ヘンリーの法則を使ってガスの濃度を計算する

何年にもわたって、さまざまな化学元素と物質の状態が化学と物理学の研究対象でした。そのさまざまなプロセスと特性を理解するために、さまざまな法則が確立されました. この場合、溶液中の気体の濃度を計算するには、ヘンリーの法則を適用します。

ヘンリーの法則とは

ウィリアム・ヘンリー (1774-1836) は、イギリスのマンチェスターで生まれたイギリスの化学者でした。ヘンリーは気体の研究を専門とし、無数の科学実験を行いました。

ガス、水、温度、圧力に関する彼の研究の結果により、彼は 1803 年に彼の名前を冠した法則、ヘンリーの法則を開発することができました。は、前記液体の上の気体の分圧に比例します。ヘンリーの法則は次の式で表されます。

C = kHP

ここで、kHはヘンリー定数、Cはガスの濃度、Pはガスの分圧です。ヘンリー定数は、気体の種類、液体の種類、および温度に依存する比例値です。

これは、液体にかかる気体の圧力が高いほど、液体に溶解できる気体の総量が多くなることを意味します。このようにして、液体中のより高い濃度のガスが得られます。つまり、溶解度が高くなります。

ヘンリーの法則は、特定の特定の条件下でのガスの挙動を説明していることを強調することが重要です。

• 温度は一定でなければなりません。
• 気体は溶液と平衡状態にある必要があります。
• ガス圧は比較的低くする必要があります。
• ガスは溶媒と反応してはなりません。

ヘンリーの法則は、通常の生活、科学、および産業のさまざまな状況で観察できます。たとえばダイビングでは、さまざまなガスの圧力が低下するにつれて、血液中の溶解度も低下するため、特定の深さまで潜った人々は後で注意して上昇する必要があります. これにより、気泡が形成され、健康上の大きなリスクになる可能性があります。

別の例は炭酸飲料です。内部では空気が強い圧力で圧縮されていますが、蓋をあけると圧力が低下し、ガスの濃度が下がり、気泡が形成されます。

ヘンリー定数

定数 kH は、ガスと溶媒の間で発生する相互作用を表します。これらの相互作用が強いほど、定数の値が高くなります。したがって、前記溶媒中のガスの溶解度も、同じ温度および圧力でより大きくなる。

kH の値は、分圧が 1 気圧のとき、特定の温度での気体の溶解度を表します。

ヘンリーの法則を適用する際の問題

ヘンリーの法則は、液体または溶液中の気体の濃度を見つけるために使用されます。この計算を実行する方法を学ぶために、次の問題を見てみましょう。

瓶詰め工程で 25°C で 2.4 気圧の圧力が使用された場合、1 L の炭酸飲料のボトルに何グラムの二酸化炭素 (CO ₂ ) を溶解できるかを知りたいとします。この場合、水中の二酸化炭素 (CO _{2 ) の kH は、25°C で 0.0336 mol / (atm . L) に等しくなります。}

この問題を解決するには、次の手順を実行する必要があります。

最初の一歩：

ヘンリーの法則の式を適用します: C = kH P

C は、溶液中の溶存ガスの濃度です。したがって、C の値を取得するには、次の計算を実行する必要があります。

C = kH PC = 0.0336 mol / (atm.L) 2.4 atm

C = 0.0806 モル/L

水は 1 L しかないので、二酸化炭素 (CO ₂ ) は 0.0806 mol です。

第二段階：

モルをグラムに変換します。最初にモル質量を取得してからグラムに変換します (モルのモル質量数)

_{CO 2}のモル質量は 12 +（16 . 2）= 12 + 32 = 44 g / molに等しい

_{CO 2}の質量量= モル質量 · CO ₂ のモル量

_{CO 2}の質量 = 44 g/mol 0.0806 mol

_{CO 2}の質量 = 3.546 g

このようにして、炭酸飲料の 1 L ボトルに 3.546 g の CO ₂ が溶解していることがわかります。

参考文献

ボルネオ、R.ガス。問題が解決しました。シリーズ：化学で解決した問題。パート 1. 理想気体、気体の法則. （2020年、Kindle版）。B0871KR5J2.

Woldeamanuel, MM物理化学の紹介:科学と工学の学生のための物理化学の教科書。（2020）。スペイン。スペインのアカデミック・エディトリアル。

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