تحقیق مقاله قانون هنری

قانون هنری (به انگلیسی: Henry's law) که به افتخار ویلیام هنری نام‌گذاری‌شده به مقداری از یک گاز که در حجم معینی یک مایع در دمای ثابت حل می‌شود و با فشار گاز متناسب است اطلاق می‌گردد.

شرط پیروی از این قانون آن‌است که میان گاز و مایع واکنش شیمیایی رخ ندهد.

فرمول و ثابت هنری

که در آن eپایه لگاریتم طبیعی(یا همان عدد نپر) p فشار محلول c غلظت محلول k ثابت هنری است که با برداشتن پایه می رسیم به

چند ثابت هنری برای اجسام مختلف

اکسیژن (O2) : 769.2 L·atm/mol      

دی‌اکسید کربن (CO2) : 29.4 L·atm/mol      

هیدروژن (H2) : 1282.1 L·atm/mol    

قانون هنری: وقتی که یک گاز در یک مایع بدون واکنش شیمیایی حل می‌شود، مقدار گاز حل شده در مقدار معینی از مایع با فشار جزئی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد.

قانونی است که در ارتباط با تاثیر فشار در حلالیت گازها در مایعات به بیان زیر عنوان شده است:

" در یک دمای ثابت ، جرم گاز حل شده در حجم معینی از یک مایع ؛نسبت مستقیم دارد

با فشار جزئی آن گاز  بر روی محلول حاصل. مشروط به اینکه گاز نسبتا کم محلول و یا رقیق بوده و با حلال واکنش شیمیایی نداشته باشد.*

S (g) = K (H) × P (g)

 ثابت هنری K (H(

 ( = فشار جزئی گاز، P(g

 = حلالیت گاز بر حسب جرم گاز در لیتر حلال ، S(g     

نوشابه ی گاز دار مثال خوبی برای قانون هنری است . هر چه فشار جزئی گاز کربن دی  اکسید در بالای نوشابه بیشتر باشد، یعنی کربن دی اکسید  بیشتری در آن حل شده است پس از باز شدن در نوشابه ، چون فشار اتمسفر کمتر از فشار داخلی نوشابه ی در بسته می باشد ، لذا حلالیت کربن دی اکسید  در نوشابه کاهش یافته و با صدایی از آن خارج  می شود.

  * مثلا قانون هنری در مورد حلالیت گاز های HCl,CO2وآمونیاک  در  آب  صادق نیست

با توجه به اهمیت کاربرد ثابت قانون هنری و نیز مشکلات مربوط به اندازه‌گیری تجربی این ثابت، از جمله گستردگی ترکیبات شیمیایی، خطاهای اندازه‌گیری، هزینه بالا و زمانبری نسبتاً طولانی آزمایشات، لزوم ارائه روابط و مدلهای پیشگویی را مشخص می کند. در این بین پیشگویی ثابت قانون هنری ترکیبات آلی در سیستم‌های زیست‌محیطی (آب-هوا) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با توجه به مطالعات اولیه انجام گرفته چنین برمی‌آید که جهت‌دهی تحقیقات سالهای اخیر در این زمینه بر روی ارائه مدلهای پیچیده کامپیوتری و مبتنی بر محاسبات مکانیک کوانتمی می‌باشد که از ویژگیهای برجسته این مدلها می‌توان به عدم نیاز به داده‌های تجربی اولیه جهت برآورد ثابت قانون هنری اشاره کرد. در این تحقیق با استفاده از تکنیکهای موجود QSPR (uantitative Structure Property Relationship) مدلهای مناسبی برای محاسبه ثابت قانون هنری ترکیبات آلی در سیستم آب- هوا ارائه شده است. در مرحله اول ثوابت قانون هنری 189 ترکیب هیدروکربنی شامل آلکانها و آلکنها که در اثر انحلال در آب اندرکنش الکترواستاتیکی قابل ملاحظه ای ندارند مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این مطالعه نشان داده شده است که ترم حفره انرژی آزاد انحلال که بطور متداول و بر اساس تئوری SPT (Scaled Particle Theory) به سطح در دسترس حلال ارتباط داده شده و از روی آن ثابت قانون هنری محاسبه می شود، از دقت کافی برخوردار نیست. به همین جهت ترم بیضویت حفره بعنوان معیاری از شکل ظاهری حفره وارد مدل شده است. این امر سبب بهبود دقت پیشگویی مدل به میزان 45% شده است.در مرحله دوم مدلهای جامع QSPR خطی و غیر خطی برای یک مجموعه بزرگ از داده های جمع آوری شده از مراجع متعدد مشتمل بر 940 ترکیب آلی ارائه شده است. برای ارائه مدلهای جدید از روشهای الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصب مصنوعی بهره گرفته شده است. مدلهای ارائه شده در این مطالعه با مدلهای پیشین مقایسه و برتری آنها در دقت و عمومیت پیشگویی نشان داده شده است.

