Ostwald-Koeffizient / Henry Koeffizient

Die Aufnahmefähigkeit von Flüssigkeiten für Gase oder Gasgemische ist temperatur- und druckabhängig. Je niedriger die Lösungsmitteltemperatur oder je höher der Dampfdruck des zu lösenden Gases, desto mehr kann durch das Lösungsmittel aufgenommen werden. Es gibt verschiedene Methoden das Lösungsverhalten zu beschreiben.

Bei Gasdrücken im Bereich des Atmosphärendrucks beschreibt der Ostwald-Koeffizient L den Zusammenhang des gelösten Gases in der Flüssigkeit. Demnach ist der Ostwald-Koeffizient definiert als der Quotient aus dem Volumen V des gelösten Gases f(p,T) und dem Volumen des reinen Lösungsmittels. Die Tabelle zeigt für Atmosphärendrücke den Ostwald-Koeffizienten für einige bekannte Gase.

Ostwald-Koeffizient	Temperatur in °C
Druck siehe unten	0° C	5° C	10° C	20° C	50° C
Argon, Ar	0,05360	0,04798	0,04341	0,03660	0,02669
Kohlendioxid, CO2	1,717	1,449	1,238	0,9368	0,5124
Sauerstoff, O2	0,0492	0,04381	0,03960	0,03339	0,02475
Stickstoff, N2	0,02381	0,02147	0,01959	0,01686	0,01340
Luft	0,02853	0,02576	0,02351	0,02014	0,01534

Druck= Gaspartialdruck = 1,01325 bar

Alternativ bietet sich die Henry-Konstante bzw. der Henry-Koeffizient an. Der Henry-Koeffizient ist ein Maß für die Aufnahmefähigkeit einer Flüssigkeit für Gase. Eine Form dieses Gesetztes läßt sich folgendermaßen darstellen:

Henry-Koeffizient

Etwas verwirrend ist die Tatsache, dass vom Henry-Gesetz mehrere Versionen bestehen, was dazu führt, dass mit reziproken Konstanten gearbeitet wird, da die Gleichung entsprechend umgekehrt ausgedrückt wurde. Die Tabelle Henry-Gleichung zeigt einige Werte hierzu an.

Henry Gleichung
Einheiten
Argon, Ar	1,4 * 10-3	714,28
Kohlendioxid, CO2	3,4 * 10-2	29,41
Sauerstoff, O2	1,3 * 10-3	769,23
Stickstoff, N2	6,1* 10-4	1639,34

Um die Temperaturabhängigkeit zu beschreiben, kann folgende Gleichung verwendet werden:

Henry-Koeffizient-Temperatur-Umrechnung

Gas	Konstante C in [K]
Argon, Ar	1100
Kohlendioxid, CO2	2400
Sauerstoff, O2	1700
Stickstoff, N2	1300

Ein Beispiel soll die Anwendung verdeutlichen. Die Löslichkeit von Sauerstoff und Stickstoff soll in einem Gewässer berechnet werden. Der gesamte Atmosphärendruck beträgt 1,01325 bar. Oberhalb der Flüssigkeit herrscht natürlich noch der Dampfdruck des Wassers. Das Mischungsverhältnis der Luft beträgt 78,1 % Stickstoff und 20,95% Sauerstoff.

Die jeweiligen Partialdrücke ergeben sich somit zu:

pO2 = ( pGes - pH2O ) * 0,2095

pN2 = (pGes - pH2O ) * 0,781

Folgende Daten sind weiterhin bekannt:

Beschreibung	Stickstoff	Sauerstoff
C in [K]	1300	1700
KH,cp in mol l / bar	6,1 * 10-4	1,3 * 10-3
M in g/mol	28,0134	31,9988

Die unten aufgeführte Tabelle zeigt die entsprechenden Lösungsmengen von Stickstoff und Sauerstoff auf Basis der gegebenen Randbedingungen unter Berücksichtigung von Druck- und Temperaturänderung.

Berechnung verschiedener Löslichkeiten von Sauerstoff und Stickstoff
Gas	Stickstoff	Sauerstoff	Stickstoff	Sauerstoff	Luftdruck	H2O-Druck*
Temp /Druck	mmol / l	mmol / l	mg / l	mg / l	bar	bar
0° C	0,72	0,46	20,03	14,79	1,00715	0,0061
10° C	0,60	0,37	16,83	11,80	1,00095	0,0123
20° C	0,51	0,30	14,23	9,51	0,98985	0,0234
24,85° C	0,47	0,27	13,13	8,58	0,98155	0,0317
30° C	0,43	0,24	12,06	7,70	0,97085	0,0424
40° C	0,36	0,19	10,18	6,23	0,93955	0,0737
60° C	0,25	0,12	6,87	3,90	0,81425	0,199

*H2O Druck= Wasserdampf Partialdruck gemäß Dampfdruckgleichung

Berechnung verschiedener Löslichkeiten von Sauerstoff und Stickstoff
Gas	N2	O2	N2	O2	Luftdruck	H2O Druck *
Temp / Druck	mmol / l	mmol / l	mg / l	mg / l	bar	bar
0° C	0,72	0,46	20,03	14,79	1,00715	0,0061
10° C	0,60	0,37	16,83	11,80	1,00095	0,0123
20° C	0,51	0,30	14,23	9,51	0,98985	0,0234
24,85° C	0,47	0,27	13,13	8,58	0,98155	0,0317
30° C	0,43	0,24	12,06	7,70	0,97085	0,0424
40° C	0,36	0,19	10,18	6,23	0,93955	0,0737
60° C	0,25	0,12	6,87	3,90	0,81425	0,199

N2 = Stickstoff, O2 = Sauerstoff, *H2O Druck= Wasserdampf Partialdruck gemäß Dampfdruckgleichung