La solubilidad de los gases en un líquido

Introducción a la solubilidad de los gases

Es un día caluroso de verano y tú y tu mejor amigo sacan una lata fría de refresco del refrigerador. Cuando abres la lata, oyes el burbujeo tranquilizador que sale un poco. Ambos toman un sorbo. Ah, eso es bueno. De repente tu mamá te llama desde afuera; te necesitan de inmediato. Pones tu lata abierta en el mostrador y corres hacia ella. Sin embargo, tu mejor amiga, que superó su clase de química, elige poner su lata abierta en el refrigerador antes de ponerte al día contigo.

Fue una decisión inteligente poner el refresco en el refrigerador, pero ¿sabes por qué? Veamos qué pasa. Dos horas después vuelves a entrar y necesitas un trago. Coges la lata abierta del refresco que dejaste en el mostrador y bebes un trago. ¡No solo es cálido, sino que es plano! Toda la efervescencia, que por supuesto sabe que es dióxido de carbono, se ha ido.

Tu mejor amiga saca su lata abierta del refrigerador y bebe un poco. No solo hace frío, como era de esperar, ¡sino que sorprendentemente todavía está burbujeante! Entonces, ¿cómo podemos explicar esto? ¿Por qué todavía queda dióxido de carbono en la lata fría de cola, pero no en la lata tibia? Todo tiene que ver con la solubilidad de los gases en un líquido.

¿Qué es la solubilidad?

Antes de pasar a analizar los gases específicamente, recordemos brevemente algunos términos importantes. Una solución es una mezcla homogénea de sustancias. En otras palabras, la solución se mezcla de manera uniforme. La sustancia que se disuelve se llama soluto . El soluto puede ser un líquido, un sólido o un gas. El solvente es la sustancia que hace la disolución. El disolvente suele estar en exceso y también puede ser un gas, un líquido o un sólido.

Ahora, nos encontramos con soluciones todo el tiempo en nuestra vida diaria. Tomemos, por ejemplo, una taza de té. Aquí, el soluto es el té y el agua es el solvente; juntos forman una solución de té. Otro ejemplo de solución es nuestra lata de refresco. En este caso, el soluto es el dióxido de carbono; esto se disuelve en un solvente que es básicamente agua aromatizada para hacer la solución, que es la soda.

La solubilidad se define como la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una determinada cantidad de disolvente. Cuando una solución contiene la máxima cantidad de soluto, se llama saturada . La solubilidad se ve afectada por tres factores principales:

• En primer lugar, la naturaleza de las partículas de disolvente y soluto y cómo interactúan entre sí.
• En segundo lugar, la temperatura
• En tercer lugar, la presión de un soluto gaseoso

En esta lección, nos centraremos en la solubilidad de los gases en un líquido, por lo que cubre nuestro primer factor, que era solo la naturaleza del solvente y el soluto. Consideraremos los efectos de la temperatura y la presión en las siguientes secciones.

Efecto de la presión

La presión tiene un efecto importante sobre la solubilidad de los sistemas gas-líquido. A temperatura constante, el aumento de presión aumenta la solubilidad del gas. Esto ocurre porque el aumento de la presión del gas aumenta la concentración de moléculas de gas. Para superar este cambio y mantener el equilibrio, entran más moléculas de gas en la solución líquida.

Esta propiedad se utiliza en la industria de fabricación de refrescos. Los refrescos se embotellan y enlatan a una presión muy alta de dióxido de carbono, a menudo tan alta como cuatro unidades de presión atmosférica (o atm). Una vez que la lata o la botella están abiertas, la presión sobre la apertura de la lata es simplemente la presión atmosférica normal, que es una atm, cuatro veces menor que la que hay en la lata. Esto luego reduce la presión dentro de la lata de refresco. El dióxido de carbono sale rápidamente de la solución de soda. Este efecto se ve cuando abre por primera vez la lata de refresco.

