Le schéma montre intuitivement que la concentration du gaz dans le liquide est d'autant plus grande que le nombre de chocs sur la surface est grande, donc que la pression partielle du gaz est grande.
Nous pouvons considérer la solution du gaz $S$ dans le liquide $L$ comme un mélange de deux liquides, où la fraction molaire du gaz est cependant très faible.
La → loi de Raoult permet d'expliquer à la limite ce qui se passe:
- 1 Droite idéale de Raoult: Pression vapeur de $S$ en fonction de sa fraction molaire - 2 Courbe réelle de Raoult: Pression vapeur de $S$ en fonction de sa fraction molaire - 3 Tangente extrapolée pour les petites valeurs de $X_S$: $P_S=K\cdot X_S$
Si un gaz $S$ est en contact avec un liquide (où il est faiblement soluble et avec lequel il ne réagit pas), alors sa fraction molaire $X_S$ dans le liquide est proportionnelle à l'équilibre à sa pression partielle au-dessus du liquide: $X_S$ $=$ $k\cdot P_S$ $P_S$ $=$ $K\cdot X_S$ avec: $k=\frac{1}{K}$ $P_S$ pression partielle du gaz au-dessus du liquide $K$ constante de Henry exprimée en $atm$
( Comme le nombre de moles de gaz $S$ est faible vis-à-vis de celui du liquide $L$, il vient: $P_S$ $=$ $k\cdot X_S$ $\approx $ $k\cdot \frac{n_S}{n_L}$ $=$ $\frac{n_S \cdot M_L}{m_L}$ $=$ $\frac{M_L}{\rho_L}\frac{n_S }{ V_L}$ $\approx$ $ K_H [S]$ )
La concentration molaire du gaz dans le liquide est donc proportionnelle à sa pression partielle
Si un gaz $S$ est en contact avec un liquide (où il est faiblement soluble et avec lequel il ne réagit pas), alors sa molarité $[S]$ dans le liquide est proportionnelle à l'équilibre à sa pression partielle au-dessus du liquide: $[S]$ $=$ $k_h\cdot P_S$ $P_S$ $=$ $K_H\cdot [S]$ avec: $k_h=\frac{1}{K_H}$ $P_S$ pression partielle du gaz au-dessus du liquide $K_H$ constante de Henry exprimée en $\frac{L\cdot atm}{mol}$
| $25^oC$ | $K_H$ $(\frac{L \cdot atm}{mol})$ | $k_h$ $(\frac{mol}{L\cdot atm})$ | $K$ $(atm)$ |
|---|---|---|---|
| O2 | 769,23 | 1,3×10-3 | 4,259×104 |
| H2 | 1282,05 | 7,8×10-4 | 7,099×104 |
| CO2 | 29,41 | 3,4×10-2 | 0,163×104 |
| N2 | 1639,34 | 6,1×10-4 | 9,077×104 |
| He | 2702,7 | 3,7×10-4 | 14,97×104 |
| Ne | 2222,22 | 4,5×10-4 | 12,30×104 |
| Ar | 714,28 | 1,4×10-3 | 3,955×104 |
| CO | 1052,63 | 9,5×10-4 | 5,828×104 |
Exemple: À $25^oC$, la pression partielle de l'azote dans l'atmosphère vaut environ $0,8\;atm$. Alors la concentration de l'azote dans l'eau superficielle vaut: $[N_2]$ $=$ $6,1\cdot 10^{-4}\cdot 0,8$ $ = $ $4,9\cdot 10^{-4}\frac{mol}{L}$ soit $c_{N_2}$ $=$ $4,9\cdot 10^{-4}\cdot 28$ $ =$ $0,014\frac{g}{L}$ La fraction molaire de l'azote dans l'eau superficielle vaut: $X_{N_2}$ $=$ $\frac{0,8}{9,077\cdot 10^4}$ $=$ $8,813\cdot 10^{-6}$