ĐỊNH LUẬT HENRY: PHƯƠNG TRÌNH, ĐỘ LỆCH, ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Định luật Henry phát biểu rằng ở nhiệt độ không đổi, lượng khí hòa tan trong chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của nó trên bề mặt chất lỏng.

Nó đã được công nhận vào năm 1803 bởi nhà vật lý và hóa học người Anh William Henry. Định luật của ông cũng có thể được giải thích theo cách này: nếu áp suất lên chất lỏng càng tăng thì lượng khí hòa tan trong nó càng lớn.

Ở đây chất khí được coi là chất tan của dung dịch. Không giống như chất tan rắn, nhiệt độ có ảnh hưởng tiêu cực đến độ hòa tan của nó. Do đó, khi nhiệt độ tăng, khí có xu hướng thoát ra khỏi chất lỏng dễ dàng hơn về phía bề mặt.

Điều này là do sự gia tăng nhiệt độ góp phần tạo ra năng lượng cho các phân tử ở thể khí va chạm với nhau tạo thành bong bóng (hình trên). Các bong bóng này sau đó sẽ thắng áp suất bên ngoài và thoát ra khỏi xoang chất lỏng.

Nếu áp suất bên ngoài rất cao và chất lỏng được giữ lạnh, các bong bóng sẽ tan ra và chỉ có một số phân tử khí "lơ lửng" trên bề mặt.

Phương trình luật Henry

Nó có thể được biểu thị bằng phương trình sau:

P = K _H ∙ C

Trong đó P là áp suất riêng phần của khí hòa tan; C là nồng độ khí; và K _H là hằng số của Henry.

Cần phải hiểu rằng áp suất riêng phần của một chất khí được tạo ra bởi một phần riêng lẻ của phần còn lại của tổng hỗn hợp khí. Và tổng áp suất không gì khác hơn là tổng của tất cả các áp suất riêng phần (Định luật Dalton):

P _Tổng = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Số loài ở thể khí tạo nên hỗn hợp được biểu thị bằng n. Ví dụ, nếu có hơi nước và CO ₂ trên bề mặt của một chất lỏng , thì n bằng 2.

Độ lệch

Đối với chất khí hòa tan kém trong chất lỏng, dung dịch gần như lý tưởng, tuân theo định luật Henry về chất tan.

Tuy nhiên, khi áp lực lên cao, Henry sẽ có sự sai lệch, vì dung dịch này không còn hoạt động như một chất pha loãng lý tưởng.

Nó có nghĩa là gì? Tương tác giữa chất tan - chất tan và chất tan - dung môi bắt đầu có những tác động riêng. Khi dung dịch rất loãng, các phân tử khí được bao quanh bởi dung môi “độc quyền”, bỏ qua sự gặp gỡ có thể có giữa chúng.

Do đó, khi dung dịch không còn được pha loãng một cách lý tưởng, thì sự mất mát của hành vi tuyến tính được quan sát trong đồ thị P _i vs X _i .

Kết luận cho khía cạnh này: Định luật Henry xác định áp suất hơi của một chất tan trong một dung dịch loãng lý tưởng. Trong khi đối với dung môi, định luật Raoult áp dụng:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Sự hòa tan của một chất khí trong chất lỏng

Khi một chất khí hòa tan tốt trong một chất lỏng, chẳng hạn như đường trong nước, nó không thể phân biệt được với môi trường, do đó tạo thành một dung dịch đồng nhất. Nói cách khác: không quan sát thấy bọt khí trong chất lỏng (hoặc tinh thể đường).

Tuy nhiên, hiệu quả solvat hóa các phân tử khí phụ thuộc vào một số biến số như: nhiệt độ của chất lỏng, áp suất ảnh hưởng đến nó, và bản chất hóa học của các phân tử này so với chất lỏng.

Nếu áp suất bên ngoài rất cao, khả năng khí thâm nhập vào bề mặt chất lỏng tăng lên. Và mặt khác, các phân tử khí hòa tan càng khó vượt qua áp suất tới để thoát ra bên ngoài.

Nếu hệ thống lỏng-khí bị kích động (như ở biển và trong các máy bơm không khí bên trong bể cá), thì việc hấp thụ khí sẽ được ưu tiên.

Và bản chất của dung môi ảnh hưởng như thế nào đến sự hấp thụ của một chất khí? Nếu chất này có cực, như nước, nó sẽ thể hiện ái lực với các chất tan phân cực, nghĩa là đối với những khí có mômen lưỡng cực vĩnh viễn. Trong khi nếu nó là cực, chẳng hạn như hydrocacbon hoặc chất béo, nó sẽ thích các phân tử khí bất cực hơn

Ví dụ, amoniac (NH ₃ ) là một chất khí rất dễ hòa tan trong nước do tương tác liên kết hydro. Trong khi hydro (H ₂ ), có phân tử nhỏ là bất cực, tương tác yếu với nước.

Ngoài ra, tùy thuộc vào trạng thái của quá trình hấp thụ khí trong chất lỏng, các trạng thái sau có thể được thiết lập trong chúng:

Không bão hòa

Chất lỏng không bão hòa khi nó có thể hòa tan nhiều khí hơn. Điều này là do áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong của chất lỏng.

Bão hòa

Chất lỏng thiết lập trạng thái cân bằng về độ hòa tan của chất khí, nghĩa là chất khí thoát ra với cùng tốc độ khi đi vào chất lỏng.

