LEI DE HENRY: EQUAÇÃO, DESVIO, APLICAÇÕES - QUÍMICA - 2024

A lei de Henry afirma que, em temperatura constante, a quantidade de gás dissolvido em um líquido é diretamente proporcional à sua pressão parcial na superfície do líquido.

Foi postulado em 1803 pelo físico e químico inglês William Henry. Sua lei também pode ser interpretada da seguinte forma: se a pressão sobre o líquido for aumentada, maior será a quantidade de gás dissolvido nele.

Aqui, o gás é considerado o soluto da solução. Ao contrário do soluto sólido, a temperatura tem um efeito negativo em sua solubilidade. Assim, com o aumento da temperatura, o gás tende a escapar mais facilmente do líquido para a superfície.

Isso se deve ao fato de que o aumento da temperatura contribui com energia para as moléculas gasosas, que colidem entre si para formar bolhas (imagem superior). Essas bolhas então superam a pressão externa e escapam do seio do líquido.

Se a pressão externa for muito alta e o líquido for mantido frio, as bolhas se dissolverão e apenas algumas moléculas gasosas "pairarão" na superfície.

Equação da Lei de Henry

Pode ser expresso pela seguinte equação:

P = K _H ∙ C

Onde P é a pressão parcial do gás dissolvido; C é a concentração do gás; e K _H é a constante de Henry.

É necessário entender que a pressão parcial de um gás é aquela exercida individualmente por uma espécie do restante da mistura gasosa total. E a pressão total nada mais é do que a soma de todas as pressões parciais (Lei de Dalton):

P _Total = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

O número de espécies gasosas que compõem a mistura é representado por n. Por exemplo, se houver vapor d'água e CO ₂ na superfície de um líquido, n é igual a 2.

Desvio

Para gases pouco solúveis em líquidos, a solução é próxima do ideal, atendendo à lei de Henry para o soluto.

Porém, quando a pressão está alta, há um desvio em relação a Henry, pois a solução deixa de se comportar como um diluído ideal.

Que significa? Essas interações soluto-soluto e soluto-solvente começam a ter seus próprios efeitos. Quando a solução é muito diluída, as moléculas do gás ficam “exclusivamente” rodeadas de solvente, desprezando os possíveis encontros entre si.

Portanto, quando a solução não é mais diluída idealmente, a perda de comportamento linear é observada no gráfico P _i vs X _i.

Concluindo este aspecto: a lei de Henry determina a pressão de vapor de um soluto em uma solução diluída ideal. Enquanto para o solvente, a lei de Raoult se aplica:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Solubilidade de um gás no líquido

Quando um gás está bem dissolvido em um líquido, como o açúcar na água, ele não pode ser diferenciado do meio ambiente, formando uma solução homogênea. Em outras palavras: não são observadas bolhas no líquido (ou cristais de açúcar).

Entretanto, a solvatação eficiente de moléculas gasosas depende de algumas variáveis ​​como: a temperatura do líquido, a pressão que o afeta e a natureza química dessas moléculas em comparação com as do líquido.

Se a pressão externa for muito alta, as chances de o gás penetrar na superfície do líquido aumentam. E, por outro lado, as moléculas gasosas dissolvidas têm mais dificuldade em superar a pressão incidente para escapar para o exterior.

Se o sistema líquido-gás estiver sob agitação (como no mar e nas bombas de ar dentro do aquário), a absorção do gás é favorecida.

E como a natureza do solvente afeta a absorção de um gás? Se for polar, como a água, mostrará afinidade pelos solutos polares, ou seja, pelos gases que têm momento de dipolo permanente. Ao passo que se for apolar, como hidrocarbonetos ou gorduras, preferirá moléculas gasosas apolares

Por exemplo, a amônia (NH ₃) é um gás muito solúvel em água devido às interações de ligações de hidrogênio. Já o hidrogênio (H ₂), cuja pequena molécula é apolar, interage fracamente com a água.

Além disso, dependendo do estado do processo de absorção de gás no líquido, os seguintes estados podem ser estabelecidos nos mesmos:

Insaturado

O líquido fica insaturado quando é capaz de dissolver mais gás. Isso ocorre porque a pressão externa é maior do que a pressão interna do líquido.

