LEY DE HENRY

Los gases se pueden disolver en líquidos. Los refrescos constituyen un ejemplo en que el gas dióxido de carbono se disuelve en agua. Otro ejemplo son los océanos, en los que la solubilidad del oxígeno es fundamental para los peces y otro tipo de vida animal, así como la solubilidad del dióxido de carbono es importante para las algas y otro tipo de vida vegetal. De hecho, la capacidad de los océanos para disolver gases se desconoce en gran parte, pero se piensa que constituye un factor fundamental en las condiciones climáticas de la troposfera (la capa de la atmosfera más próxima a la superficie de la tierra).

Las disoluciones liquido-gas varían de un extremo a otro. El gas cloruro de hidrogeno, HCl, es muy soluble en agua y forma disoluciones de ácido clorhídrico. En contraste, la solubilidad de 1 bar de oxígeno puro en agua es de apenas 0.003 M.

Puesto que las disoluciones liquido-gas son de naturaleza no ideal, la ley de Raoult no se cumple. Este hecho se ilustra en la figura 1, donde aparece una gráfica de la presión de vapor de algún componente gaseoso en función de la fracción molar. La figura muestra un intervalo de fracciones molares en que la ley de Raoult permite hacer buenas predicciones comparadas con la realidad. Sin embargo, la región se concentra en valores altos de la fracción molar, en la mayoría de las composiciones, la ley de Raoult no está de acuerdo con las medidas reales.

Ahora bien la figura 1 muestra que, en regiones de bajas fracciones molares la presión de vapor del gas en la fase del vapor en equilibrio es proporcional a la fracción molar del componente. Esta proporcionalidad se encuentra presentada por una recta punteada aproximada en la gráfica de la presión en función de Xi a bajas fracciones molares. Ya que la presión de vapor es proporcional a la fracción molar, podemos escribir esto matemáticamente de la siguiente manera: Pi α Xi

La forma de convertir una proporcionalidad en igualdad consiste en definir una constante de proporcionalidad K, así tenemos:

pi= Kixi

donde el valor de la constante Ki, depende de los componentes, así como de la temperatura.

En este caso suponemos que los dos líquidos ocupan un espacio dentro del sistema y que pueden llegar al equilibrio en sus fases de vapor. En sistemas en los que un líquido inmiscible más denso se encuentra completamente cubierto por un líquido menos denso, su presión de vapor quedara suprimida.

Figura 1. Si un gas constituye uno de los componentes, la ley de Raoult no se

cumple a bajas fracciones molares del gas. Sin embargo, existe una región de proporcionalidad. Esta región puede descubrirse mediante la ley de Henry.

Un gas tiene sus moléculas en constante movimiento y por lo tanto, estas moléculas chocan con los obstáculos que encuentran en el camino. Cuando el obstáculo es que el gas es la superficie de un líquido, en ocasiones, las moléculas con una velocidad de poco más puede penetrar en el líquido, momento de su disolución.

La presión de gas: cuanto mayor es la presión que ejerce un gas, mayor es el número y la fuerza de las colisiones de las moléculas de obstáculos. Si las colisiones son más frecuentes y más fuertes, más capaces de penetrar en las moléculas del líquido.

La Temperatura del líquido: la temperatura tiene que ver con el grado de agitación molecular, Cuando el líquido está caliente, todas las moléculas de los casos, incluidos los gases disueltos, son los más activos, por lo que es más fácil escapar del líquido y por lo tanto más difíciles de disolver un gas en el mismo.

Agitar la superficie del líquido: la más agitada de la superficie del líquido es más fácil para las moléculas de gas entrar o salir de él (el intercambio de gases), porque el más fácil será romper la tensión superficial. Esto es lo que sucede cuando abrimos una botella de refresco después de revolver.

