l’Effetto della Pressione sulla Solubilità dei Gas: Legge di Henry
la pressione Esterna ha poco effetto sulla solubilità dei liquidi e dei solidi. Al contrario, la solubilità dei gas aumenta all’aumentare della pressione parziale del gas sopra una soluzione., Questo punto è illustrato nella figura \ (\PageIndex{4}\), che mostra l’effetto dell’aumento della pressione sull’equilibrio dinamico che si stabilisce tra le molecole di gas disciolto in soluzione e le molecole nella fase gassosa sopra la soluzione. Poiché la concentrazione di molecole nella fase gassosa aumenta con l’aumentare della pressione, la concentrazione di molecole di gas disciolto nella soluzione all’equilibrio è anche più alta a pressioni più elevate.,
Il rapporto tra la pressione e la solubilità di un gas è descritto quantitativamente dalla legge di Henry, che prende il nome dal suo scopritore, il medico inglese e chimico, William Henry (1775-1836):
\
dove
- \(C\) è la concentrazione di gas disciolti in equilibrio,
- \(P\) è la pressione parziale del gas, e
- \(k\) è la costante della legge di Henry, la quale deve essere determinata sperimentalmente per ogni combinazione di gas, solvente e dalla temperatura.,
Sebbene la concentrazione di gas possa essere espressa in qualsiasi unità conveniente, useremo esclusivamente la molarità. Le unità della costante di legge di Henry sono quindi mol / (L * atm) = M/atm. I valori delle costanti di legge di Henry per soluzioni di più gas in acqua a 20°C sono elencati nella Tabella \(\PageIndex{1}\).
Come dimostrano i dati della Tabella \(\PageIndex{1}\), la concentrazione di un gas disciolto in acqua ad una data pressione dipende fortemente dalle sue proprietà fisiche. Per una serie di sostanze correlate, le forze di dispersione di Londra aumentano all’aumentare della massa molecolare., Così tra gli elementi del gruppo 18, le costanti di legge di Henry aumentano senza intoppi da He a Ne ad Ar. La tabella mostra anche che \(O_2\) è quasi due volte più solubile di \(N_2\). Sebbene le forze di dispersione di Londra siano troppo deboli per spiegare una differenza così grande, \(O_2\) è paramagnetico e quindi più polarizzabile di \(N_2\), il che spiega la sua elevata solubilità.
I gas che reagiscono con l’acqua non obbediscono alla legge di Henry.
La legge di Henry ha applicazioni importanti., Ad esempio, le bolle di \(CO_2\) si formano non appena viene aperta una bevanda gassata perché la bevanda è stata imbottigliata sotto \(CO_2\) ad una pressione superiore a 1 atm. Quando la bottiglia viene aperta, la pressione di \(CO_2\) sopra la soluzione scende rapidamente e parte del gas disciolto fuoriesce dalla soluzione come bolle. La legge di Henry spiega anche perché i subacquei devono stare attenti a salire lentamente in superficie dopo un’immersione se respirano aria compressa. Alle pressioni più elevate sott’acqua, più N2 dall’aria si dissolve nei fluidi interni del subacqueo., Se il subacqueo sale troppo in fretta, il rapido cambiamento di pressione provoca piccole bolle di N2 per formare in tutto il corpo, una condizione nota come “le curve.”Queste bolle possono bloccare il flusso di sangue attraverso i piccoli vasi sanguigni, causando grande dolore e persino dimostrando fatale in alcuni casi.
A causa della bassa costante di legge di Henry per \(O_2\) nell’acqua, i livelli di ossigeno disciolto nell’acqua sono troppo bassi per supportare il fabbisogno energetico degli organismi multicellulari, inclusi gli esseri umani., Per aumentare la concentrazione di \(O_2\) nei fluidi interni, gli organismi sintetizzano molecole carrier altamente solubili che legano \(O_2\) in modo reversibile. Ad esempio, i globuli rossi umani contengono una proteina chiamata emoglobina che lega specificamente \(O_2\) e facilita il suo trasporto dai polmoni ai tessuti, dove viene utilizzato per ossidare le molecole alimentari per fornire energia. La concentrazione di emoglobina nel sangue normale è di circa 2,2 mm e ogni molecola di emoglobina può legare quattro molecole \(O_2\)., Sebbene la concentrazione di disciolto \ (O_2\) nel siero del sangue a 37°C(temperatura corporea normale) è solo 0,010 mm, la concentrazione totale disciolta \(O_2\) è 8,8 mM, quasi mille volte maggiore di quanto sarebbe possibile senza emoglobina. I portatori di ossigeno sintetici a base di alcani fluorurati sono stati sviluppati per l’uso come sostituto di emergenza per il sangue intero. A differenza del sangue donato, questi ” sostituti del sangue” non richiedono refrigerazione e hanno una lunga durata., Le loro costanti di legge di Henry molto elevate per \(O_2\) provocano concentrazioni di ossigeno disciolto paragonabili a quelle del sangue normale.
