亨利定律

亨利定律

物理定律
亨利定律是物理化學的基本定律之一,可陳述為“在一定溫度的密封容器内,氣體的分壓與該氣體溶在溶液内的摩爾濃度成正比”。它是英國的W·亨利在1803年研究氣體在液體中的溶解度規律時發現的。隻有溶質在氣相和液相中的分子狀态相同時,亨利定律才是适用的。
    中文名:亨利定律 外文名:Henry's law 适用領域: 所屬學科: 提出時間:1803年 應用學科:物理化學 表達式:pB=kx,BxB 提出者:Henry(亨利) 内容:在一定溫度和平衡狀态下,氣體在液體裡的溶解度(用摩爾分數表示)和該氣體的平衡分壓成正比

定律定義

亨利定律,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定律隻适用于溶解度很小的體系,嚴格而言,Henry定律隻是一種近似規律,不能用于壓力較高的體系。在這個意義上,Henry常數隻是溫度的函數,與壓力無關。

驗證推導

亨利定律描述了化合物在氣液兩相中的分配規律,在環境科學與工程領域中有着廣泛的應用。鑒于揮發性有毒化合物在多介質環境中的行為研究的重要性。

根據亨利定律,稀溶液中氣體溶解度受控于氣體的分壓和亨利系數。與載體氣相比,氦氣的亨利系數高,且高低溫下相差較大,特别是在氦源岩和氣藏中的分壓差别顯著,造成兩處的溶解度差異顯著,使以溶解态運移的弱源氦氣能夠脫溶成藏。

定理推廣

在稀溶液中揮發性溶質的實驗中,實驗表明,隻有當氣體在液體中的溶解度不很高時該定律才是正确的,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,所形成的溶液屬于稀溶液範圍。氣體B在溶劑A中溶液的組成無論是由B的摩爾分數xB,質量摩爾濃度bB,濃度cB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pB是稀薄溶液中溶質的蒸氣分壓;xB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,亨利系數基本不受壓力影響。由于亨利定律中溶液組成标度的不同,亨利系數的單位不同,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xB(溶質B的摩爾分數)、bB(質量摩爾濃度)或cB(物質的量濃度)等表示時k值将随之變化。Kx,Kb,Kc的單位分别為Pa,Pa·mol^-1·㎏,Pa·mo^l-1·dm^3 。

隻有溶質在氣相中和液相中的分子狀态相同時,亨利定律才能适用。若溶質分子在溶液中有離解、締合等,則上式中的xB(或mB、cB等)應是指與氣相中分子狀态相同的那一部分的含量;在總壓力不大時,若多種氣體同時溶于同一個液體中,亨利定律可分别适用于其中的任一種氣體;一般來說,溶液越稀,亨利定律愈準确,在xB→0時溶質能嚴格服從定律。

發展簡史

溫度不同,亨利系數不同,溫度升高,揮發性溶質的揮發能力增強,亨利系數增大。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于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系分别适用亨利定律。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系數。

定理意義

1803年英國化學家w.亨利研究氣體在液體中的溶解度時,總結出一條經驗規律,“在一定的溫度和壓強下,一種氣體在液體裡的溶解度與該氣體的平衡壓強成正比”。該定律适用的條件是其氣體的平衡分壓不大,氣體在溶液中不與溶劑起作用,(或起一些反應,但極少電離)。被溶解氣體的數量可用不同的濃度表示,亨利定律的數學表達式可有下列幾種形式:

PB=kB(x)xB,PB=kB(m)mB,PB=kB(c)cB

式中xB——溶質B的摩爾分數

mB——溶質B的質量摩爾濃度,單位為mol·kg-1

cB——為溶質B的物質的量濃度,單位為mol·dm-3

KB(x),KB(m),KB(c)均稱為亨利常數,它們的關系是

ρ為溶液密度,Mr(A)是溶劑A的相對分子質量。

亨利常數也有用單位體積中所溶解氣體的體積來表示的。

由于氣體溶解在液體中所構成的溶液與其他類型的溶液無區别,故該定律也适應于兩種液體組成的稀溶液。

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