Effect of Pressure on the Solubility of Gases: Henry’s Law
External pressure has very little effect on the solubility of liquids and solids. Por el contrario, la solubilidad de los gases aumenta a medida que aumenta la presión parcial del gas por encima de una solución., Este punto se ilustra en la figura \(\PageIndex{4}\), que muestra el efecto del aumento de la presión sobre el equilibrio dinámico que se establece entre las moléculas de gas disueltas en solución y las moléculas en la fase gaseosa por encima de la solución. Debido a que la concentración de moléculas en la fase gaseosa aumenta con el aumento de la presión, la concentración de moléculas de gas disueltas en la solución en equilibrio también es mayor a presiones más altas.,
la relación entre la presión y la solubilidad de un gas se describe cuantitativamente por la Ley de Henry, que recibe su nombre por su descubridor, el médico y químico inglés, William Henry(1775-1836):
\
donde
- \(C\) la concentración de gas disuelto en equilibrio,
- \(P\) es la presión parcial del gas, y
- \(k\) es la constante de la Ley de Henry, que debe determinarse experimentalmente para cada combinación de gas, disolvente y temperatura.,
aunque la concentración de gas puede expresarse en cualquier unidad conveniente, utilizaremos molaridad exclusivamente. Las unidades de la constante de la Ley de Henry son por lo tanto mol/(l·atm) = M/atm. Los valores de las constantes de la Ley de Henry para soluciones de varios gases en agua a 20 ° C se enumeran en la tabla \(\PageIndex{1}\).
como demuestran los datos de la tabla \(\PageIndex{1}\), la concentración de un gas disuelto en agua a una presión dada depende en gran medida de sus propiedades físicas. Para una serie de sustancias relacionadas, las fuerzas de dispersión de Londres aumentan a medida que aumenta la masa molecular., Así, entre los elementos del grupo 18, las constantes de la Ley de Henry aumentan suavemente de He A Ne A Ar. La tabla también muestra que \(O_2\) es casi el doble de soluble que \(N_2\). Aunque las fuerzas de dispersión de Londres son demasiado débiles para explicar una diferencia tan grande, \(O_2\) es paramagnético y por lo tanto más polarizable que \(N_2\), lo que explica su alta solubilidad.
Los Gases que reaccionan con el agua no obedecen la Ley de Henry.
La Ley de Henry tiene aplicaciones importantes., Por ejemplo, las burbujas de \(CO_2\) se forman tan pronto como se abre una bebida carbonatada porque la bebida se embotelló bajo \(CO_2\) a una presión superior a 1 atm. Cuando se abre la botella, la presión de \(CO_2\) por encima de la solución cae rápidamente, y parte del gas disuelto se escapa de la solución en forma de burbujas. La Ley de Henry también explica por qué los buceadores tienen que tener cuidado de ascender a la superficie lentamente después de una inmersión si están respirando aire comprimido. A las presiones más altas bajo el agua, más N2 del aire se disuelve en los fluidos internos del buceador., Si el buceador asciende demasiado rápido, el rápido cambio de presión hace que se formen pequeñas burbujas de N2 en todo el cuerpo, una condición conocida como «las curvas.»Estas burbujas pueden bloquear el flujo de sangre a través de los pequeños vasos sanguíneos, causando un gran dolor e incluso resultando fatal en algunos casos.
debido a la baja constante de la Ley de Henry para \(O_2\) en el agua, los niveles de oxígeno disuelto en el agua son demasiado bajos para soportar las necesidades de energía de los organismos multicelulares, incluidos los humanos., Para aumentar la concentración de \(O_2\) en fluidos internos, los organismos sintetizan moléculas portadoras altamente solubles que se unen a \(o_2\) reversiblemente. Por ejemplo, los glóbulos rojos humanos contienen una proteína llamada hemoglobina que se une específicamente \(O_2\) y facilita su transporte desde los pulmones a los tejidos, donde se utiliza para oxidar las moléculas de los alimentos para proporcionar energía. La concentración de hemoglobina en la sangre normal es de aproximadamente 2,2 mM, y cada molécula de hemoglobina puede unir cuatro moléculas \(O_2\)., Aunque la concentración de \(O_2\) disuelto en el suero sanguíneo a 37 ° C(temperatura corporal normal) es de solo 0.010 mM, la concentración total de \(o_2\) disuelto es de 8.8 mM, casi mil veces mayor de lo que sería posible sin hemoglobina. Se han desarrollado portadores de oxígeno sintéticos basados en alcanos fluorados para su uso como reemplazo de emergencia de la sangre entera. A diferencia de la sangre donada, estos «sustitutos de la sangre» no requieren refrigeración y tienen una larga vida útil., Sus muy altas constantes de la Ley de Henry para \(O_2\) resultan en concentraciones de oxígeno disuelto comparables a las de la sangre normal.