Cũng có thể thấy như sau: nếu ba phân tử ở thể khí thoát ra ngoài không khí, ba phân tử khác sẽ trở lại thể lỏng cùng một lúc.

Quá bão hòa

Chất lỏng siêu bão hòa với chất khí khi áp suất bên trong của nó cao hơn áp suất bên ngoài. Và, với một sự thay đổi nhỏ nhất trong hệ thống, nó sẽ giải phóng khí hòa tan dư thừa cho đến khi trạng thái cân bằng được khôi phục.

Các ứng dụng

- Định luật Henry có thể được áp dụng để tính toán sự hấp thụ của các khí trơ (nitơ, heli, argon, v.v.) trong các mô khác nhau của cơ thể con người, và cùng với lý thuyết Haldane là cơ sở của bảng giảm bớt sức ép.

- Một ứng dụng quan trọng là làm bão hòa khí trong máu. Khi máu không bão hòa, khí sẽ hòa tan trong máu, cho đến khi máu bão hòa và ngừng hòa tan nhiều hơn. Khi điều này xảy ra, khí hòa tan trong máu sẽ đi vào không khí.

- Quá trình khí hóa nước giải khát là một ví dụ của định luật Henry được áp dụng. Nước giải khát có CO ₂ hòa tan dưới áp suất cao, do đó duy trì từng thành phần kết hợp tạo nên nó; và ngoài ra, nó còn giữ được hương vị đặc trưng lâu hơn nữa.

Khi mở nắp chai nước ngọt, áp suất trên chất lỏng giảm xuống, giải phóng áp suất ngay lập tức.

Vì lúc này áp suất trên chất lỏng thấp hơn, độ hòa tan của CO ₂ giảm xuống và thoát ra môi trường (có thể nhận thấy sự nổi lên của các bọt khí từ phía dưới).

- Khi một người lặn xuống độ sâu lớn hơn, nitơ hít vào không thể thoát ra ngoài do áp suất bên ngoài ngăn cản nó, hòa tan trong máu của cá nhân.

Khi người thợ lặn tăng nhanh lên bề mặt, nơi áp suất bên ngoài lại giảm xuống, nitơ bắt đầu bong bóng vào máu.

Điều này gây ra những gì được gọi là bệnh giải nén. Chính vì lý do này mà các thợ lặn được yêu cầu phải lên cao từ từ để nitơ thoát ra khỏi máu chậm hơn.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc giảm oxy phân tử (O ₂ ) hòa tan trong máu và mô của những người leo núi hoặc những người thực hiện các hoạt động liên quan đến việc ở lâu ở độ cao, cũng như ở những người dân ở những nơi khá cao.

- Nghiên cứu và cải tiến các phương pháp được sử dụng để tránh các thảm họa thiên nhiên có thể gây ra bởi sự hiện diện của các chất khí hòa tan trong các khối nước khổng lồ có thể thoát ra một cách dữ dội.

Ví dụ

Định luật Henry chỉ áp dụng khi các phân tử ở trạng thái cân bằng. Dưới đây là một số ví dụ:

- Trong quá trình hòa tan oxy (O ₂ ) trong dịch máu, phân tử này được coi là kém hòa tan trong nước, mặc dù độ hòa tan của nó tăng lên đáng kể do hàm lượng cao hemoglobin trong đó. Do đó, mỗi phân tử hemoglobin có thể liên kết với 4 phân tử oxy được giải phóng trong các mô để sử dụng trong quá trình trao đổi chất.

- Năm 1986, một đám mây carbon dioxide dày đặc bất ngờ bị đuổi khỏi hồ Nyos (nằm ở Cameroon), làm chết ngạt khoảng 1700 người và một số lượng lớn động vật, điều này được giải thích bằng luật này.

- Độ hòa tan mà một chất khí nhất định biểu hiện trong một chất lỏng có xu hướng tăng khi áp suất của chất khí đó tăng lên, mặc dù ở áp suất cao vẫn có một số ngoại lệ, chẳng hạn như phân tử nitơ (N ₂ ).

- Định luật Henry không áp dụng được khi có phản ứng hóa học giữa chất đóng vai trò là chất tan và chất đóng vai trò là dung môi; chẳng hạn như trường hợp của chất điện phân, chẳng hạn như axit clohydric (HCl).

Người giới thiệu

1. Crockford, HD, Hiệp sĩ Samuel B. (1974). Cơ bản về hóa lý. (Xuất bản lần thứ 6). Biên tập CECSA, Mexico. Tr 111-119.
2. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2018). Định luật Henry. Truy cập ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: britannica.com
3. Của Byju. (2018). Định luật Henry là gì ?. Được lấy vào ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: byjus.com
4. Leisurepro & Aquaviews. (2018). Luật của Henry được truy cập vào ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: relaxpro.com
5. Quỹ Annenberg. (2017). Phần 7: Định luật Henry. Được lấy vào ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: learningner.org
6. Monica Gonzalez. (Ngày 25 tháng 4 năm 2011). Định luật Henry. Được lấy vào ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: quimica.laguia2000.com
7. Ian Myles. (Ngày 24 tháng 7 năm 2009). Thợ lặn. . Được lấy vào ngày 10 tháng 5 năm 2018, từ: flickr.com