Henryjev zakon

**Henryev zakon** je plinski zakon, koji tvrdi da kod konstantne temperature, količina otopljenog plina u tekućini, je direktno proporcionalna s parcijalnim tlakom tog plina, u ravnoteži s tekućinom. Njega je postavio William Henry 1803. Drugim riječima, topljivost plina u tekućini je direktno proporcionalna s tlakom plina iznad tekućine.

Svakodnevni primjer Henryevog zakona su gazirana pića. Prije nego se boca s gaziranim pićem otvori, plin iznad pića u boci je skoro čisti ugljikov dioksid, s pritiskom malo većim od atmosferskog tlaka. Piće isto ima otopljenog ugljikovog dioksida u sebi. Kada bocu otvorimo, dio plina u boci pobjegne, davajući karakteristični piskavi šum. Kako je tlak iznad tekućine niži, dio rastopljenog ugljikovog dioksida izlazi iz otopine u obliku mjehurića, sve dok se ne uspostavi ravnoteža.

## Formula i konstanta Henryevog zakona
Henryev zakon u matematičkom obliku glasi:

:p = k_{\rm H}\, c

gdje je: *p* – parcijalni tlak otopljenog plina, u zraku iznad otopine, *c* – koncentracija otopljene tvari i *k<sub>H</sub>* – Henryeva konstanta, koja ovisi o otopljenoj tvari, otopini i temperaturi. Neke vrijednosti kH za plinove otopljene u vodi, na temperaturi 298 K (25 ºC) su:

:kisik (O2) : 769,2 L·atm/mol
:ugljikov dioksid (CO2) : 29,4 L·atm/mol
:vodik (H2) : 1282,1 L·atm/mol

### Ostali oblici Henryevog zakon
U raznoj literaturi mogu se naći razni oblici Henryevog zakon, koje vidimo u tablici:

gdje je:
::*c* = koncentracija otopljene tvari u otopini (u mol/L)
::*p* = parcijalni tlak otopljenog plina, u zraku iznad otopine (u atm)
::*x* = molni udio plina u otopini (bez dimenzija)
Henryev zakon se može primjeniti samo za otopine koje ne reagiraju kemijski s otopljenom tvari. Tipičan primjer za plin koji reagira s otopinom je ugljikov doksid, koji stvara ugljikovu kiselinu (H2CO3), do određenog stupnja u vodi.

## Temperaturna ovisnost Henryeve konstante o temperature
Kako se temperature mijenja, tako se i mijenja Henryeva konstanta. Postoje razne formule koje izražavaju utjecaj temperature na Henryevu konstantu. Tako na primjer van’t Hoffova jednadžba glasi:

: k_{\rm H,pc}(T) = k_{\rm H,pc}(T^\ominus)\, \exp{ \left[ -C \, \left( \frac{1}{T}-\frac{1}{T^\ominus}\right)\right]}\, 

: k_{\rm H,cp}(T) = k_{\rm H,cp}(T^\ominus)\, \exp{ \left[ C \, \left( \frac{1}{T}-\frac{1}{T^\ominus}\right)\right]}\, 

gdje je:
::*k<sub>H</sub>* – Henryeva konstanta ovisna o temperaturi
::*T*  - apsolutna temperatura
::To – odnosi se na standardnu temperaturu (298 K).
Ova jednadžba je samo približna vrijednost, i treba je koristiti samo ako nema rezultata pokusa za određeni plin.

Slijedeća tablica daje neke vrijednosti C (u Kelvinima) za gornju jednadžbu:

Kako se topljivost plinova obično smanjuje s povećanjem temperature, parcijalni tlak obično raste. Dok grijemo vodu (zasićenu s dušikom) od 25&nbsp;°C do 95&nbsp;°C, topljivost će se smanjiti za 43% od početne vrijednosti. To se može vidjeti na dnu posude u kojoj grijemo vodu, gdje mjehurići plina izlaze puno prije nego se dostigne vrelište. Slično tome, ugljikov dioksid u gaziranom piću izlazi puno brže ako se ne hladi, jer se povećava parcijalni tlak s povećanjem temperature. Parcijalni tlak CO2 u plinskoj fazi, u ravnoteži s morskom vodom, postaje dvostruk svakih 16&nbsp;°C povećanja temperature.

Konstanta C se može izraziti kao:

: C = -\frac{\Delta_{\rm solv}H}{R} = -\frac{{\rm d}\left[ \ln k_{\rm H}(T)\right]}{{\rm d}(1/T)}

gdje je:
::*Δ<sub>solv</sub>H* - entalpija otapanja
::*R* – univerzalna plinska konstanta
Topljivost plinova se ne smanjuje uvijek s povećanjem temperature. Za vodene otopine, Henryeva konstanta ima obično svoj maksimum. Za većinu plinova, minimum je ispod 120&nbsp;°C.  Primjećeno je da što je manja plinska molekula (manja je topljivost u vodi), manja je temperatura maksimuma Henryeve konstante. Tako je za helij maksimum oko 30&nbsp;°C, 92 do 93&nbsp;°C za argon, dušik i kisik, i 114&nbsp;°C za ksenon.

## U geofizici
U geofizici, jedan oblik Henryevog zakona, za topljivost plemenitih plinova u kontaktu s otopljenim silikatima, je slijedeći:

:C_{\rm melt}/C_{\rm gas} = \exp\left[-\beta(\mu^{\rm E}_{\rm melt} - \mu^{\rm E}_{\rm gas})\right]\,

gdje je:
::*C* - koncentracija otopljenog plina u talini i u plinskoj fazi
::*β* - 1/*k*B*T*, obrnuta temperaturna skala: *k*B = Boltzmannova konstanta
::*µ*E - višak kemijskog potencijala otopljenog plina u dvije faze

## Usporedba s Raoultovim zakonom
Za otopine, koncentracija otopljene tvari je otprilike proporcionalna s molnim udjelom *x*, i Henryev zakon se može pisati kao:

:p = k_{\rm H}\,x

To se može usporediti s Raoultovim zakonom:

:p = p^\star\,x

gdje je *p** - parni pritisak čiste komponente.

Na prvi pogled, Raultov zakon izgleda kao poseban slučaj Henryevog zakona, gdje vrijedi kH = p*. To vrijedi za kemijske elemente koji su slični, kao benzene i toulen, koje se pokoravaju Raultovom zakonu u cijelom rasponu: takve mješavine se nazivaju “idealne":

:Raoultov zakon: \lim_{x\to 1}\left( \frac{p}{x}\right) = p^\star

:Henryev zakon: \lim_{x\to 0}\left( \frac{p}{x}\right) = k_{\rm H}

## Povezano
*daltonov zakon
*parcijalni tlak

## Izvori