Henry-Gesetz (Konzentrationskonvention)

Verwende hier die ausdrücklich festgelegte Konzentrationskonvention des Henry-Gesetzes: C_g = k_H·p_g. C_g ist die Gleichgewichtskonzentration des gelösten Gases, p_g sein Partialdruck über der Flüssigkeit. Bei gleicher Temperatur verdoppelt ein doppelt so großer Partialdruck im linearen Bereich auch C_g. Beispiel: Sind bei 100 kPa 1,0 mmol/L gelöst, erwartet man bei 20 kPa ungefähr 0,20 mmol/L. Das gilt nur bei unverändertem Gas, Lösungsmittel und Temperatur. Prüfe außerdem die Definition von k_H: Manche Quellen verwenden die inverse Konvention p/C. Wenn du k_H aus C/p bestimmst, müssen Druck- und Konzentrationseinheiten zu den Einheiten des Koeffizienten passen. So bleiben Zahlenwerte aus verschiedenen Konventionen vergleichbar.

In der hier verwendeten Form C_g = k_H·p_g ist k_H der Proportionalitätsfaktor zwischen Gasdruck und gelöster Konzentration. Er hängt vom betrachteten Gas, vom Lösungsmittel und von der Temperatur ab; er ist also keine universelle Konstante. Wenn C_g in mol/L und p_g in kPa steht, lautet die Einheit mol/(L·kPa). Eine hohe k_H bedeutet in dieser Konvention eine höhere gelöste Konzentration bei gleichem Druck. In einer alternativen Konvention p_g = k_H·C_g kehrt sich die Bedeutung um und die Einheit wird Druck/Konzentration. Namen allein reichen zum Vergleichen nicht.

Eine Flüssigkeit steht oft mit einem Gasgemisch in Kontakt, zum Beispiel Wasser mit Luft. Für die Löslichkeit von Sauerstoff ist dann der Sauerstoff-Partialdruck maßgeblich, nicht der gesamte Luftdruck. Bei trockener Luft nahe Meereshöhe ist p_O₂ ungefähr 0,21·101 kPa ≈ 21 kPa. Würdest du stattdessen 101 kPa einsetzen, überschätzt du die gelöste Sauerstoffkonzentration ungefähr um den Faktor fünf. Bei feuchter Luft oder anderen Bedingungen müssen die Partialdrücke angepasst werden. Das Gesetz betrachtet das Gleichgewicht an der Grenzfläche; es berechnet weder die Geschwindigkeit, mit der ein Gas sich löst, noch Verluste durch Reaktion oder Strömung.

Das Henry-Gesetz selbst liefert die Proportionalität zwischen Partialdruck und Gleichgewichtskonzentration bei festgelegter Temperatur. Die Temperatur steckt zusätzlich im Wert von k_H. Für viele Gase in Wasser nimmt die Löslichkeit mit steigender Temperatur ab, also sinkt in der hier verwendeten Konzentrationskonvention k_H. Deshalb kann ein wärmerer Bach trotz gleichen Sauerstoff-Partialdrucks weniger Sauerstoff im Gleichgewicht halten. Die Richtung ist stoffabhängig und sollte anhand passender Daten geprüft werden; man darf den k_H-Wert bei 20 °C nicht unverändert für 30 °C einsetzen. Biologische Folgen hängen außerdem von Durchmischung, Photosynthese und Verbrauch durch Organismen ab.

Die einfache lineare Beziehung ist für ein bestimmtes Gas-Lösungsmittel-Paar und eine feste Temperatur im geeigneten Löslichkeitsbereich gedacht. Sie kann versagen, wenn die Lösung sehr konzentriert ist, Gas oder Lösungsmittel chemisch miteinander reagieren oder stark wechselwirken, die Temperatur sich ändert oder der Partialdruck so hoch wird, dass die lineare Näherung nicht mehr passt. Auch ein offenes Gefäß ohne Gleichgewicht oder ein strömendes System lässt sich mit der Gleichung allein nicht beschreiben. In solchen Fällen braucht man gemessene Löslichkeitsdaten oder ein erweitertes thermodynamisches Modell. Nutze also zuerst die Einheit und Gültigkeitsbedingungen der Konstanten.