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Application de la loi de Henry: solubilité de l'oxygène dans l'eau

Les constantes de Henry pour le système eau - oxygène sont:

  • à 20°C, Hx,20°C=4.01e4 atm/titre molaire,
  • à 0°C, Hx,0°C=2.55e4 atm/titre molaire.

Calculer la quantité d'oxygène dissous dans l'eau à l'équilibre avec l'air à 20°C (on dit aussi à saturation) dans les systèmes d'unités suivantes:

  • titre molaire,
  • titre massique,
  • g.m-3,
  • mol.L-1.

En déduire les constantes de Henry pour l'oxygène à 20°C Hc,20°C et à 0°C Hc,0°C, en atm.L.mol-1.

Réponse

Réponse

  • à 20°C, xO2mol=0.0005%, xO2mass=0.0009%, 8.87g d'O2/m3 d'eau, 2.77e-4 mol.L-1, Hc,20°C=722.0 atm.L.mol-1,
  • à 0°C, xO2mol=0.00078%, xO2mass=0.0014%, 13.94g d'O2/m3 d'eau, 4.36e-4 mol.L-1, Hc,0°C=459.1 atm.L.mol-1.
Correction

Correction

La loi de Henry, valable en solution diluée et aux faibles pressions partielles, s'écrit:

  • Pi = Hx×ximol, avec Pi pression partielle en i en phase gaz et ximol titre molaire en i dans le liquide,
  • soit ici, à 20°C, PO2 = 4.01e4×xO2mol
  • d'ou xO2mol=PO2 / 4.01e4

En admettant que la composition de l'air est de 20% d'oxygène en volume, c'est à dire également 20% de la pression totale, on a alors:

  • PO2=0.2 atm et xO2mol=0.2/4.01e4=4.99e-6, soit encore 0.0005%
  • Le titre massique est xO2mass=4.99e-6×32/(4.99e-6×32+0.9999*18)=8.87e-6, soit ~0.0009%.
  • Dans un m3 d'eau, soit environ 1000kg et 106 g, on aura donc 106×8.87e-6=8.87g d'oxygène dissous.
  • Le concentration en O2 dissous à saturation est donc 8.87/32=0.277mol.m-3, soit 2.77e-4 mol.L-1.

Soit cO2 la concentration en oxygène en mol.L-1. La constante de Henry dans ce système d'unités est donnée par PO2=Hc,20°C×cO2, soit Hc,20°C=PO2/cO2=0.2/2.77e-4=722.0 atm.L.mol-1.

On aurait de même à 0°C:

  • xO2mol=0.2/2.55e4=7.84e-6,
  • xO2mass=7.84e-6×32/(7.84e-6×32+0.9999*18)=13.94e-6,
  • et Hc,0°C=PO2/(13.94/32e3)=459.1 atm.L.mol-1.