Henry, Daltoni, Sechenovi seadused. Nende seaduste rakendamine dekompressioonhaiguse ravis, ravis survekambris ja vere elektrolüütide koostise uurimisel

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 sees olev rõhk.

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.

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. binaarne lahendus G. z. on täidetud, 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. olekud 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 oma 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. i aktiivsus selle äärmiselt liigendatud. lahus, mis on määratletud seoses puhta vedelikuga, on selle aine standardne olek. 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 molaarmahud mõlemas faasis (vedelik ja aur) võrdsed.

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

Lit.: Krichevsky I. R., Faaside tasakaalud lahustes at kõrged rõhud, 2. väljaanne, M.-L., 1952; Karapetyants M. X., Chemical thermodynamics, 3. väljaanne, M., 1975, lk. 249-51, 272-80. V. A. Mihhailov.

Gaaside lahustumisega vedelikes kaasneb peaaegu alati soojuse eraldumine (entalpia DYdist

Mõnikord kaasneb gaasi lahustumisega soojuse neeldumine, näiteks väärisgaaside lahustumine mõnes orgaanilises lahustis. Sellisel juhul suurendab temperatuuri tõstmine gaasi lahustuvust.

Gaas, nagu paljud teisedki ained, ei lahustu vedelikus lõputult. Teatud gaasi X kontsentratsiooni korral saavutatakse tasakaal:

Kui gaas lahustub vedelikus, väheneb süsteemi maht oluliselt. Seetõttu peaks rõhu tõus vastavalt Le Chatelier’ põhimõttele kaasa tooma tasakaalu nihke paremale, s.t. gaasi lahustuvuse suurendamiseks. Kui gaas lahustub antud vedelikus vähe ja rõhk on madal, siis on gaasi lahustuvus võrdeline selle rõhuga. See sõltuvus väljendub Henry seadus (1803):

Teatud temperatuuril tasakaaluolekus teatud vedelikumahus lahustunud gaasi kogus on otseselt võrdeline gaasi rõhuga.

Henry seaduse saab kirjutada järgmisel kujul:

Kus Koos(X) - gaasi kontsentratsioon küllastunud lahuses, mol/l; R(X) on gaasi X rõhk lahuse kohal, Pa; I g (X) - Henry konstant gaasi X jaoks, mol-l "Pa 1.

Henry konstant sõltub gaasi olemusest, lahustist ja temperatuurist. Tabelis Joonisel 8.3 on kujutatud Henry konstandid mõnede vees lahustunud gaaside puhul temperatuuril 298 K.

Henry seadus kehtib ainult suhteliselt lahjendatud lahuste puhul, madalal rõhul ja keemilise interaktsiooni puudumisel lahustunud gaasi molekulide ja lahusti vahel. Seega astuvad CO2 ja NH3 keemilise interaktsiooni veega ja H O dissotsieerub vees, mis suurendab järsult nende gaaside lahustuvust. Väga kõrgel rõhul võib gaasi lahustuvus jõuda maksimumini, kuna sel juhul muutub vedeliku ruumala muutus selles gaasi lahustumise tõttu proportsionaalseks lahustunud gaasi mahuga.

Tabel 8.3

Henry konstandid vees lahustunud gaasidele (298 K)

Henry seadus on Daltoni üldseaduse erijuhtum. Kui me räägime mitte ühe gaasilise aine, vaid gaasisegu lahustumise kohta järgib iga komponendi lahustuvus Daltoni seadus:

Gaasisegu iga komponendi lahustuvus konstantsel temperatuuril on võrdeline vedeliku kohal oleva komponendi osarõhuga ega sõltu segu kogurõhust ja teiste komponentide individuaalsetest omadustest.

Teisisõnu, gaaside segu lahustumisel vedelikus kasutatakse Henry seaduse (8.1) matemaatilise avaldise asemel. R(X) asendusosarõhk R, sellest komponendist.

Osalise rõhu all R, komponendid mõistavad osa kogurõhust Rovsh gaasisegu, mis on tingitud sellest komponendist:

Näide.Õhk on segu, mis koosneb peamiselt kolmest gaasist: 78% lämmastikku, 21% hapnikku ja 1% argooni (mahu järgi). Määrake lämmastiku kontsentratsioon vees temperatuuril 298 K, kui Henry konstant on 6,13 * 10 4 mol-l "-Pa.

Kuna õhk sisaldab 78 mahuprotsenti lämmastikku, on lämmastiku osarõhk õhus 101 325 Pa juures 79 033,5 Pa (lämmastiku mahuosa võrdub lämmastiku mooliosaga, seega p(Nr)= A>bshO,78). Daltoni seadusest järeldub, et c(N 2) = *KN2) * Р(М 2), seega c(N 2) = 6,13-10~ 9 -79 033,5 = 4,84-10^ mol/l.

Uurides gaaside lahustuvust vedelikes elektrolüütide juuresolekul, Vene arst-füsioloog I.M. Sechenov (1829-1905) kehtestas järgmise mustri (Setšenovi seadus):

Elektrolüütide juuresolekul gaaside lahustuvus vedelikes väheneb; eralduvad gaasid.

Sechenovi seaduse matemaatiline väljendus on järgmisel kujul:

kus c(X) on gaasi X lahustuvus elektrolüüdi juuresolekul; co (X) on gaasi X lahustuvus puhtas lahustis; c e - elektrolüütide kontsentratsioon; K s- Sechenovi konstant, sõltuvalt gaasi, elektrolüüdi ja temperatuuri iseloomust.

Üks põhjusi, mis põhjustab gaaside lahustuvuse vähenemist elektrolüütide juuresolekul, on elektrolüütide ioonide hüdratsioon (solvateerumine) lahusti molekulide poolt. Selle protsessi tulemusena väheneb vabade lahustimolekulide arv ja sellest tulenevalt väheneb nende lahustumisvõime.

Riis. 8.2.

A - gaasi lahustumine vedelikus. b- gaaside lahustumine veres; p(X|) - aine osarõhk X| gaasis on c(X|) selle aine kontsentratsioon lahuses. R t - hingamisgaasi rõhk

Liblikad ei tea madudest muidugi midagi. Kuid linnud, kes jahivad liblikaid, teavad neist. Linnud, kes madusid hästi ära ei tunne, on tõenäolisemalt...

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 oleva aine ja selle küllastunud lahuse vahelisele tasakaalule

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 gaaside lahustuvus temperatuuri tõustes väheneb. 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 teiste gaasidega segatud gaaside lahustuvuse arvutamisel arvesse võtta. 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.