Przelicznik stałej prawa Henry’ego
Wprowadź stałą prawa Henry’ego i wybierz jednostkę źródłową oraz docelową, aby zobaczyć wynik kalkulatora. Przed użyciem wartości przeliczonej między różnymi postaciami sprawdź definicję stałej.
Przelicz stałą Henry’ego między jednostkami
Wzór prawa Henry’ego
Gdzie:
- \(c\) — stężenie rozpuszczonego gazu, w mol/L przy stosowaniu wymienionych jednostek opartych na stężeniu.
- \(p\) — ciśnienie cząstkowe tego gazu, w atm przy stosowaniu wymienionych jednostek opartych na atmosferach.
- \(k_{c/p}\) — stężenie podzielone przez ciśnienie, w jednostkach mol/(L·atm).
- \(k_{p/c}\) — ciśnienie podzielone przez stężenie, w jednostkach atm·L/mol; dla tego samego gazu i warunków \(k_{p/c}=1/k_{c/p}\).
- \(K_{\mathrm{in}}\) i \(K_{\mathrm{out}}\) — wartość wprowadzona i wartość wyświetlona przez kalkulator.
- \(F_{\mathrm{from}}\) i \(F_{\mathrm{to}}\) — zaprogramowane w kalkulatorze współczynniki dla wybranych jednostek.
Pierwsze dwa równania opisują dwie wzajemnie odwrotne postacie prawa Henry’ego. Ostatnie równanie opisuje działanie liczbowe tego kalkulatora; jego współczynniki nie zapewniają naukowo poprawnych przeliczeń dla każdej dostępnej pary jednostek.
Prawo Henry’ego – przykład obliczenia
Przykład: pozostaw domyślną wartość stałej Henry’ego równą 0,034, z jednostką źródłową mol/(L·atm) i jednostką docelową atm/ułamek molowy. Kalkulator przypisuje tym jednostkom odpowiednio współczynniki 1 i \(1/0.034\).
\[K_{\mathrm{out}}=0.034\times\frac{1}{1/0.034}=0.001156\]
Wynik: kalkulator wyświetla 0,001156 atm/ułamek molowy. Jest to powtarzalny wynik działania oprogramowania, a nie poprawne fizycznie przeliczenie: uzyskanie stałej w postaci ciśnienie/ułamek molowy wymaga dodatkowych informacji o cieczy.
Jak korzystać z kalkulatora
- Wpisz wartość liczbową w polu Wartość stałej Henry’ego. Użyj wartości zmierzonej lub podanej dla interesującego Cię gazu, cieczy i temperatury.
- W polu Jednostka źródłowa wybierz definicję i jednostkę, w jakich podano wartość. Nie wybieraj jednostki wyłącznie na podstawie liter użytych w nazwie stałej.
- Wybierz żądaną Jednostkę docelową i odczytaj Przeliczoną stałą Henry’ego.
- Zanim użyjesz wyniku w obliczeniach, sprawdź, czy obie jednostki reprezentują tę samą definicję prawa Henry’ego. Opisane poniżej ograniczenia są szczególnie istotne przy przechodzeniu między postaciami stężeniową, odwrotną do stężeniowej i ułamkową (molową).
Co mówi stała prawa Henry’ego
Prawo Henry’ego wiąże równowagową ilość rozpuszczonego gazu z ciśnieniem cząstkowym tego gazu nad cieczą, w warunkach, w których zależność ta jest w przybliżeniu liniowa. Jeśli stężenie zapiszemy jako \(c=k_{c/p}p\), większe \(k_{c/p}\) oznacza, że przy danym ciśnieniu rozpuszcza się więcej gazu. Jeśli zależność zapiszemy natomiast jako \(p=k_{p/c}c\), większe \(k_{p/c}\) oznacza, że do osiągnięcia danego stężenia potrzebne jest wyższe ciśnienie. Te stałe mają odwrotne wartości liczbowe, gdy ich jednostki ciśnienia i stężenia są do siebie dopasowane.