نگاه اجمالی میزان انحلال پذیری یک ماده حل شونده در یک حلال به طور قابل توجهی به ماهیت و قدرت نیروهای جاذبه بین ذرات حل شونده - حل شونده ، حلال - حلال و حل شده - حلال بستگی دارد. بیشترین انحلال وقتی مشاهده می‌شود که این نیروها همانند باشند، یعنی نخستین قاعده انحلال پذیری این است که "نظیر در نظیر حل می شود." بطور کلی ، مواد قطبی فقط در حلالهای قطبی و مواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند. یعنی مواد ناقطبی و مواد قطبی معمولا امتزاج ناپذیرند. مثلا تتراکلریدکربن (یک ماده ناقطبی) در آب نامحلول است. زیرا نیروی جاذبه به یک مولکول آب نسبت به یک مولکول دیگر قویتیر از نیروی جاذبه بین یک مولکول تتراکلریدکربن و یک مولکول آب است از این رو، مولکولهای تتراکلریدکربن رانده می‌شوند و این دو ماده ، یک سیستم مایع دو لایه‌ای تشکیل می‌دهد. بلورهای مشبک (مثلا الماس) که در آنها اتمهای تشکیل دهنده بلور با پیوند کووالانسی به یکدیگر پیوسته‌اند، در تمام مایعات نامحلول‌اند. این ساختار بلورین بسیار پایدارتر از آن است که با فرآیند انحلال از هم بگسلد یعنی هیچ جاذبه بالقوه بین حلال - حل شونده نمی‌تواند به قدرت پیوند کووالانسی موجود در این نوع بلور برسد. فرایند انحلال میان مولکولهای کووالانسی ناقطبی ، تنها نیروهای بین مولکولی موجود ، نیروی لاندن است. ولی نیروهای جاذبه بین مولکولهای کووالانسی قطبی علاوه بر نیروهای لاندن ، نیروهای دو قطبی - دو قطبی را نیز شامل می‌شود. در مواردی که پیوند هیدروژنی وجود دارد، نیروهای بین مولکولی بطور غیر عادی قوی است. از آنجایی که مواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند، ید که یک ماده ناقطبی است، در تتراکلریدکربن حل می‌شود. نیروی جاذبه بین مولکولهای I2 در ید جامد ، تقریبا از همان نوع و اندازه‌ای است که بین مولکولهای CCl4 در تتراکلریدکربن خالص وجود دارد و از این رو، جاذبه ای قابل توجه بین ید و تتراکلرید کربن ممکن می‌گردد و مولکولهای ید می‌توانند با مولکولهای تتراکلریدکربن ممزوج شوند و محلول حاصل یک مخلوط مولکولی بی نظم است. متیل الکل (CH3OH) و آب (هر دو ماده قطبی) به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند. در محلول متیل الکل و آب ، مولکولهای CH3OH و H2O با پیوند هیدروژنی به هم پیوسته‌اند که در حالت مایع خالص نیز مولکولهای هر دو مایع بوسیله پیوند هیدروژنی به یکدیگر جذب می‌شوند. مایعات قطبی (بویژه آب) می‌توانند حلال بسیاری از ترکیبات یونی باشند. یونهای مواد حل شده توسط مولکولهای قطبی با نیروی الکتروستاتیکی جذب می‌شوند، یعنی یونهای منفی توسط قطبهای مثبت مولکولهای حلال و یونهای مثبت توسط قطبهای منفی این مولکولها جذب می‌شوند. این جاذبه یون - دو قطبی ممکن است نیروهای نسبتا قوی باشند و موجب می‌شود که یونها از بلور جدا شده و در فاز مایع شناور شوند. یونهای حل شده آبپوشیده‌اند و در حالی که با غلافی از مولکولهای آب احاطه شده‌اند در محلول حرکت می‌کند. اثر دما بر انحلال پذیری اثر تغییر دما بر انحلال پذیری یک ماده به جذب شدن یا آزاد شدن گرما به هنگام تهیه محلول سیر شده آن ماده بستگی دارد. با استفاده از اصل لوشاتلیه می توان اثر تغییر دما بر روی انحلال پذیری یک ماده را پیش بینی کرد. اگر فرآیند انحلال ماده حل شونده ، فرآیندی گرماگیر باشد، انحلال پذیری آن ماده با افزایش دما افزایش می‌یابد. حل شده موجود در محلول سیر شده <----> حل شونده جامد + انرژی اگر انحلال ماده حل شونده فرآیندی گرماده باشد، با افزایش دما ، انحلال پذیری ماده حل شونده کاهش می‌یابد. معدودی از ترکیبات یونی ( مثل Na2CO3 , Li2CO3 ) بدین گونه عمل می‌کنند. علاوه بر این ، انحلال پذیری تمام گازها با افزایش دما ، کاهش پیدا می‌کند. مثلا با گرم کردن نوشابه‌های گازدار ، گاز دی‌اکسید کربن موجود در آنها از محلول خارج می‌شود. تغییر انحلال پذیری با تغییر دما به مقدار آنتالپی انحلال بستگی دارد. انحلال پذیری موادی که آنتالپی انحلال آنها کم است، با تغییر دما تغییر چندانی نمی‌کند. اثر فشار بر انحلال پذیری اثر تغییر فشار بر انحلال پذیری مواد جامد و مایع معمولا کم است ولی انحلال پذیری گازها در یک محلول با افزایش یا کاهش فشاری که به محلول وارد می‌شود، به میزان قابل توجهی تغییر می‌کند. "ویلیام هنری" در سال 1803 میلادی کشف کرد که مقدار گازی که در یک دمای ثابت در مقدار معینی از یک مایع حل می‌شود با فشار جزئی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد. فقط محلولهای رقیق در فشارهای نسبتا پایین از قانون هنری به خوبی پیروی می‌کنند. گازهایی که انحلال پذیری آنها بسیار زیاد است، عموما با حلال خود ترکیب می‌شود (مثلا گاز هیدروژن کلرید وقتی که حل می‌شود، با آن ترکیب شده و هیدروکلریک اسید تولید می‌کند). این محلولها از قانون هنری پیروی نمی‌کنند. خون غواصها در عمق دریا تحت فشار نسبتا زیاد ویژه عمقی که در آن کار می‌کنند با هوا سیر می‌شود