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La loi d’Henry est une loi sur le gaz formulée par le chimiste britannique William Henry en 1803. La loi stipule qu’à une température constante, la quantité de gaz dissous dans un volume d’un liquide donné est directement proportionnelle à la pression partielle du gaz en équilibre avec le liquide. En d’autres termes, la quantité de gaz dissous est directement proportionnelle à la pression partielle de sa phase gazeuse. La loi contient un facteur de proportionnalité qui est appelé constante de la loi de Henry.
Cet exemple de problème montre comment utiliser la loi d’Henry pour calculer la concentration d’un gaz en solution sous pression.
Le problème de la loi d’Henry
Combien de grammes de dioxyde de carbone sont dissous dans une bouteille d’eau gazeuse de 1 litre si le fabricant utilise une pression de 2,4 atm dans le processus d’embouteillage à 25 °C ? KH de CO2 dans l’eau = 29,76 atm/(mol/L) à 25 °CSolutionLorsqu’un gaz est dissous dans un liquide, les concentrations finissent par atteindre l’équilibre entre la source du gaz et la solution. La loi de Henry montre que la concentration d’un gaz dissous dans une solution est directement proportionnelle à la pression partielle du gaz au-dessus de la solution.P = KHC où:P est la pression partielle du gaz au-dessus de la solution.KH est la constante de la loi de Henry pour la solution.C est la concentration du gaz dissous en solution.C = P/KHC = 2,4 atm/29,76 atm/(mol/L)C = 0,08 mol/LPuisque nous n’avons qu’un L d’eau, nous avons 0,08 mol de CO.
Convertir les taupes en grammes :
masse de 1 mole de CO2 = 12+(16×2) = 12+32 = 44 g
g de CO2 = mol de CO2 x (44 g/mol)g de CO2 = 8,06 x 10-2 mol x 44 g/molg de CO2 = 3,52 gRéponse
Il y a 3,52 g de CO2 dissous dans une bouteille de 1 L d’eau gazeuse du fabricant.
Avant qu’une canette de soda ne soit ouverte, presque tout le gaz au-dessus du liquide est du dioxyde de carbone. Lorsque le récipient est ouvert, le gaz s’échappe, ce qui abaisse la pression partielle du dioxyde de carbone et permet au gaz dissous de sortir de la solution. C’est pourquoi le soda est pétillant.
Autres formes de la loi d’Henry
La formule de la loi d’Henry peut être rédigée d’une autre manière pour permettre des calculs faciles en utilisant différentes unités, notamment de KH. Voici quelques constantes communes pour les gaz dans l’eau à 298 K et les formes applicables de la loi de Henry :
Équation
KH = P/C
KH = C/P
KH = P/x
KH = Caq / Cgas
unités
[Lsoln · atm / molgas]
[molgas / Lsoln · atm]
[atm · molsoln / molgas]
sans dimension
O2
769.23
1.3 E-3
4.259 E4
3.180 E-2
H2
1282.05
7.8 E-4
7.088 E4
1.907 E-2
CO2
29.41
3.4 E-2
0.163 E4
0.8317
N2
1639.34
6.1 E-4
9.077 E4
1.492 E-2
Il
2702.7
3.7 E-4
14.97 E4
9.051 E-3
Ne
2222.22
4.5 E-4
12.30 E4
1.101 E-2
Ar
714.28
1.4 E-3
3.9555 E4
3.425 E-2
CO
1052.63
9.5 E-4
5.828 E4
2.324 E-2
Où :
- Lsoln, c’est des litres de solution.
- caq est le nombre de moles de gaz par litre de solution.
- P est la pression partielle du gaz au-dessus de la solution, généralement en pression absolue de l’atmosphère.
- xaq est la fraction molaire du gaz en solution, qui est approximativement égale aux moles de gaz par mole d’eau.
- atm se réfère à des atmosphères de pression absolue.
Applications de la loi d’Henry
La loi de Henry n’est qu’une approximation qui s’applique aux solutions diluées. Plus un système s’écarte des solutions idéales ( comme pour toute loi sur les gaz), moins le calcul sera précis. En général, la loi de Henry fonctionne mieux lorsque le soluté et le solvant sont chimiquement similaires l’un à l’autre.
La loi d’Henry est utilisée dans des applications pratiques. Par exemple, elle est utilisée pour déterminer la quantité d’oxygène et d’azote dissous dans le sang des plongeurs afin d’aider à déterminer le risque de maladie de décompression (les coudes).
Référence pour les valeurs de KH
Francis L. Smith et Allan H. Harvey (sept. 2007), « Avoid Common Pitfalls When Using Henry’s Law », « Chemical Engineering Progress » (CEP), pp. 33-39