To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ „stała prawa Henry’ego” nie określa jednego konkretnego zestawu jednostek. Na przykład mol/(L·atm) opisuje stężenie na jednostkę ciśnienia, natomiast atm·L/mol opisuje ciśnienie na jednostkę stężenia. Postać ułamkowa opisuje ciśnienie względem ułamka molowego rozpuszczonego gazu w cieczy. Nie jest ona wymienialna z postacią stężeniową bez informacji wiążącej ułamek molowy ze stężeniem.
Stałe zależą również od gazu, rozpuszczalnika, temperatury oraz od tego, jak zdefiniowano wielkość równowagową. Potwierdź te warunki przed porównywaniem wartości publikowanych. Jeśli w osobnym obliczeniu musisz zmienić jednostki ciśnienia, Konwerter ciśnienia obsługuje jednostki ciśnienia; nie zmienia natomiast definicji stałej prawa Henry’ego. W obliczeniach dotyczących przenikania gazu, w których występuje ilość substancji na jednostkę czasu, użyj Konwertera strumienia molowego dla tej osobnej wielkości.
Założenia i ograniczenia
Nie traktuj każdego wyświetlonego wyniku jako przeliczenia jednostek. Kalkulator używa stałego mnożnika dla każdej opcji menu i dzieli jeden mnożnik przez drugi. W szczególności traktuje mol/(L·atm) i atm·L/mol jako liczbowo równe. Tymczasem te postacie są odwrotnościami, a nie równoważnymi jednostkami. Na przykład 0,034 mol/(L·atm) odpowiada w przybliżeniu 29,4118 atm·L/mol dla tej samej zależności równowagowej — a nie 0,034 atm·L/mol.
Zaprogramowany współczynnik dla mol/(m³·Pa) również nie realizuje zwykłego przeliczenia objętości i ciśnienia z mol/(L·atm). Przyjmując 1 atm = 101 325 Pa i 1 m³ = 1000 L, stała w postaci stężenie/ciśnienie o wartości 0,034 mol/(L·atm) równa jest w przybliżeniu 0,000335554 mol/(m³·Pa). Sprawdź to przeliczenie niezależnie, zamiast polegać na wyświetlonym wyniku międzyjednostkowym.
Obie opcje ułamkowe, atm/ułamek molowy i Pa/ułamek molowy, to postacie ciśnienie/ułamek molowy. Zmiana jednostek ciśnienia w ramach tej samej postaci wymaga zależności 1 atm = 101 325 Pa; zaprogramowany w kalkulatorze stosunek działa w przeciwnym kierunku. Przejście między którąkolwiek postacią ułamkową a postacią stężeniową wymaga zależności między ułamkiem molowym cieczy a stężeniem, zwykle obejmującej skład i gęstość cieczy. Żaden uniwersalny współczynnik, taki jak 0,034, nie dostarcza tych informacji.
W pracy wymagającej niezawodności używaj wyniku kalkulatora bez zmiany jednostek wyłącznie jako kontroli wartości. Przy każdej zmianie definicji lub jednostek zapisz równanie równowagi, przelicz jego składowe wielkości i zweryfikuj wynik względem konwencji podanej w źródle. Ostrożności wymaga również wartość zerowa: odwrotność zerowej stałej stężenie/ciśnienie jest nieokreślona, mimo że kalkulator może wyświetlić zero.
Najczęściej zadawane pytania
Jak obliczyć stężenie rozpuszczonego gazu z prawa Henry’ego?
Pomnóż ciśnienie cząstkowe gazu przez jego stałą w postaci stężenie/ciśnienie: \(c=k_{c/p}p\). Na przykład jeśli \(k_{c/p}=0.020\) mol/(L·atm), a ciśnienie cząstkowe gazu wynosi 0,50 atm, to \(c=0.010\) mol/L. Użyj stałej zmierzonej dla tego samego gazu, cieczy i temperatury oraz sprawdź, czy roztwór mieści się w przybliżeniu liniowym zakresie obowiązywania prawa Henry’ego.
