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A lo largo de los años, los diferentes elementos químicos y los estados de la materia fueron el objeto de estudio de la Química y la Física. Para comprender sus diferentes procesos y características se establecieron distintas leyes, entre las que se encuentran las famosas Leyes de los Gases que recibieron el nombre de sus creadores, como la de Avogadro, Gay-Lussac, Boyle, Charles, Graham, Dalton, entre otros. En este caso, para calcular la concentración de un gas en una solución, aplicaremos la Ley de Henry.
Qué es la Ley de Henry
William Henry (1774-1836) fue un químico británico nacido en Manchester, Inglaterra. Henry se especializó en el estudio de los gases y realizó innumerables experimentos científicos.
Los resultados de su trabajo sobre los gases, el agua, la temperatura y la presión, le permitieron desarrollar la ley que lleva su nombre, la Ley de Henry, en 1803. Esta ley establece que teniendo una temperatura constante, la cantidad de un gas disuelto en un líquido, es proporcional a la presión parcial del gas sobre dicho líquido. La Ley de Henry se expresa con la siguiente ecuación:
C = kH · P
Donde kH es la constante de Henry, C es la concentración del gas, y P equivale a la presión parcial del gas. La constante de Henry es un valor de proporcionalidad que depende del tipo de gas, el tipo de líquido y la temperatura.
Esto significa que cuanto mayor sea la presión del gas sobre un líquido, mayor será la cantidad total del gas que se podrá disolver en él. De esta manera, se obtendrá una mayor concentración del gas en el líquido, es decir, tendrá una mayor solubilidad.
Es importante resaltar que la Ley de Henry describe el comportamiento de los gases bajo ciertas condiciones específicas y particulares:
- La temperatura debe ser constante.
- El gas debe estar en equilibrio con la solución.
- La presión del gas tiene que ser relativamente baja.
- El gas no debe reaccionar con el disolvente.
La Ley de Henry se puede observar en diferentes situaciones de la vida normal, en la ciencia y en la industria. Por ejemplo, en el buceo, donde las personas que descienden a ciertas profundidades deben después ascender con precaución porque al disminuir la presión de los distintos gases, también disminuye su solubilidad en la sangre. Esto puede ocasionar la formación de burbujas y convertirse en un gran riesgo para la salud.
Otro ejemplo es una bebida gaseosa. En ella el aire está comprimido por la fuerte presión, pero al destaparla, la presión disminuye, así como la concentración del gas, forman burbujas.
La constante de Henry
La constante kH describe las interacciones que ocurren entre un gas y un disolvente. Cuanto más fuertes sean estas interacciones, mayor será el valor de la constante. Por lo tanto, también será mayor será la solubilidad del gas en dicho disolvente a una misma temperatura y presión.
El valor de kH expresa la solubilidad del gas a la temperatura dada, cuando la presión parcial es de 1 atm.
Problema para aplicar la Ley de Henry
La Ley de Henry se utiliza para conocer la concentración de un gas en un líquido o solución. Para aprender a realizar este cálculo, veamos el siguiente problema:
Supongamos que deseamos saber cuántos gramos de dióxido de carbono (CO2) se pueden disolver en una botella de refresco con gas de 1 L si en el proceso de envasado se usa una presión de 2.4 atm a 25 °C. En este caso, la kH del dióxido de carbono (CO2) en agua equivale a 0.0336 mol / (atm . L) a 25°C.
Para solucionar este problema debemos realizar los siguientes pasos:
Primer paso:
Aplicar la fórmula de la Ley de Henry: C = kH · P
C es la concentración del gas disuelto en la solución. Por lo tanto, para obtener el valor de C, debemos realizar el siguiente cálculo:
C = kH · PC = 0.0336 mol / (atm . L) · 2,4 atm
C = 0,0806 mol / L
Como solo tenemos 1 L de agua, hay 0,0806 mol de dióxido de carbono (CO2).
Segundo paso:
Convertir moles a gramos, obteniendo primero la masa molar y luego convirtiendo a gramos (masa molar · cantidad de moles)
La masa molar de CO2 es igual a 12 + (16 . 2) = 12 + 32 = 44 g / mol
Cantidad de masa de CO2 = masa molar · cantidad de moles CO2
Cantidad de masa de CO2 = 44 g / mol · 0,0806 mol
Cantidad de masa de CO2 = 3,546 g
De esta manera, obtenemos que hay 3,546 g de CO2 disueltos en la botella de 1 L de soda.
Bibliografía
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