LEGGE DI HENRY: EQUAZIONE, DEVIAZIONE, APPLICAZIONI - CHIMICA - 2026

La legge di Henry afferma che a temperatura costante, la quantità di gas disciolto in un liquido è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale sulla superficie del liquido.

Fu postulato nel 1803 dal fisico e chimico inglese William Henry. La sua legge può anche essere interpretata in questo modo: se si aumenta la pressione sul liquido, maggiore sarà la quantità di gas disciolto in esso.

Qui il gas è considerato come il soluto della soluzione. A differenza del soluto solido, la temperatura ha un effetto negativo sulla sua solubilità. Pertanto, all'aumentare della temperatura, il gas tende a fuoriuscire più facilmente dal liquido verso la superficie.

Ciò è dovuto al fatto che l'aumento della temperatura apporta energia alle molecole gassose, che si scontrano tra loro per formare bolle (immagine in alto). Queste bolle quindi superano la pressione esterna e fuoriescono dal seno del liquido.

Se la pressione esterna è molto alta e il liquido viene mantenuto freddo, le bolle si dissolveranno e solo poche molecole gassose "aleggeranno" sulla superficie.

Equazione della legge di Henry

Può essere espresso dalla seguente equazione:

P = K _H ∙ C

Dove P è la pressione parziale del gas disciolto; C è la concentrazione di gas; e K _H è la costante di Henry.

È necessario capire che la pressione parziale di un gas è quella esercitata individualmente da una specie del resto della miscela di gas totale. E la pressione totale non è altro che la somma di tutte le pressioni parziali (legge di Dalton):

P _Totale = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n

Il numero di specie gassose che compongono la miscela è rappresentato da n. Ad esempio, se c'è vapore acqueo e CO ₂ sulla superficie di un liquido , n è uguale a 2.

Deviazione

Per i gas scarsamente solubili nei liquidi, la soluzione è vicina all'ideale, in conformità con la legge di Henry per il soluto.

Tuttavia, quando la pressione è alta, c'è una deviazione rispetto a Henry, perché la soluzione smette di comportarsi come un diluito ideale.

Cosa significa? Quelle interazioni soluto-soluto e soluto-solvente iniziano ad avere i loro effetti. Quando la soluzione è molto diluita, le molecole di gas vengono “esclusivamente” circondate da solvente, trascurando i possibili incontri tra loro.

Pertanto, quando la soluzione non è più idealmente diluita, la perdita di comportamento lineare si osserva nel grafico P _i vs X _i .

In conclusione a questo aspetto: la legge di Henry determina la tensione di vapore di un soluto in una soluzione diluita ideale. Mentre per il solvente si applica la legge di Raoult:

P _A = X _A ∙ P _A ^*

Solubilità di un gas nel liquido

Quando un gas è ben disciolto in un liquido, come lo zucchero nell'acqua, non può essere distinto dall'ambiente, formando così una soluzione omogenea. In altre parole: non si osservano bolle nel liquido (o cristalli di zucchero).

Tuttavia, l'efficiente solvatazione delle molecole gassose dipende da alcune variabili quali: la temperatura del liquido, la pressione che lo influenza e la natura chimica di queste molecole rispetto a quelle del liquido.

Se la pressione esterna è molto alta, aumentano le possibilità che il gas penetri nella superficie del liquido. E d'altra parte, le molecole gassose disciolte trovano più difficile superare la pressione incidente per sfuggire all'esterno.

Se l'impianto gas liquido è in agitazione (come nel mare e nelle pompe d'aria all'interno dell'acquario), l'assorbimento del gas è favorito.

E in che modo la natura del solvente influenza l'assorbimento di un gas? Se questo è polare, come l'acqua, mostrerà affinità per i soluti polari, cioè per quei gas che hanno un momento di dipolo permanente. Mentre se è apolare, come idrocarburi o grassi, preferirà molecole gassose apolari

Ad esempio, l'ammoniaca (NH ₃ ) è un gas molto solubile in acqua a causa delle interazioni dei legami idrogeno. Mentre l'idrogeno (H ₂ ), la cui piccola molecola è apolare, interagisce debolmente con l'acqua.

