Loi de HENRY
(physicien et chimiste britannique William Henry)

ÉNONCE DE LA LOI :
"Pour un liquide et un gaz donnés, la pression p du gaz et la concentration c du gaz dissous dans le liquide sont proportionnelles".

p = KH c
et,
c = p / KH

Avec KH : Constante de Henry du gaz , qui dépend de la nature du gaz, de celle du liquide et de la température.
Remarques : p est la pression de gaz qu'il faut appliquer au dessus du liquide pour que l'ensemble (liquide + gaz) se trouve instantanément à l'équilibre.
Ou,

La solubilité S d'un gaz dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle p du gaz au dessus du liquide.

S = p . KH

(cette loi ne s'applique que pour des pressions faibles <= 760 mm Hg).

NB : la pression partielle d'un composé dans un mélange gazeux, est la pression qu'il engendrerait s'il était seul à occuper le volume du mélange (loi de Dalton, lien sur ce savant, 1776-1844).
Elle s'obtient en multipliant la pression totale du mélange gazeux par la fraction molaire du composé dans le mélange.
Exemple:
Un mélange gazeux à la pression de 1013 mbars (hPa) est constitué de 75 moles de O2 et de 5 moles de CO2 , donc les pressions partielles des gaz p(O2 ) et p(CO2 ) sont :

NOTA : si l'on supprime le gaz qui était en contact avec le liquide dans lequel il était partiellement dissous (autrement dit si on abaisse la pression p), le gaz dissous va quitter le liquide de façon plus ou moins violente (exemple de la bouteille d'eau gazeuse qu'on débouche).





La loi de Henry établit donc, à l'équilibre, les concentrations en gaz dissous dans un liquide :

= x ( i ) = p ( i ) / KH ( i )

Avec :

Gaz
KH à 20ºC (*)
KH à 80ºC (*)
CO2
70,4.10-4
21,9.10-4
O2
2,47.10-4
1,40.10-4
H2
1,44.10-4
1,29.10-4
N2
1,22.10-4
0,76.10-4
* KH en MPa (mégaPascal)

Également on peut l'exprimer, pour le CO2 par exemple : CO2 aqueux = K.p (CO2 gazeux), K étant donc l'inverse de KH > 1/KH = f(T),

T°C
5
10
15
20
25
30
1/KH (MPa)
87.6
104
122
142
164
186
ou sur une plus grande échelle :






Tension.
Même lorsque le système (liquide + gaz) est hors d'équilibre (et donc que la concentration c du gaz dissous est en train d'évoluer) on peut définir la quantité f = KHc à chaque instant.
Cette quantité est homogène à une pression ; on peu l'appeler la tension du gaz dans le liquide.
Nota : f est la pression de gaz qu'il faut appliquer au dessus du liquide pour que liquide + gaz se trouve à l'équilibre.

Saturation - Désaturation.
Rapport de Sursaturation :
On peut définir le rapport : S = f /Pext

où f est la tension d'un gaz dans un liquide considéré, pext est la pression extérieure appliquée au liquide (c'est tout simplement la pression ambiante).
Au cours d'une saturation, ce rapport est toujours inférieur à 1.
Au cours d'une désaturation, il peut devenir supérieur à 1; on admet (*) qu'il existe pour chaque couple (gaz - liquide) une valeur critique Sc telle que si S devient supérieur à Sc, le dégazage devient brutal (formation de bulles).



(*) Ceci est une hypothèse de travail, commode dans certain calculs (tables de plongée sous-marine par exemple), mais absolument pas une loi physique.
L'existence de Sc est donc citée ici pour mémoire : signalons, entre autres, que la formation et la croissance de bulles dépend beaucoup, pour une sursaturation donnée, de la pureté du liquide et de son état d'agitation mécanique (phénomène aisément observable avec une bouteille de champagne, par exemple...).
A noter que l'équilibre de Henry n'intervient pas instantanément et il faut attendre un temps suffisant (qui peut être assez long) pour que la tension du gaz dans le liquide s'égalise à la pression partielle du gaz au dessus du liquide.
En fait, la tension suit une loi dite "exponentielle" que l'on peut illustrer par les courbes suivantes.


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