Hukum Henry: Tekanan dan Keterlarutan Gas

Air berkarbonat melepaskan gelembung apabila botol dibuka kerana tekanan karbon dioksida di atas cecair tiba-tiba menurun. Selagi suhu dan sifat pelarut tidak berubah dengan ketara, banyak gas menunjukkan hubungan mudah antara tekanan separa gas dengan kepekatannya yang terlarut.

Tekanan separa mengawal jumlah gas terlarut

Bagi larutan yang menghampiri keadaan ideal, Hukum Henry boleh ditulis sebagai C = kP. C ialah kepekatan gas terlarut, P ialah tekanan separa gas yang sama di atas larutan, dan k ialah pemalar Henry bagi pasangan gas-pelarut pada suhu tertentu. Jika tekanan separa digandakan dan faktor lain kekal, kepekatan keseimbangan juga dijangka kira-kira berganda.

Pelarutan dan pelepasan gas berlaku serentak

Molekul gas sentiasa memasuki dan meninggalkan cecair. Pada keseimbangan, kadar purata kedua-dua proses menjadi sama. Menaikkan tekanan separa meningkatkan bilangan perlanggaran molekul gas dengan permukaan cecair dan mengubah keseimbangan sehingga lebih banyak gas berada dalam fasa terlarut.

Pemalar Henry bergantung pada suhu dan bahan

Nilai k bukan pemalar sejagat. Ia bergantung pada jenis gas, pelarut, suhu dan cara pemalar itu ditakrifkan. Bagi banyak gas dalam air, keterlarutan berkurang apabila suhu meningkat. Oleh itu perbandingan data Hukum Henry mesti menggunakan suhu dan unit yang konsisten.

Contoh pengiraan: oksigen terlarut dalam air

Pada 25 °C, satu nilai anggaran pemalar Henry bagi oksigen dalam air ialah kira-kira k = 1.3 × 10⁻³ mol/(L·atm), bergantung pada konvensyen unit yang digunakan. Udara mengandungi kira-kira 21 peratus oksigen, jadi tekanan separa oksigen pada tekanan 1 atm ialah kira-kira 0.21 atm. Maka C = kP = (1.3 × 10⁻³)(0.21) ≈ 2.7 × 10⁻⁴ mol/L. Dengan jisim molar 32 g/mol, ini bersamaan kira-kira 8.7 mg/L. Nilai ini ialah anggaran model; nilai ukuran sebenar bergantung pada suhu, kemasinan dan keadaan air, dan air yang lebih sejuk melarutkan lebih banyak oksigen.

Hukum Henry mempunyai batas penggunaan

Hubungan linear paling baik untuk gas yang tidak bertindak balas kuat dengan pelarut dan pada julat tekanan yang sesuai. Jika gas mengalami tindak balas kimia, pengionan, penggabungan molekul atau interaksi kuat dengan pelarut, jumlah gas dalam larutan boleh menyimpang daripada ramalan mudah C = kP.

Prinsip yang sama muncul dalam minuman dan persekitaran

Minuman berkarbonat disimpan di bawah tekanan karbon dioksida yang tinggi supaya lebih banyak gas kekal terlarut. Dalam perairan semula jadi, perubahan tekanan separa dan suhu mempengaruhi gas terlarut seperti oksigen dan karbon dioksida. Walau bagaimanapun, sistem alam turut dipengaruhi oleh aliran, biologi dan tindak balas kimia, jadi kepekatan sebenar tidak ditentukan oleh tekanan separa sahaja.

Aplikasi: penyelam dan penyakit nyahmampatan

Apabila penyelam turun, tekanan meningkat dan lebih banyak nitrogen terlarut dalam tisu badan, selaras dengan prinsip keterlarutan gas yang diterangkan oleh Hukum Henry. Jika penyelam naik terlalu cepat, tekanan menurun mendadak dan nitrogen terlarut boleh membentuk gelembung dalam tisu dan darah, yang boleh menyebabkan penyakit nyahmampatan. Hukum Henry hanyalah sebahagian daripada penerangan; pelepasan dan penyingkiran gas daripada tisu juga bergantung pada aliran darah dan masa.

Sejarah ringkas

William Henry, ahli kimia Inggeris, menerbitkan kajiannya tentang kuantiti gas yang terlarut dalam air pada tekanan berbeza pada 1803.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?