Inoltre, a seconda dello stato del processo di assorbimento del gas nel liquido, possono essere stabiliti i seguenti stati:

insaturi

Il liquido è insaturo quando è in grado di sciogliere più gas. Questo perché la pressione esterna è maggiore della pressione interna del liquido.

Saturato

Il liquido stabilisce un equilibrio nella solubilità del gas, il che significa che il gas fuoriesce alla stessa velocità con cui entra nel liquido.

Può anche essere visto come segue: se tre molecole gassose escono nell'aria, altre tre torneranno nel liquido contemporaneamente.

Sovrasaturato

Il liquido è sovrasaturo di gas quando la sua pressione interna è maggiore della pressione esterna. E, con un minimo cambiamento nel sistema, rilascerà il gas disciolto in eccesso fino a quando non viene ripristinato l'equilibrio.

applicazioni

- La legge di Henry può essere applicata per calcolare l'assorbimento di gas inerti (azoto, elio, argon, ecc.) Nei diversi tessuti del corpo umano, e che insieme alla teoria di Haldane sono alla base delle tabelle decompressione.

- Un'applicazione importante è la saturazione del gas nel sangue. Quando il sangue è insaturo, il gas si dissolve in esso, finché non diventa saturo e smette di dissolversi di più. Una volta che ciò accade, il gas disciolto nel sangue passa nell'aria.

- La gassificazione delle bevande analcoliche è un esempio della legge di Henry applicata. Le bibite hanno la CO ₂ disciolta ad alta pressione, mantenendo così ciascuno dei componenti combinati che la compongono; inoltre, conserva il sapore caratteristico per molto più tempo.

Quando la bottiglia di soda è aperta, la pressione sul liquido diminuisce, rilasciando la pressione istantaneamente.

Poiché la pressione sul liquido è ora più bassa, la solubilità della CO ₂ scende e fuoriesce nell'ambiente (si può notare nella risalita delle bolle dal fondo).

- Man mano che un subacqueo scende a profondità maggiori, l'azoto inalato non può fuoriuscire perché la pressione esterna lo impedisce, dissolvendosi nel sangue dell'individuo.

Quando il subacqueo risale rapidamente in superficie, dove la pressione esterna scende di nuovo, l'azoto inizia a bollire nel sangue.

Ciò causa la cosiddetta malattia da decompressione. È per questo motivo che i subacquei devono risalire lentamente, in modo che l'azoto fuoriesca più lentamente dal sangue.

- Studio degli effetti della diminuzione dell'ossigeno molecolare (O ₂ ) disciolto nel sangue e nei tessuti di alpinisti o praticanti di attività che comportano una permanenza prolungata in alta quota, nonché negli abitanti di luoghi piuttosto elevati.

- Ricerca e miglioramento dei metodi utilizzati per evitare disastri naturali che possono essere causati dalla presenza di gas disciolti in enormi specchi d'acqua che possono essere rilasciati violentemente.

Esempi

La legge di Henry si applica solo quando le molecole sono in equilibrio. Ecco alcuni esempi:

- Nella dissoluzione dell'ossigeno (O ₂ ) nel fluido sanguigno questa molecola è considerata poco solubile in acqua, sebbene la sua solubilità aumenti notevolmente a causa dell'alto contenuto di emoglobina in essa contenuta. Pertanto, ogni molecola di emoglobina può legarsi a quattro molecole di ossigeno che vengono rilasciate nei tessuti per essere utilizzate nel metabolismo.

- Nel 1986 ci fu una densa nube di anidride carbonica che fu improvvisamente espulsa dal lago Nyos (situato in Camerun), soffocando circa 1700 persone e un gran numero di animali, come spiegato da questa legge.

- La solubilità che un dato gas manifesta in una specie liquida tende ad aumentare all'aumentare della pressione di detto gas, sebbene ad alte pressioni ci siano alcune eccezioni, come le molecole di azoto (N ₂ ).

- La legge di Henry non è applicabile quando c'è una reazione chimica tra la sostanza che funge da soluto e quella che funge da solvente; questo è il caso degli elettroliti, come l'acido cloridrico (HCl).

Riferimenti

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