Henry-Gesetz
Das Henry-Gesetz (nach dem englischen Chemiker William Henry) beschreibt das Löslichkeitsverhalten von (flüchtigen) Substanzen in einer Flüssigkeit.
Definition
Es besagt, dass die Konzentration eines Gases in einer Flüssigkeit direkt proportional zum Partialdruck des entsprechenden Gases über der Flüssigkeit ist. Die Proportionalität wird durch die Henry-Konstante ausgedrückt. Die am häufigsten verwendete Schreibweise ist:
- $ p=k_{\mathrm {H,pc} }\cdot c_{\mathrm {l} } $
- ($ p $: Partialdruck der Substanz, $ c_{\mathrm {l} } $: Konzentration in der Lösung, $ k_{\mathrm {H,pc} } $: Henry-Konstante)
Es ist mit dem Prinzip von Le Châtelier vereinbar, denn auf eine äußere Druckzunahme wird das System mit einer Verkleinerung der Gasteilchenanzahl reagieren (und den Druck somit wieder vermindern und dem „Zwang“ ausweichen).
Verschiedene Versionen
| Gleichung: | $ k_{\mathrm {H,cp} }={\frac {c_{\mathrm {l} }}{p_{\mathrm {gas} }}} $ | $ k_{\mathrm {H,pc} }={\frac {p_{\mathrm {gas} }}{c_{\mathrm {l} }}} $ | $ k_{H,px}={\frac {p_{\mathrm {gas} }}{x_{\mathrm {l} }}} $ | $ k_{H,cc}={\frac {c_{l}}{c_{\mathrm {gas} }}} $ |
| andere Namen für k: | $ \lambda $ | – | – | $ L $ |
| Dimension: | $ \left[{\frac {\mathrm {mol} _{\mathrm {gas} }}{\mathrm {l} \cdot \mathrm {atm} }}\right] $ | $ \left[{\frac {\mathrm {l} \cdot \mathrm {atm} }{\mathrm {mol} _{\mathrm {gas} }}}\right] $ | $ \left[{\frac {\mathrm {atm} \cdot \mathrm {mol} _{\mathrm {wasser} }}{\mathrm {mol} _{\mathrm {gas} }}}\right] $ | $ \left[{\text{dimensionslos}}\right] $ |
Die verschiedenen Henry-Konstanten lassen sich ineinander umrechnen, beispielsweise ergibt sich für
- $ k_{\mathrm {H,cp} }={\frac {1}{k_{\mathrm {H,pc} }}} $
oder
- $ k_{\mathrm {H,cp} }={\frac {k_{\mathrm {H,cc} }}{R\cdot T}} $
wobei R die molare Gaskonstante ist und T die Temperatur des Systems.
Grenzen der Gültigkeit
Strenggenommen ist das Henry Gesetz nur für kleine und mäßige Drücke bis ungefähr 5 bar anwendbar. Und es ist nur für verdünnte Lösungen gültig, das heißt bei niedrigen Partialdrücken. Zudem darf das gelöste Teilchen nicht mit dem Lösungsmittel reagieren, wie Kohlenstoffdioxid mit Wasser, da beide reagieren und das Gleichgewicht gestört wird.
Anwendung im Tauchsport
Mit dem relativ einfachen Henry-Gesetz lässt sich die Dekompressionserkrankung bei Tauchern erklären. Der Umgebungsdruck nimmt um etwa 1 bar pro 10 Meter Wassertiefe zu. Da dem Taucher die Atemluft parallel zum tiefenabhängig steigenden Wasserdruck mit steigendem Druck zugeführt wird (-und damit der Einatemvorgang erleichtert bzw., in größeren Tiefen, überhaupt erst ermöglicht wird-), löst sich der in der zugeführten Atemluft enthaltene Stickstoff bei steigendem Partialdruck zunehmend besser im Blut. Taucht der Taucher jedoch zu schnell wieder auf, nimmt die Löslichkeit des Gases im Blut gemäß dem Henry-Gesetz rapide ab und der Stickstoff gast aus. Die entstehenden Gasbläschen behindern die Blutströmung und führen zur Dekompressionserkrankung.
Siehe auch
Literatur
- William Henry: Experiments on the Quantity of Gases Absorbed by Water, at Different Temperatures, and under Different Pressures. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1803 93:29-274; doi:10.1098/rstl.1803.0004 (Volltext)