Czy istnieje normalna lub „dobra” wartość stałej prawa Henry’ego?
Żadna pojedyncza wartość nie jest normalna ani dobra. Stała prawa Henry’ego opisuje konkretną równowagę gaz–ciecz w konkretnej temperaturze, a publikowane źródła stosują różne definicje. Przed porównywaniem wartości dopasuj gaz, rozpuszczalnik, temperaturę i postać stałej. Większa stała w postaci stężenie/ciśnienie oznacza większą rozpuszczalność przy danym ciśnieniu; interpretacja odwraca się dla jej odwrotności w postaci ciśnienie/stężenie.
Jak ręcznie przeliczyć stałą prawa Henry’ego na postać odwrotną?
Oblicz odwrotność wartości liczbowej przy przejściu między dopasowanymi do siebie postaciami stężenie/ciśnienie i ciśnienie/stężenie. Na przykład \(0.020\) mol/(L·atm) odpowiada \(1/0.020=50\) atm·L/mol. Działa to tylko wtedy, gdy jednostki są wzajemnie odwrotne, a stałe opisują te same warunki równowagi. Odwrotność zera jest nieokreślona.
Czy w prawie Henry’ego stosować ciśnienie całkowite czy cząstkowe?
Używaj ciśnienia cząstkowego rozpuszczającego się gazu, a nie ciśnienia całkowitego mieszaniny gazów. Dla mieszaniny w przybliżeniu idealnej pomnóż ciśnienie całkowite przez ułamek molowy tego gazu w fazie gazowej: \(p_i=y_iP\). Na przykład gaz stanowiący 20% mieszaniny pod ciśnieniem 2 atm ma ciśnienie cząstkowe około 0,4 atm. Nie myl ułamka molowego w fazie gazowej z ułamkiem molowym w cieczy.
Czy mogę użyć stałej prawa Henry’ego zmierzonej w innej temperaturze?
Nie bez uwzględnienia temperatury. Rozpuszczalność gazu i odpowiadająca jej stała prawa Henry’ego mogą się istotnie zmieniać wraz ze zmianą temperatury. Niektóre źródła podają empiryczne równanie temperaturowe lub parametr termodynamiczny pozwalający oszacować tę zmianę, ale równanie musi odpowiadać definicji stałej przyjętej w danym źródle. W pracy wymagającej dokładności używaj, gdy to możliwe, wartości zmierzonej w temperaturze docelowej.
Jak powiązać stężenie rozpuszczonego gazu z jego ułamkiem molowym w cieczy?
Potrzebujesz całkowitego stężenia molowego mieszaniny ciekłej: \(x_{\text{gaz}}=c_{\text{gaz}}/c_{\text{całk}}\), przy czym oba stężenia muszą odnosić się do tej samej objętości. Wyznaczenie \(c_{\text{całk}}\) wymaga na ogół informacji o składzie i gęstości cieczy. W wystarczająco rozcieńczonym roztworze wodnym rozpuszczalnik może dominować w tej sumie, ale to przybliżenie nie ma charakteru uniwersalnego. Stałej w postaci ciśnienie/ułamek molowy nie można zatem uzyskać ze stałej stężeniowej wyłącznie przez przeliczenie jednostek ciśnienia.
Jak przeliczyć stałą stężenie/ciśnienie z atm na Pa?
Podziel jej wartość liczbową w mol/(L·atm) przez 101 325, aby otrzymać mol/(L·Pa), ponieważ jedna atmosfera to 101 325 paskali. Na przykład \(0.020\) mol/(L·atm) to około \(1.97\times10^{-7}\) mol/(L·Pa). Jeśli zmieniasz także litry na metry sześcienne, pomnóż ten wynik przez 1000. Przeliczaj część ciśnieniową i objętościową osobno, aby nie odwrócić któregoś czynnika.