La cantidad de gas disuelta en un líquido a una determinada temperatura es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido."Los líquidos pueden llevar gases disueltos en su seno, es decir que esta unión es tan íntima que a simple vista no distinguimos la forma gaseosa de la forma líquida.Así la cantidad de gas que puede albergar un líquido dependerá de la temperatura, de la presión a la que está sometido el sistema líquido-gas, de la naturaleza del gas para ser absorbido (solubilidad) y la capacidad del gas para absorber gases.Cuanto mayor sea la presión parcial de un gas sobre un líquido mayor cantidad de gas absorberá el líquido. A menor temperatura la capacidad del gas para absorber gases aumenta, por el contrario con el aumento de temperatura el líquido disminuirá su capacidad para absorber gases. Esto es lo que pasa cuando hervimos agua y comprobamos que salen burbujas, que no es otra cosa que el gas que lleva disuelto y que el aumento de temperatura le obliga a liberarlo. También la naturaleza de los líquidos es un factor importante, ya que unos son capaces de absorber más gas que otros. Por ejemplo: el nitrógeno es cinco veces más soluble en la grasa que en el agua.

Así según en qué estado esté el proceso de absorción de gases se pueden establecer los siguientes estados en los líquidos (o tejidos):

Insaturado: Cuando el líquido es capaz de absorber más gas. La presión parcial que el gas ejerce sobre el líquido es mayor que la tensión (presión del gas disuelto en el líquido) de ese gas.Saturado: Existe un equilibrio y la cantidad de gas que absorbe el líquido es la misma que elimina. La presión parcial del gas es igual a la tensión.

Sobresaturado: La cantidad de gas contenida en el líquido es superior a la que puede absorber y por lo tanto libera el exceso de gas. La presión parcial del gas es menor que la tensión del mismo.Apenas podemos imaginar la complejidad para estos cálculos cuando utilizamos mezclas de gases inertes en una inmersión, ya que en determinados momentos podemos estar saturados de un gas e insaturado del otro gas.

La solubilidad en gases en líquidos es expresada cuantitativamente por la ley de Henry que vincula la presión parcial del gas con la fracción molar del gas en la solución a través de una constante de proporcionalidad que depende de la temperatura. Esta ley es válida para soluciones diluidas, lo que corresponde a un límite de 2 a 5 MPa para la presión parcial de los gases nobles. La ecuación de henry está dada por: Pi= Hi Xi

Donde Pi es la presión parcial del gas i, Xi su fracción molar en solución y Hi es la constante de Henry del gas i.

La Ley de Henry establece que a temperatura constante la cantidad de gas que absorbe un volumen de líquido, es proporcional a la presión en atmósferas que el gas ejerce en el medio.

La presión influye muy poco en la solubilidad de un líquido o de un sólido.

Sin embargo, la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión que ejerce el gas en la solución.

Para explicar tal efecto, se considera que el número de moléculas de gas que choca contra la superficie del líquido (y que por lo tanto puede entrar en solución) es directamente proporcional a la presión. Si el gas reacciona con agua, la ley de Henry no funciona muy bien.

APLICACIONES

Esto sirve para hacer los cálculos de absorción de gases inertes (nitrógeno, helio, hidrógeno, etc.) en los distintos tejidos del cuerpo humano, y que junto con la teoría de Haldane es la base de las tablas de descompresión.

La ley de Henry explica, por ejemplo, la narcosis nitrogenada, o intoxicación que se manifiesta en los buceadores que respiran aire en botellas cuando la presión por la profundidad disuelve grandes cantidades de nitrógeno en la sangre. Altas concentraciones de este gas producen un efecto narcotizante. Además, la ley de Henry también explica por qué al retornar a la superficie los buceadores deben subir escalonadamente para permitir que el nitrógeno disuelto en la sangre se libere al disminuir la presión. De no hacerlo así, el buceador corre el riesgo de experimentar los síntomas de la descompresión, resultantes de las burbujas de gas que se desprenden de la sangre al retornar a la presión atmosférica.

La CONCENTRACION MAXIMA que un gas puede alcanzar al formar una solución acuosa está determinada por la LEY DE HENRY.

El coeficiente de solubilidad nos indica cuántos moles o milimoles de O2

, CO2

o el

gas que sea, se disuelven, en un volumen dado, por cada unidad de presión.

En el organismo humano o animal, 1 litro de sangre arterial transporta menos del

1% del O2

disuelto en el plasma, mientras que el 99% lo hace a través de la

hemoglobina, proteína que está en el interior de los eritrocitos.

La Hb actúa como un reservorio de O2

y lo va soltando a medida que la PpO2

baja.