Henry-Konstante
Die Henry-Konstante $ k_{H} $ , oft auch als Henry-Koeffizient bezeichnet, ist nach William Henry benannt und ist ein Maß für die Gasaufnahmefähigkeit einer Wasserphase/Lösung. Der flüchtige Stoff steht mit der flüssigen Phase im Lösungsgleichgewicht; damit ist die Henry-Konstante auch ein Maß für die Fugazität eines Stoffes.
Da mehrere Versionen des Henry-Gesetzes existieren, muss stets darauf geachtet werden, die der jeweils benutzen Formel entsprechende Henry-Konstante zu verwenden.
| Gleichung: | $ k_{H,cp}={\frac {c_{\mathrm {aq} }}{p_{\mathrm {gas} }}} $ | $ k_{H,pc}={\frac {p_{\mathrm {gas} }}{c_{\mathrm {aq} }}} $ | $ k_{H,px}={\frac {p_{\mathrm {gas} }}{x_{\mathrm {aq} }}} $ | $ k_{H,cc}={\frac {c_{\mathrm {aq} }}{c_{\mathrm {gas} }}} $ |
|---|---|---|---|---|
| Einheiten: | $ \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] $ | [1] |
| O2 | 1,3·10-3 | 769,23 | 4,259·104 | 3,180·10-2 |
| H2 | 7,8·10-4 | 1282,05 | 7,099·104 | 1,907·10-2 |
| CO2 | 3,4·10-2 | 29,41 | 0,163·104 | 0,8317 |
| N2 | 6,1·10-4 | 1639,34 | 9,077·104 | 1,492·10-2 |
| He | 3,7·10-4 | 2702,7 | 14,97·104 | 9,051·10-3 |
| Ne | 4,5·10-4 | 2222,22 | 12,30·104 | 1,101·10-2 |
| Ar | 1,4·10-3 | 714,28 | 3,955·104 | 3,425·10-2 |
| CO | 9,5·10-4 | 1052,63 | 5,828·104 | 2,324·10-2 |
Einige weitere Beispiele (Löslichkeit in H2O) für Henry-Konstanten organischer Substanzen sind:
| Alkylbenzole (Butylbenzole - Benzol) | $ k_{H,cp} $ = 0,1 … 1 mol/l·bar |
| Chlorbenzole (Hexachlorbenzol - Monochlorbenzol) | $ k_{H,cp} $ = 0,1 … 2 mol/l·bar |
| Phthalatester | $ k_{H,cp} $ = 1000 … 2000 mol/l·bar |
| Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) | $ k_{H,cp} $ = 1 … 5000 mol/l·bar |
| aliphatische Kohlenwasserstoffe (C18-C5) | $ k_{H,cp} $ = 0,0001 … 0,1 mol/l·bar |
| PCB | $ k_{H,cp}(T) $ = 1 … 100 mol/l·bar |
Temperaturabhängigkeit der Henry-Konstante
Die Henry-Konstante ist bei Temperaturänderungen nicht konstant, weswegen sie manchmal auch als Henry-Koeffizient bezeichnet wird. Es gibt mehrere Ansätze diese Abhängigkeit in Formeln zu fassen, ein einfaches Beispiel ist:
- $ k_{H,cp}=k_{H,cp,\Theta }\cdot \exp \left(C\cdot \left({\frac {1}{T}}-{\frac {1}{T_{\Theta }}}\right)\right) $
Hier bei steht der Index $ \Theta $ für die Normtemperatur (298 K).
Nachfolgende Tabelle listet einige Konstanten C (Einheit [K]) für die obige Formel auf:
| Gas | O2 | H2 | CO2 | N2 | He | Ne | Ar | CO |
| C | 1700 | 500 | 2400 | 1300 | 230 | 490 | 1300 | 1300 |
Es zeigt sich, dass die Löslichkeit von Gasen in Wasser bei steigender Temperatur abnimmt. Erhitzt man beispielsweise mit Stickstoff gesättigtes Wasser von 25 °C auf 95 °C, so nimmt die Löslichkeit auf etwa 43 % des Anfangswertes ab. Dieses beobachtet man beim Erhitzen von Wasser in einem Kochtopf, kleine Gasblasen bilden sich und steigen auf (lange bevor die Flüssigkeit siedet!).
Wenn man die maximale Löslichkeit von Luftstickstoff in Wasser in mmol pro kg angibt, dann lösen sich bei 0 °C 1,05 mmol, bei 10 °C 0,83 mmol, bei 20 °C 0,68 mmol, bei 30 °C 0,58 mmol, bei 40 °C 0,51 mmol, bei 50 °C 0,44 mmol, bei 60 °C 0,38 mmol, bei 70 °C 0,304 mmol, bei 80 °C 0,236 mmol und bei 90 °C 0,136 mmol. Entsprechende Werte für Sauerstoff sind im Bereich zwischen 0 und 60 °C fast genau doppelt so groß wie diejenigen von Stickstoff. Das erklärt z. B. den Sauerstoffgehalt von in Wasser gelöster Luft durch das ein normiertes Verhältnis der maximalen Löslichkeiten. Die Konstante C kann folgendermaßen interpretiert werden:
- $ C={\frac {\Delta _{\mathrm {solv} }H}{R}}={\frac {-d\cdot \ln \left(k_{H,cp}\right)}{d(1/T)}} $
wobei $ \Delta _{\mathrm {solv} }H $ die Lösungsenthalpie und R die Gaskonstante ist.