定律介紹
亨利定律Henry's law,物理化學的基本定律之一,是英國的Henry(亨利)在1803年研究氣體在液體中的溶解度規律時發現的,可表述為:“在等溫等壓下,某種揮發性溶質(一般為氣體)在溶液中的溶解度與液面上該溶質的平衡壓力成正比。”其公式為
Pg=Hx
式中:H為Henry常數,x為氣體摩爾分數溶解度,Pg為氣體的分壓。H能夠很好的表示氣體的溶解量,但是Henry定律只適用於溶解度很小的體系,嚴格而言,Henry定律只是一種近似規律,不能用於壓力較高的體系。在這個意義上,Henry常數只是溫度的函式,與壓力無關。
詳細信息
在稀溶液中揮發性溶質的實驗中,實驗表明,只有當氣體在液體中的溶解度不很高時該定律才是正確的,此時的氣體實際上是稀溶液中的揮發性溶質,氣體壓力則是溶質的蒸氣壓。所以亨利定律還可表述為:在一定溫度下,稀薄溶液中溶質的蒸氣分壓與溶液濃度成正比。
一般來說,氣體在溶劑中的溶解度很小,所形成的溶液屬於稀溶液範圍。氣體B在溶劑A中溶液的組成無論是由B的摩爾分數x,質量摩爾濃度b,濃度c等表示時,均與氣體溶質B的壓力近似成正比。用公式表示時亨利定律可以有多種形式。如:
PB=Kx,B·xB
PB=Kb,B·bB
PB=Kc,B·cB
式中p是稀薄溶液中溶質的蒸氣分壓;x是溶質的物質的量分數; k為亨利常數,其值與溫度,溶質和溶劑的本性有關,亨利係數基本不受壓力影響。由於亨利定律中溶液組成標度的不同,亨利係數的單位不同,一定溫度下同一溶質在同一溶劑中的數值也不一樣,上式中的x(溶質B的摩爾分數)、b(質量摩爾濃度)或c(物質的量濃度)等表示時k值將隨之變化。K,K,K的單位分別為Pa,P·mol^-1·㎏,P·mo^l-1·dm^3。
只有溶質在氣相中和液相中的分子狀態相同時,亨利定律才能適用。若溶質分子在溶液中有離解、締合等,則上式中的xB(或m、c等)應是指與氣相中分子狀態相同的那一部分的含量;在總壓力不大時,若多種氣體同時溶於同一個液體中,亨利定律可分別適用於其中的任一種氣體;一般來說,溶液越稀,亨利定律愈準確,在x→0時溶質能嚴格服從定律。
實例
溫度不同,亨利係數不同,溫度升高,揮發性溶質的揮發能力增強,亨利係數增大。換而言之,同樣分壓下溫度升高,氣體的溶解度減小。
若有幾種氣體同時溶於同一溶劑中形成稀溶液時,每種氣體的平衡分壓與其溶解度關係分別適用亨利定律。空氣中的N2和O2在水中的溶解就是這樣的例子。表1 給出25℃下幾種氣體在水中和在苯中的亨利係數。
表1 幾種氣體在水中和苯中的亨利係數Kx(25℃)。
| 氣體 | H2 | N2 | O2 | CO | CO2 | CH4 | C2H2 | C2H4 | C2H6 |
Kx/ | 水為溶劑 | 7.2 | 8.68 | 4.40 | 5.79 | 0.166 | 4.18 | 0.135 | 1.16 | 3.07 |
GPa* | 苯為溶劑 | 0.367 | 0.239 | | 0.163 | 0.114 | 0.0569 | | | |
*1GPa=10^9Pa
物理學定律(1)
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