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Binäre Gas/Flüssigkeits-Gleichgewichte - Henry-Fall

Henry-Grenzgesetz

Wir betrachten in dieser Lerneinheit binäre Systeme mit einer flüssigen und gasförmigen Phase. Zielgröße ist die Stoffmenge eines Gases 2, die sich im Phasengleichgewicht für gegebenen Gasdruck in einem Lösemittel 1 einstellt. Die Behandlung basiert auf folgenden Voraussetzungen.

Abb.1
Zweiphasensystem

Gasförmige Phase (Index ' ' ) : Sie enthält praktisch nur das Gas 2. Der Dampfdruck des Lösemittels ist vernachlässigbar klein. Es gilt pex= p2. Flüssige Phase (Index ' ) : Sie besteht aus einer großen Stoffmenge der reinen Substanz 1 (Lösemittel) und einer geringen Stoffmenge des gelösten Gases 2. Es gilt x1 x2 .

1803 zeigte Henry, dass die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit proportional zu seinem Druck ist, soweit sein Stoffmengenanteil klein gegenüber dem Stoffmengenanteil der Flüssigkeit ist ( x1 1 und x2 x1 ). Dieser Befund wird wie folgt formuliert.

Henry-Grenzgesetz
T = const. p2 = x2 kH , 2 K 2 = Henry-Konstante
Die Henry-Konstante ist eine T-abhängige Stoffkonstante und hat die Dimension Druck.
Ihr Wert hängt sowohl vom Lösemittel als auch der Natur des gelösten Gases ab.
Hinweis
Der lineare Zusammenhang zwischen Gasdruck p2 und dem Stoffmengenanteil x2 wird als Grenzgesetz bezeichnet, da er nur für eine verdünnte Lösung gilt. Bei sehr hohen Gasdrücken ist x2 durch die Aktivität a2 zu ersetzen.

1807 berichtete Dalton, dass das Henry-Grenzgesetz auch für eine Gasmischung gilt. Für ein N2 / O2 -Gemisch wie Luft gilt demgemäß:

N 2 : p2 = x2 kH , 2 O 2 : p3 = x3 kH , 3 .

In Würdigung dieses Befundes wird oft auch vom Henry-Dalton-Grenzgesetz gesprochen.

Experimentelle Befunde

Tab.1
Henry-Konstante kH , i / kbar für typische Gase in Wasser und Benzol bei 25 °C
Gas i H2 N2 O2 CO CO2 Xe CH4 C2H2 C2H4 C2H6
kH , i / kbar Wasser 73,1 (-) 86,6 (30) 44,4 (20) 58,7 (-) 1,66 (5) 13,1 (50) 45,2 (20) 1,35 (-) 11,7 (10) 37,0 (-)
kH , i / kbar Benzol 3,67 2,39 - 1,63 0,114 0,569 0,569 - - -

Die Werte in den Klammern geben den obersten Druck in bar für die Gütigkeit des Henry-Grenzgesetzes an.

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