Закон Генри - фундаментальный физико-химический закон, позволяющий рассчитать концентрацию газа, растворенного в жидкости. Этот важнейший принцип лежит в основе многих технологических процессов и находит широкое применение в промышленности, медицине, пищевой сфере.
История открытия закона Генри
Закон Генри был открыт в 1803 году английским ученым Уильямом Генри. Он родился в 1774 году в Манчестере в семье владельца химической мануфактуры. Получив медицинское образование в Эдинбургском университете, Генри работал в морге в родном городе.
Помимо закона, названного его именем, Генри открыл химическую формулу аммиака и обнаружил различие между метаном и этиленом.
В 1803 году, проводя опыты по растворению газов в жидкостях, Уильям Генри обнаружил, что концентрация растворенного газа прямо пропорциональна давлению этого газа над поверхностью жидкости. Он опубликовал результаты своих исследований в научном журнале того времени, что принесло ему известность среди коллег.
Формулировка закона Генри
Математически закон Генри можно выразить следующей формулой:
C = K*p
Где:
- C - концентрация растворенного газа
- K - коэффициент пропорциональности, или константа Генри
- p - парциальное давление газа над поверхностью жидкости
Таким образом, согласно закону Генри, при постоянной температуре концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению этого газа. Чем выше давление, тем больше газа может раствориться.
Закон Генри тесно связан с другими физико-химическими законами, в частности:
- Законом Дальтона, распространяющим принцип пропорциональности на смеси газов
- Законом Рауля, описывающим растворение жидкостей друг в друге
Графически закон Генри закон генри растворимость газов можно представить в виде прямой линии, показывающей линейную зависимость концентрации растворенного газа от его парциального давления.
Применение закона Генри и формула
На практике закон Генри широко используется для расчета растворимости газов в различных технологических процессах. Например, в пищевой промышленности этот закон позволяет определить нужную концентрацию углекислого газа в газированных напитках.
| CO2 | 0,83 |
| O2 | 0,031 |
| N2 | 0,015 |
В таблице приведены значения константы Генри для некоторых газов при температуре 0°C и давлении 1 атм. Как видно, закон Генри позволяет легко рассчитать концентрацию газа C при известном K и p.
Закон Генри также используется в медицине, например при калибровке барокамер. Кроме того, он объясняет причины возникновения кессонной болезни у водолазов и летчиков.
Использование закона Генри в пищевой промышленности
Как уже отмечалось выше, закон Генри широко используется в пищевой промышленности для производства газированных напитков. Рассмотрим подробнее, как именно это происходит.
При изготовлении газированных напитков в жидкость (воду, соки, сладкие сиропы) под давлением растворяется углекислый газ. Согласно закону Генри, концентрация растворенного CO2 будет тем выше, чем выше давление. Таким образом, регулируя давление газа, можно получать напитки с разной степенью газирования.
Технология сатурации
Процесс насыщения жидкости газом называется сатурацией. Существует несколько способов сатурации:
- При помощи сатураторов - специальных емкостей, куда подается жидкость и газ под высоким давлением.
- Во время розлива - газ добавляется непосредственно в поток разливаемого напитка.
- Прямое впрыскивание газа в тару перед розливом.
На практике чаще всего применяется комбинация этих методов. Это позволяет максимально эффективно насытить напиток CO2.
Влияние давления и температуры
Согласно закону Генри, на концентрацию растворенного газа влияют два параметра: давление газа (p) и температура (T). Чем выше давление и ниже температура, тем больше газа может быть растворено.
Поэтому для максимальной газации напитки охлаждают и насыщают газом под высоким давлением. А перед розливом часто дополнительно впрыскивают небольшое количество СО2 непосредственно в тару.
Применение закона Генри в медицине
В медицинской практике закон Генри используется при работе барокамер - устройств, в которых создается повышенное давление. Их применяют для лечения кессонной болезни, ожогов, обморожений и других заболеваний.
Согласно закону Генри, изменяя давление воздуха в барокамере, можно регулировать концентрацию кислорода, растворенного в крови пациента. Это ключевой механизм действия гипербарической оксигенации.
Кессонная болезнь
Закон Генри также объясняет развитие кессонной болезни (декомпрессионной болезни) у водолазов, ныряльщиков за жемчугом, рабочих, трудящихся в условиях повышенного давления. Ее вызывает быстрое снижение давления и, как следствие, выделение пузырьков газа в крови и тканях организма по закону Генри.
