La loi de Henry qui établit à l`équilibre les concentrations en gaz

La Loi de Henry, formulée en 1803 par William Henry, énonce :
À température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est
proportionnelle à la pression partielle qu'exerce ce gaz sur le liquide.
La concentration maximale d'un gaz en solution, en équilibre avec une atmosphère contenant
ce gaz, est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz en ce point.
C’est-à-dire que si l'on est par exemple en un point où la pression est le double de la pression
atmosphérique (c'est le cas dans l'eau à 10 m de profondeur), chaque gaz de l'air pourra se
dissoudre 2 fois mieux qu'en surface. Ceci explique le problème des plongeurs : en
profondeur, l'azote de l'air (que le plongeur stocke puisque les cellules ne consomment que
l'oxygène) a tendance à se dissoudre dans le sang du plongeur. Si celui-ci remonte trop vite,
l'azote dissous va avoir tendance à se dilater rapidement dans l'organisme, ce qui peut créer
des bulles dans les vaisseaux sanguins et une mort par embolie gazeuse.
Cette loi établit une relation entre la pression partielle pi d'un corps pur gazeux et sa fraction
molaire
dans un solvant :
Cette loi mesure la solubilité d'un gaz dans un solvant liquide avec lequel ce gaz est en
contact.
Ki est une constante de la loi de Henry spécifique du gaz donné, aussi appelée H :
Cs = p.H



où Cs représente la concentration maximale (dite « à saturation »),
p la pression partielle du gaz dans l'atmosphère, et
H la « constante de Henry » qui dépend de la nature du gaz, de la température, et du
liquide.
À titre d'exemples :



Pour l'eau de mer, H est 20% inférieur à sa valeur pour l'eau douce, en raison de la
compétition entre gaz dissous et sels dissous.
À pression atmosphérique normale, dans l'eau douce pour l'oxygène Cs = 10 mg·l-1 à
12 °C, et 14 mg·l-1 à 0 °C.
Le dioxyde de carbone en solution avec une boisson gazeuse ou de la bière s'échappe
sous forme gazeuse lorsque le récipient est ouvert, car il y a alors sursaturation.
Loi de Henry.
Williams Henry, Physicien anglais (1774-1836).
Voir aussi la page "Engazage".
La loi de Henry qui établit à l'équilibre les concentrations en gaz dissous dans un liquide s'écrit :
Avec :
xi : fraction molaire du gaz "i". C'est le rapport du nombre de moles de gaz "i" au nombre total de
moles de la solution. Même pour une eau assez fortement minéralisée on peut déterminer que ce
nombre est peu différent de NT=55,6 mol.L-1 : nombre de moles d'eau contenues dans un litre d'eau.
pi : pression partielle du gaz "i" dans la phase gazeuse égale au produit de la pression totale de la
phase gazeuse par la fraction représentative de la composition volumique (ou molaire).
Hi : Constante de Henry du gaz "i". Cette "constante" est fonction de la température et présente un
maximum (qui correspond au minimum de solubilité) qui est fonction du gaz : vers 100 ºC pour
l'oxygène et l'azote, 130 ºC pour le dioxyde de carbone.
H en MPa
O2
N2
CO2
20ºC
4047
8146
142
80ºC
7130
13100
456
Constante de Henry en fonction
de la température pour le
dioxyde de carbone.
On peut montrer à partir de la loi de Henry, que la concentration massique d'un gaz en solution peut
s'exprimer par la relation :
Avec Mi : masse molaire du gaz "i".
La solubilité peut être fournie en normaux litres de gaz sous pression de gaz pur.
Exemple : à 80ºC l'oxygène est soluble à raison de V n=0,0176 litre "normal" par litre d'eau sous une
pression de 1 bar. On peut ainsi calculer directement le volume de gaz dissous à partir de la pression
de ce gaz.
La constante de Henry se détermine alors par :
avec H en MPa
Une autre façon d'exprimer la loi de Henry est celle de la loi d'action de masses appliquée à
l'équilibre chimique : (CO2) gaz
(CO2) aqueux (dans le cas du dioxyde de carbone). Soit :
.


(CO2) gaz est l'activité du CO2 et est donc la pression partielle de CO2 dans l'ambiance
au dessus du liquide.
(CO2) aqueux est l'activité du CO2 dans la solution et peut donc être assimilé à sa
concentration.
On obtient donc : (CO2) aqueux = K.p(CO2)
K est donc l'inverse de la constante de Henry au facteur Nt près.
Exemple : à 20ºC la constante de Henry est 142 MPa.