Una consecuencia grave del efecto de la presión sobre la solubilidad del gas es la condición dolorosa, a veces mortal, denominada curvas. Los buceadores deben tener mucho cuidado cuando regresan a la superficie después de una inmersión profunda. Esto se debe a que el agua más profunda está a mayor presión que el agua superficial. A medida que los buzos respiran, se disuelve más gas en la sangre y otros fluidos.

Ya sabe que los gases son menos solubles a baja presión. Si los buzos regresan demasiado rápido, el aire que se disuelve en la sangre sale de la solución. Estas burbujas pueden afectar seriamente la circulación sanguínea y los impulsos nerviosos. Para ayudar a superar este problema, los buzos de aguas profundas respiran una mezcla de helio y oxígeno en lugar de aire comprimido, que es una mezcla de nitrógeno y oxígeno. El helio es mucho menos soluble que el nitrógeno y, por lo tanto, sale menos gas de su sangre cuando regresa a la superficie del agua.

Efecto de la temperatura

Ahora hemos visto lo importante que es la presión sobre la solubilidad de un gas en un líquido. El otro factor realmente importante a considerar es la temperatura. La solubilidad de los gases disminuye a medida que aumenta la temperatura. Lo ha visto usted mismo cuando calienta agua en una cacerola abierta. El agua también contiene aire disuelto. A medida que calienta el agua, se forman burbujas de aire. Estas burbujas de aire salen del agua a medida que aumenta la temperatura.

Los efectos de la temperatura sobre la solubilidad también pueden decirnos por qué su amiga del comienzo de la lección todavía tenía efervescencia en su refresco. Al poner su refresco en el refrigerador y mantenerlo fresco, la solubilidad del gas en el refresco sigue siendo alta. Esto le impidió escapar de la solución tan rápido, por lo que todavía quedaba efervescencia. Un amigo inteligente, ¿eh?

Pero, por supuesto, la temperatura y la solubilidad afectan más que el agua hirviendo y mantener nuestras sodas burbujeantes. Un efecto ambiental importante de la temperatura sobre la solubilidad del gas es la disolución del dióxido de carbono en los océanos. El océano es un sumidero natural de dióxido de carbono, que puede ver en el diagrama del ciclo del carbono aquí.

El ciclo del carbono

Los océanos han absorbido muchos miles de millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera porque el dióxido de carbono es más soluble en las temperaturas más frías del océano. Desafortunadamente, a medida que la cantidad de dióxido de carbono atmosférico sigue aumentando, también aumenta la cantidad de dióxido de carbono que absorbe el océano. Esto ha provocado un cambio significativo en el pH de los océanos.

Cuando el agua del océano absorbe demasiado dióxido de carbono, aumenta la acidez del océano. Este cambio en la acidez es causado por un aumento en el ácido carbónico, que se forma cuando parte del dióxido de carbono reacciona con el agua. Este aumento de acidez tiene un efecto indirecto sobre muchas de las reacciones químicas naturales que tienen lugar en el océano.

Desafortunadamente, este cambio en la química del océano ha comenzado a tener un impacto importante en la vida marina que vive allí. Por ejemplo, en esta imagen puede ver que el arrecife de coral se ha visto gravemente afectado por la acidez del océano. Este ejemplo ilustra lo importante que es comprender los factores que afectan la solubilidad de un gas como el dióxido de carbono.

Resumen de la lección

En esta lección, ha aprendido que una solución es una mezcla homogénea de sustancias. Una solución se compone de un soluto que se disuelve y un disolvente que se disuelve. También ha aprendido que la solubilidad es una medida de la cantidad máxima de soluto que puede disolver en un solvente. Cuando se alcanza este máximo, se dice que la solución está saturada . Y, finalmente, ha aprendido que la solubilidad de los gases aumenta con el aumento de presión y disminuye con el aumento de temperatura.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, debería poder:

• Definir solución
• Identificar el soluto y el solvente en una solución.
• Enumere los tres factores que afectan la solubilidad
• Discutir los efectos de la presión y la temperatura sobre la solubilidad de un gas.