Конвертер закона Генри
Введите константу закона Генри и выберите исходную и целевую единицы, чтобы увидеть результат калькулятора. Перед использованием значения, преобразованного между разными формами, проверьте определение константы.
Перевод константы Генри между единицами
Формула закона Генри
Где:
- \(c\) — концентрация растворённого газа, в моль/л при использовании перечисленных единиц на основе концентрации.
- \(p\) — парциальное давление этого газа, в атм при использовании перечисленных единиц на основе атмосфер.
- \(k_{c/p}\) — концентрация, делённая на давление, с единицами моль/(л·атм).
- \(k_{p/c}\) — давление, делённое на концентрацию, с единицами атм·л/моль; для одного и того же газа и условий \(k_{p/c}=1/k_{c/p}\).
- \(K_{\mathrm{in}}\) и \(K_{\mathrm{out}}\) — введённое значение и значение, отображаемое калькулятором.
- \(F_{\mathrm{from}}\) и \(F_{\mathrm{to}}\) — запрограммированные в калькуляторе коэффициенты для выбранных единиц.
Первые два уравнения описывают две взаимно обратные формы закона Генри. Последнее уравнение описывает численную операцию этого калькулятора; его коэффициенты не обеспечивают научно корректных преобразований для каждой доступной пары единиц.
Закон Генри — пример расчёта
Пример: оставьте значение константы Генри по умолчанию 0,034, с исходной единицей моль/(л·атм) и целевой единицей атм/мольная доля. Калькулятор присваивает этим единицам коэффициенты 1 и \(1/0.034\) соответственно.
\[K_{\mathrm{out}}=0.034\times\frac{1}{1/0.034}=0.001156\]
Результат: калькулятор отображает 0,001156 атм/мольная доля. Это воспроизводимый программный вывод, а не корректное физическое преобразование: для получения константы «давление на мольную долю» требуется дополнительная информация о жидкости.
Как пользоваться калькулятором
- Введите числовое значение в поле Значение константы Генри. Используйте значение, измеренное или опубликованное для интересующего вас газа, жидкости и температуры.
- Выберите заявленное определение и единицу значения в поле Исходная единица. Не выбирайте единицу только по буквам, использованным в названии константы.
- Выберите нужную Целевую единицу и прочитайте Преобразованную константу Генри.
- Прежде чем использовать результат в расчёте, проверьте, описывают ли обе единицы одно и то же определение закона Генри. Описанные ниже ограничения особенно важны при переходе между формами на основе концентрации, обратной концентрации и мольной доли.
Что говорит константа закона Генри
Закон Генри связывает равновесное количество растворённого газа с парциальным давлением этого газа над жидкостью в условиях, где связь приблизительно линейна. Если концентрация записана как \(c=k_{c/p}p\), то большее значение \(k_{c/p}\) означает, что при данном давлении растворяется больше газа. Если же связь записана как \(p=k_{p/c}c\), то большее значение \(k_{p/c}\) означает, что для достижения данной концентрации требуется более высокое давление. Эти константы имеют взаимно обратные числовые значения, когда их единицы давления и концентрации согласованы.
Это различие важно, поскольку «константа закона Генри» не задаёт единственный набор единиц. Например, моль/(л·атм) описывает концентрацию на единицу давления, тогда как атм·л/моль описывает давление на единицу концентрации. Форма на основе мольной доли описывает давление относительно мольной доли растворённого газа в жидкости. Она не взаимозаменяема с формой на основе концентрации без информации, связывающей мольную долю с концентрацией.
Константы также зависят от газа, растворителя, температуры и от того, как определяется равновесная величина. Подтвердите эти условия перед сравнением опубликованных значений. Если вам нужно изменить давление, используемое в отдельном расчёте, Конвертер давления работает с единицами давления; он не меняет определение константы закона Генри. Для расчёта переноса газа, включающего количество вещества в единицу времени, используйте Конвертер молярного расхода для этой отдельной величины.
Допущения и ограничения
Не считайте каждый отображаемый результат преобразованием единиц. Калькулятор использует фиксированный множитель для каждого пункта меню и делит один множитель на другой. В частности, он считает моль/(л·атм) и атм·л/моль численно равными. Эти формы взаимно обратны, а не эквивалентны. Например, 0,034 моль/(л·атм) соответствует примерно 29,4118 атм·л/моль для одного и того же равновесного соотношения — а не 0,034 атм·л/моль.
