Coefficient de Henry

William Henry, un chimiste anglais, établis pour la première fois au début du 19ème siècle, que la quantité de gaz pouvant se dissoudre dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au dessus du liquide. Le coefficient de proportionalité est depuis nommé coefficient de Henry.

Le coefficient de Henry (aussi nommé constante de Henry) est spécifique à une substance dissoute et à un solvant dans lequel la substance se dissous. Il est souvent noté:
H_σ,s ou k_Hσ,s
avec:
σ: soluté
s: solvant

Attention! plusieurs définitions co-existent:

H_σ,s = P_σ / X_σ
ou
H_σ,s = X_σ / P_σ
ou
H_σ,s = Y_σ / X_σ = P_σ / P_tot / X_σ
ou
H_σ,s = C_σ,g / C_σ,l

avec:
H_σ,s: coefficient de Henry du soluté "σ" dans le solvant "s"
P_σ: pression partielle du soluté "σ" dans le gaz
P_tot : pression totale
X_σ: fraction molaire du soluté "σ" dans le liquide
Y_σ: fraction molaire du soluté "σ" dans le gaz
C_σ,l: concentration molaire du soluté "σ" dans le liquide
C_σ,g: concentration molaire du soluté "σ" dans le gaz

L'unité affectée au coefficient de Henry permet généralement d'identifier sa définition correcte.

définition	unité
= Pσ / Xσ	"pression"/(mole/mole) "pression"
= Xσ / Pσ	(mole/mole)/"pression" 1 / "pression"
= Yσ / Xσ	(mole/mole)/(mole/mole) - / -
= Cσ,g / Cσ,l	(mole/l)/(mole/l) - / -
= Cσ,l / Pσ	(mole/kg)/"pression"

Domaine de validité

La loi de Henry n'est qu'une approximation de l'équilibre liquide-vapeur dont l'erreur est négligeable pour les pressions proches de la pression atmosphérique, et pour les solutions très diluées.
Il est admis qu'elle est applicable pour les pressions inférieures à 10 bars et les concentrations inférieures à 0,03 moles/litre.

Effet de la température

Le coefficient de Henry varie avec la température. La dissolution d'une substance dans un liquide étant généralement exothermique, le coefficient de Henry suit une loi de Van't Hoff:

ln(H_T2 ⁄ H_T1) = (ΔH⁰ ⁄ R)(1 ⁄ T₂ - 1 ⁄ T₁)

avec:
H_T1, H_T2 : coefficient de Henry aux températures T₁ et T₂
ΔH⁰: chaleur standard de dissolution du soluté [kcal/mole]
R : constante des gaz parfaits (1,987 kcal/mole/K)

Effet d'autres solutés

La présence de sels en solution diminue la solubilité des gaz dans le liquide.

Applications

La loi de Henry permet une simplification appréciable des calculs des colonnes d'absorption et de stripping. Le coefficient de Henry est utilisé dans les dimensionnements d'équipements de:

• traitement d'effluents gazeux par lavage
• traitement d'effluents liquide per stripping

Valeurs publiées

Les valeurs sont disponibles pour de nombreuses substances avec l'eau comme solvant. Le WebBook de chimie NIST en a compilé un grand nombre sous forme de relation avec la température.

Une compilation des coefficients de Henry pour plus de 4000 substances dans l'eau a été publiée en 2015 par Rolf Sander (Compilation of Henry's law constants (version 4.0) for water as solvent, Atmos. Chem. Phys., 15, 4399-4981 (2015)) et disponible le web.