Saturado

O líquido estabelece um equilíbrio na solubilidade do gás, o que significa que o gás escapa na mesma taxa em que entra no líquido.

Também pode ser visto da seguinte forma: se três moléculas gasosas escapam para o ar, outras três retornarão ao líquido ao mesmo tempo.

Oversaturado

O líquido está supersaturado com gás quando sua pressão interna é superior à externa. E, com uma mudança mínima no sistema, ele irá liberar o excesso de gás dissolvido até que o equilíbrio seja restaurado.

Formulários

- A lei de Henry pode ser aplicada para calcular a absorção de gases inertes (nitrogênio, hélio, argônio, etc.) nos diferentes tecidos do corpo humano, e que juntamente com a teoria de Haldane são a base das tabelas descompressão.

- Uma aplicação importante é a saturação de gás no sangue. Quando o sangue não está saturado, o gás se dissolve nele, até ficar saturado e parar de se dissolver mais. Quando isso acontece, o gás dissolvido no sangue passa para o ar.

- A gaseificação de refrigerantes é um exemplo da aplicação da lei de Henry. Os refrigerantes têm CO ₂ dissolvido sob alta pressão, mantendo assim cada um dos componentes combinados que o compõem; além disso, mantém o sabor característico por muito mais tempo.

Quando a garrafa de refrigerante é destampada, a pressão no topo do líquido diminui, liberando a pressão instantaneamente.

Como a pressão no líquido agora é menor, a solubilidade do CO ₂ cai e ele escapa para o meio ambiente (pode-se notar no aumento das bolhas do fundo).

- À medida que o mergulhador desce a profundidades maiores, o nitrogênio inalado não consegue escapar porque a pressão externa o impede, dissolvendo-se no sangue do indivíduo.

Quando o mergulhador sobe rapidamente à superfície, onde a pressão externa cai novamente, o nitrogênio começa a borbulhar no sangue.

Isso causa o que é conhecido como doença descompressiva. É por esta razão que os mergulhadores devem subir lentamente, para que o nitrogênio escape mais lentamente do sangue.

- Estudo dos efeitos da diminuição do oxigênio molecular (O ₂) dissolvido no sangue e tecidos de alpinistas ou praticantes de atividades que envolvam permanência prolongada em altitudes elevadas, bem como em habitantes de locais bastante elevados.

- Pesquisa e aprimoramento dos métodos utilizados para evitar os desastres naturais que podem ser causados ​​pela presença de gases dissolvidos em grandes corpos d'água que podem ser liberados de forma violenta.

Exemplos

A lei de Henry se aplica apenas quando as moléculas estão em equilíbrio. aqui estão alguns exemplos:

- Na dissolução do oxigênio (O ₂) no fluido sanguíneo, essa molécula é considerada pouco solúvel em água, embora sua solubilidade aumente consideravelmente devido ao alto teor de hemoglobina nela. Assim, cada molécula de hemoglobina pode se ligar a quatro moléculas de oxigênio que são liberadas nos tecidos para serem utilizadas no metabolismo.

- Em 1986, foi registrada uma espessa nuvem de dióxido de carbono que foi repentinamente expelida do Lago Nyos (localizado nos Camarões), sufocando cerca de 1700 pessoas e um grande número de animais, o que foi explicado por esta lei.

- A solubilidade que um determinado gás manifesta em uma espécie líquida tende a aumentar com o aumento da pressão desse gás, embora em altas pressões haja certas exceções, como as moléculas de nitrogênio (N ₂).

- a lei de Henry não é aplicável quando há reação química entre a substância que atua como soluto e aquela que atua como solvente; É o caso dos eletrólitos, como o ácido clorídrico (HCl).

Referências

1. Crockford, HD, Knight Samuel B. (1974). Fundamentos de físico-química. (6ª ed.). Editorial CECSA, México. P 111-119.
2. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2018). Lei de Henry. Obtido em 10 de maio de 2018, em: britannica.com
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