Запрограммированный коэффициент для моль/(м³·Па) также не реализует обычное преобразование объёма и давления из моль/(л·атм). Используя 1 атм = 101 325 Па и 1 м³ = 1 000 л, константа «концентрация на давление», равная 0,034 моль/(л·атм), равна примерно 0,000335554 моль/(м³·Па). Проверьте это преобразование независимо, а не полагайтесь на отображаемый результат для разных единиц.
Два варианта с мольной долей, атм/мольная доля и Па/мольная доля, — это формы «давление на мольную долю». Изменение единиц давления внутри этой же формы требует соотношения 1 атм = 101 325 Па; запрограммированное отношение калькулятора работает в обратном направлении. Переход между любой формой с мольной долей и формой на основе концентрации требует связи между мольной долей и концентрацией в жидкости, обычно с учётом состава и плотности жидкости. Никакой универсальный коэффициент 0,034 этой информации не даёт.
Для надёжной работы используйте вывод калькулятора с неизменённой единицей только как проверку значения. При любом изменении определения или единиц запишите уравнение равновесия, преобразуйте входящие в него величины и проверьте результат относительно конвенции, заявленной в источнике. Нулевой ввод также требует осторожности: обратная величина нулевой константы «концентрация на давление» не определена, хотя калькулятор может отображать ноль.
Часто задаваемые вопросы
Как рассчитать концентрацию растворённого газа по закону Генри?
Умножьте парциальное давление газа на его константу «концентрация на давление»: \(c=k_{c/p}p\). Например, если \(k_{c/p}=0.020\) моль/(л·атм), а парциальное давление газа равно 0,50 атм, то \(c=0.010\) моль/л. Используйте константу, измеренную для того же газа, жидкости и температуры, и проверьте, что раствор находится в пределах приблизительно линейной области действия закона Генри.
Существует ли нормальное или «правильное» значение константы закона Генри?
Ни одно значение не является нормальным или «правильным». Константа закона Генри описывает конкретное равновесие газ–жидкость при конкретной температуре, а опубликованные источники используют разные определения. Перед сравнением значений сопоставьте газ, растворитель, температуру и форму константы. Большая константа «концентрация на давление» указывает на бо́льшую растворимость при данном давлении; для её обратной величины «давление на концентрацию» интерпретация обратна.
Как вручную перевести константу закона Генри в обратную форму?
Возьмите обратную величину числового значения при переходе между согласованными формами «концентрация на давление» и «давление на концентрацию». Например, \(0.020\) моль/(л·атм) соответствует \(1/0.020=50\) атм·л/моль. Это работает, только если единицы взаимно обратны и константы описывают одни и те же равновесные условия. Обратная величина нуля не определена.
Что использовать в законе Генри — общее давление или парциальное?
Используйте парциальное давление растворяющегося газа, а не общее давление газовой смеси. Для приблизительно идеальной газовой смеси умножьте общее давление на мольную долю этого газа в газовой фазе: \(p_i=y_iP\). Например, газ, составляющий 20 % смеси при давлении 2 атм, имеет парциальное давление примерно 0,4 атм. Не путайте мольную долю в газовой фазе с мольной долей в жидкости.
Можно ли использовать константу закона Генри, измеренную при другой температуре?
Не без учёта температуры. Растворимость газа и соответствующая константа закона Генри могут существенно меняться с изменением температуры. В некоторых справочниках приводится эмпирическое уравнение температурной зависимости или термодинамический параметр для оценки этого изменения, но уравнение должно соответствовать определению константы, используемому в источнике. Для точной работы используйте измеренное значение при нужной вам температуре, если оно доступно.
Как связать концентрацию растворённого газа с его мольной долей в жидкости?
Вам нужна общая молярная концентрация жидкой смеси: \(x_{gas}=c_{gas}/c_{total}\), причём обе концентрации должны быть выражены на один и тот же объём. Нахождение \(c_{total}\), как правило, требует информации о составе и плотности жидкости. Для достаточно разбавленного водного раствора растворитель может доминировать в этой сумме, но такое приближение не универсально. Поэтому константу «давление на мольную долю» нельзя получить из константы на основе концентрации, используя только единицы давления.
Как перевести константу «концентрация на давление» из атм в Па?
Разделите её числовое значение в моль/(л·атм) на 101 325, чтобы получить моль/(л·Па), поскольку одна атмосфера равна 101 325 паскалей. Например, \(0.020\) моль/(л·атм) — это примерно \(1.97\times10^{-7}\) моль/(л·Па). Если вы также переводите литры в кубические метры, умножьте этот результат на 1 000. Преобразуйте части давления и объёма по отдельности, чтобы не перепутать коэффициент.