milles lahustunud aine mooliosa on x 2 < 0,005 и, следовательно, молярная доля растворителяx 1 on ühele lähedal.

Äärmiselt lahjendatud lahuses lahustunud aine käitumine ei allu ideaallahuste seadustele. Lahustunud aine küllastunud aururõhk sõltub lineaarselt selle kontsentratsioonist, kuid sirge ei lange kokku Raoult' seadusele vastava joonega. Lahustunud aine aururõhk järgib

Henry seadus : äärmiselt lahjendatud lahuste puhul on lahustunud aine küllastunud auru osarõhk võrdeline selle mooliosaga:

kus x i on moolimurd i-th lahustunud aine;k i– rõhu mõõtmega konstant, nn Henry koefitsient (konstant).

Pange tähele, et I piirkonnas (joonis 1.2) komponendi B puhul Raoult' seadust ei järgita, kuid siin täheldatakse lineaarset seost p B ja x B vahel, st. Henry seadus:

р В =k В x В ja k В р 0.V. Sarnaselt on II piirkonna puhul Henry seadus komponendi A puhul täidetud: p A = k A x A.

Seega järgib lahusti äärmiselt lahjendatud reaalsetes lahustes Raoulti seadust ja lahustunud aine järgib Henry seadust.

5.3 Vedeliku-auru faasidiagrammid kahendsüsteemide jaoks

Tavaliselt kasutatakse lahuste oleku kirjeldamiseks diagramme T keema - x (keemistemperatuur - koostis) p = const või p - x (aururõhk - koostis) juures T = const.

Vaatleme juhtumit, kui lahuse moodustavad kaks lenduvat vedelikku.

R
on. 3. Auru üldrõhu sõltuvus

ideaalse lahuse koostis ja aurukompositsioon.

Punktid 1 ja 2 joonisel fig. 3 iseloomustavad vastavalt tasakaalus oleva vedeliku ja auru faasi koostist. Punkt 3 iseloomustab süsteemi bruto(üld)koosseisu. Diagrammi I piirkonnas on ainult vedel lahus, II piirkonnas ainult aur, III piirkonnas eksisteerivad koos vedel ja aurufaas.

Kutsutakse kõverat p = f (x). vedel joon ja väljendab lahuse kohal oleva aururõhu sõltuvust vedela lahuse koostisest.

Kutsutakse kõverat p = f (y). auru liin ja väljendab lahuse kohal oleva aururõhu sõltuvust auru koostisest.

Huvitav on märkida, et isegi ideaallahenduste kujunemise korral auru koostis ei ühti vedela lahuse koostisega kõige ideaalsete lahenduste jaoks. Seega on komponendi A osarõhk lahuse kohal olevas aurus vastavalt Raoult' seadusele võrdne:

.

x A on komponendi A mooliosa lahuses.

Teisest küljest järeldub Daltoni seadusest, et

, (14)

Kus R kokku – kogu aururõhk lahuse kohal, y A- komponendi A mooliosa aurus. Siis

Kuna aururõhk kõrgem kui puhta komponendi A( R 0 A) on alati suurem kui kogu aururõhk joonisel 3 näidatud juhul y A> x A kogu kontsentratsioonivahemikus. Selliste süsteemide puhul on aur rikastatud komponendiga A võrreldes vedela lahusega.

Terve mõistuse (ja kogemuse) seisukohalt tuleks auru rikastada lenduvama komponendiga (st millel on antud temperatuuril T kõrgem aururõhk või antud rõhul p madalam keemispunkt).

Keemispunkt lahus (T kip) on temperatuur, mille juures küllastunud auru rõhk lahuse kohal on võrdne välisrõhuga p.

Keemistemperatuuri sõltuvus lahuse ja auru koostisest on näidatud joonisel fig. 4. Diagrammi I piirkonnas on ainult aur (gaaside lahus), II piirkonnas on ainult vedel lahus; III piirkond on auru ja vedela lahuse kooseksisteerimise piirkond.

Kõver aa 1 a 2 …b nimetatakse kõveraks keetmine;

Kõver ab 1 b 2 …b- kõver kondensatsioon;

T 0A ja T 0B - puhaste vedelike A ja B keemistemperatuurid (lenduvam komponent on B, kuna T 0A > T 0B).

Finantsvõimenduse reegelkahe heterogeenses kahefaasilises piirkonnas tasakaalus olevate faaside arvu (massi) suhe on pöördvõrdeline kaugustega vastavatest faasipunktidest süsteemi kujundpunktini.

