Solubilità e Legge di Henry: spiegazione e applicazioni
Tra gli argomenti da studiare con più attenzione per il test di Medicina c’è la solubilità dei gas e naturalmente la legge che la regola, formulata dal chimico William Henry. Nota fin dal 1803, la legge di Henry come la si è battezzata è di fondamentale importanza ancora oggi per capire i processi di assorbimento fra liquido e gas.
Non serve immaginare lavorazioni industriali complesse per capire dove possa trovare applicazione questo concetto. Tutti almeno una volta hanno bevuto una bibita gassata: la formulazione della Coca Cola, della Fanta o della Sprite sfruttano proprio quanto stabilisce la legge di Henry. Non si tratta dell’unico caso ma è il più semplice.
La solubilità in generale e quella relativa ai gas
Prima di passare al caso specifico meglio ribadire che cosa si intende in Chimica con questo termine, riferito a tutti i tipi di soluto e non solo ai gas. Per soluto si intende una sostanza che viene sciolta all’interno di un altro composto o elemento che prende il nome di solvente ed è presente in quantità maggiore.
La solubilità è la massima quantità di soluto che può essere disciolta in un preciso volume di solvente a temperatura data. Da questo si evince che si parla di un processo dove la temperatura rimane costante. Per esprimere questa quantità si parla di grammi di sostanza disciolta ogni 100 g di solvente e dipende anche dalla natura delle due componenti della soluzione.
Se si supera questa soglia si ottiene una soluzione satura, dove il soluto in eccesso si deposita alla base del recipiente formando un accumulo detto corpo di fondo. Altrimenti se si resta al di sotto della quantità fissata la soluzione è insatura e il soluto appare perfettamente disciolto e non distinguibile dal solvente.
Per quanto riguarda i gas si sa che ad influenzare la loro capacità di sciogliersi nei liquidi ci sono due aspetti fondamentali: temperatura e pressione. L’aumento della prima riduce la capacità di una molecola gassosa di sciogliersi in una massa liquida mentre se la seconda aumenta l’effetto è il contrario (sono inversamente proporzionali).
La legge di Henry: enunciato e formula
A definire come funzioni la solubilità per i gas c’è una regola nota da più di 200 anni. Essa afferma che una massa gassosa che esercita una pressione su un liquido si discioglie in soluzione fino a equiparare la pressione precedente. Si può dire che il gas si discioglie in modo direttamente proporzionale alla pressione parziale che ha in equilibrio con la soluzione.
La formula che esprime tale relazione è [gas] = k x P. In molti libri “[gas]”, ossia la concentrazione della sostanza gassosa, viene espressa semplicemente con la lettera c. La k della formula è la costante di proporzionalità di Henry e P indica appunto la pressione parziale esercitata dal gas sul liquido.
Il valore della costante nella formula è influenzato sia dalla natura o meglio dalle proprietà a livello chimico che hanno il soluto e il solvente. Fra un gas e l’altro quindi la solubilità può variare non solo per il tipo di molecola ma anche relativamente al liquido in cui si andranno a disciogliere. La si può chiamare anche coefficiente di assorbimento, tipico per ogni gas ma riferito in particolare all’acqua.
Per citare qualche esempio l’elio (He), uno dei gas nobili, ha un valore molto basso di questo coefficiente (0,0094 a 0°C) mentre quello dell’anidride carbonica è molto più alto (1,7 a 0°C). Per questo le bevande gassate rimangono tali più a lungo se vengono conservate in frigorifero. Diversamente al caldo iniziano già a “sgasarsi”.
Esercizio sulla solubilità di un gas
Calcola la costante di Henry (k) se sciolgo a 0°C 9,3 mL di un gas alla pressione di una atmosfera in un kg di acqua.
Per avere i dati necessari alla formula relativa alla solubilità dei gas serve quindi trovare le moli sia di acqua che di elio. Il peso molecolare dell’acqua è 18,02 e ne abbiamo 1 kg, equivalente a 1000g. Dunque basta dividere 1000/18,02 per ottenere circa 55,5 moli di H2O. Per il gas invece serve utilizzare l’equazione di stato nRT=PV dove n corrisponde al numero di moli (0,00037).
