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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
Ostwald-Koeffizient
Temperatur in °C
Argon, Ar
Kohlendioxid, CO2
Sauerstoff, O2
Stickstoff, N2
Luft

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 Henry-Koeffizient Henry-Koeffizient
Einheiten Henry-Koeffizient-Einheit Henry-Koeffizient-Einheit
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
Kohlendioxid, CO2
Sauerstoff, O2
Stickstoff, N2

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

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
Stickstoff Sauerstoff Stickstoff Sauerstoff Luftdruck H2O-Druck*
mmol / l mmol / l mg / l mg / l bar bar
0,72 0,46 20,03 14,79 1,00715 0,0061
0,60 0,37 16,83 11,80 1,00095 0,0123
0,51 0,30 14,23 9,51 0,98985 0,0234
0,47 0,27 13,13 8,58 0,98155 0,0317
0,43 0,24 12,06 7,70 0,97085 0,0424
0,36 0,19 10,18 6,23 0,93955 0,0737
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
N2 O2 N2 O2 Luftdruck

H2O Druck

*

mmol / l mmol / l mg / l mg / l bar bar
0,72 0,46 20,03 14,79 1,00715 0,0061
0,60 0,37 16,83 11,80 1,00095 0,0123
0,51 0,30 14,23 9,51 0,98985 0,0234
0,47 0,27 13,13 8,58 0,98155 0,0317
0,43 0,24 12,06 7,70 0,97085 0,0424
0,36 0,19 10,18 6,23 0,93955 0,0737
0,25 0,12 6,87 3,90 0,81425 0,199

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

 

Luftdruck : Druck von Stickstoff bzw. Sauerstoff wird abzüglich Wasserdampf-Partialdruck gerechnet. Ausgangsdruck Total=1,01325 bar

 

Eine Liste von Gasen und deren Löslichkeit in Wasser finden Sie unter Gase gelöst in Wasser

Dampfdruckgleichung
Feauhtegehalt und Taupunkt von Gasen
Wasser, Dampfdruckdiagramm

 

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