Kujundliku punktiga tähistatud punkti jaoks süsteemis (koos) Riis. 5, saab kangi reegli kirjutada järgmiselt:

või m vedelik l vedelik = m aur l aur

HENRY SEADUS

: Gaasi lahustuvus antud temperatuuril on võrdeline selle rõhuga lahuse kohal. Selles sõnastuses kehtestas seaduse W. Henry 1802. Kaasaegne. koostis: konstantsel temperatuuril on lahustunud aine osarõhk p kõrgem kui maksimaalne lahjendus. lahus on võrdeline selle aine mooliosaga mina ,> st p i - = kus X i on Henry konstant elemendi i jaoks.

G. z.-bas. termodünaamiline seadus. Pühakud on äärmiselt organiseerimatud. mitteelektrolüütide lahused. Nii et kui ideaalseks lahusolekuks. binaarlahendit täidab G. z., siis alates Gibbsi-Duhemi võrrandid ja termodünaamika üldseadused. tasakaalust järeldub, et lahusti auru osarõhk sellise lahuse kohal konstantsel temperatuuril on võrdeline lahusti moolifraktsiooniga (vt. Raouli seadused), ja lahuse külmumistemperatuuri langus (kui selle komponendid ei moodusta tahkeid lahuseid) on võrdeline lahustunud aine mooliosaga ega sõltu selle keemilisest ainest. loodus. G. z. täitmise valdkonnas. ehk teisisõnu ideaalses jaotuses. termodünaamiline lahendus Lahustunud ainete aktiivsus on võrdeline nende mooliosadega (mis tahes standardolekute valimise meetodi puhul). Kui valite lahustunud aine standardolekuks hüpoteetilise oleku. olekutes N, = 1, milles omadusel oleks maksimaalsele jaotusele vastavad omadused. Lahus antud lahuses, muutub selle aktiivsus võrdseks mooliosa ja koefitsiendiga. tegevus-üksus. Tänu sellele keemiliste tingimuste salvestamisel. tasakaal dil. mitteelektrolüütide lahuste puhul võib koefitsiendi ära jätta. tegevust ja kasutamist aktiivsete masside seadus selle naibis. lihtne vorm.

Konstandit K i võib pidada aine i lahusest gaasiks ülemineku tasakaalukonstandiks. See on seotud Gibbsi energia muutusega lahendamise ajal järgmise seosega: kus T-t-ra, R on gaasikonstant. Suurusjärk ja aururõhk pp puhta vedeliku i kohal on seotud seosega:, kus -koefitsient. üksuse i tegevus selle äärmiselt üksikasjalikul kujul. lahus, mis on määratletud seoses puhta vedelikuga, on selle aine standardolek. Ideaalses lahenduses =1 ja K i = p o i .

Kõrge rõhu korral kasutatakse G. z. vajab selgitamist. Nendel juhtudel on gaasi p-läbilaskvuse määramiseks vaja arvestada gaasifaasi käitumise kõrvalekaldega ideaalse gaasi käitumisest, mis saavutatakse p asendamisega. i volatiilsus Lisaks sõltuvus K i kogurõhust p, mis on määratud seosega:

kus on lahustunud aine osaline molaarmaht maksimaalses lahjenduses. r-re. Nende kahe teguri arvessevõtmine toob kaasa järgmise võrrandi:

kus p o 1 on lahuse aururõhk antud temperatuuril. Kui seda võib pidada rõhust sõltumatuks, on a p o 1 võrreldes sellega väike R, Võrrand saab kujul (Kritševski - Kazarnovski võrrand, 1935):

Selle võrrandi analüüs näitab, et gaasi p-läbilaskvuse ja rõhu kõveral on maksimum. Maksimaalses punktis on aine i osamoolmahud mõlemas faasis (vedelik ja aur) võrdsed.

Võtta arvesse kõrvalekaldeid ideaalse eraldatuse käitumisest. lahendus gaaside pH-läbilaskvuse arvutamisel gaase väljendavates võrrandites moolfraktsiooni kordajana i sisestage vastav koefitsient. tegevust.

Lit.: Krichevsky I.R., Phase equilibrias in solutions at high pressures, 2. ed., M.-L., 1952; Karapetyants M. X., Chemical thermodynamics, 3. väljaanne, M., 1975, lk. 249-51, 272-80. V. A. Mihhailov.