Ley de Henry

La ley de Henry enuncia que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido.^[1]​ ^[2]​

La ley de Henry fue formulada en 1803, por el químico inglés William Henry, quien estudió el tema a principios del siglo XIX. En su publicación acerca de la cantidad de gases absorbidos por agua, describió los resultados de sus experimentos:

"... de gas condensado, el agua absorbe por cada una, dos o más atmósferas añadidas, una cantidad, normalmente comprimida, que debería ser igual al doble, triple, etc., del volumen absorbido bajo la presión normal de la atmósfera."

Un ejemplo en el cual la ley de Henry esta en juego es en la disolución, que depende de la profundidad, de oxígeno y nitrógeno en la sangre de los buzos bajo agua que cambia durante la descompresión, llevando a la enfermedad del buzo.

Un ejemplo de todos los días es dado por la experiencia de uno con las bebidas carbonatadas, las cuales contienen dióxido de carbono disuelto. Antes de abrir, el gas arriba de la bebida en su contenedor es casi dióxido de carbono puro, a presión más alta que la presión atmosférica. Después de abrir la botella, el gas escapa, moviendo la presión parcial del dióxido de carbono arriba del líquido a ser más baja, resultando en desgaseado como el dióxido de carbono disuelto sale de la solución.

Químicos atmosféricos a menudo definen la solubilidad de Henry como:

${displaystyle { m {H^{cp}={frac {c_{a}}{p}}}}}$

${displaystyle { m {H^{cc}={frac {c_{a}}{c_{g}}}}}}$

Para un gas ideal la conversión es:

${displaystyle { m {H^{cc}=R T { m {H^{cp}}}}}}$

Algunas veces, la constante adimensional es llamada Coeficiente de partición agua - aire (${displaystyle K_{WA}}$). Esta cercanamente relacionada a los varios, poco diferentes definiciones del Coeficiente de Ostwald (${displaystyle lambda }$), como afirma Battino (1984).

${displaystyle { m {H^{xp}={frac {x}{p}}}}}$

Para solución acuosa diluida la conversión es:

${displaystyle c_{a}approx {frac {M_{ m {H_{2}O}}}{ ho _{ m {H_{2}O}}}}}$

${displaystyle { m {H^{xp}approx {Bigl (}{frac {M_{ m {H_{2}O}}}{ ho _{ m {H_{2}O}}}}{Bigr )}{ m {H^{cp}}}}}}$

Puede ser ventajoso describir la fase acuosa en términos de molalidad (${displaystyle b}$) en lugar de concentración (${displaystyle c}$). La molalidad (${displaystyle b}$) de una solución no cambia con la temperatura (${displaystyle T}$), pues se refiere a la masa del solvente. En contraste, la concentración (${displaystyle c}$) cambia con la temperatura (${displaystyle T}$), ya que la densidad de una solución (${displaystyle ho }$) y así su volumen son dependientes de la temperatura (${displaystyle T}$). Definiendo la composición de la fase acuosa vía molalidad tiene la ventaja que cualquier dependencia de la temperatura (${displaystyle T}$) de la constante de la ley de Henry es un fenómeno de solubilidad real y no introducido indirectamente vía cambio de densidad de la solución. Utilizando la molalidad, la solubilidad de Henry se puede definir como:

${displaystyle { m {H^{bp}={frac {b}{p}}}}}$

No hay un simple camino para calcular (${displaystyle { m {H^{cp}}}}$) a partir de (${displaystyle { m {H^{bp}}}}$), ya que la conversión entre la concentración (${displaystyle c}$) y molalidad (${displaystyle b}$) involucra a todos los solutos de una solución. Para una solución con un total de solutos (${displaystyle n}$) con índices (${displaystyle i=1,...,n}$), la conversión es:

${displaystyle c_{a}={frac {b ho }{1+sum _{i=1}^{n}b_{i} M_{i}}}}$

Si solo hay un soluto se simplifica a:

${displaystyle c_{a}={frac {b ho }{1+b M}}}$

La ley de Henry solo es válida para soluciones diluidas, donde (${displaystyle b Mll 1}$) y (${displaystyle ho approx ho _{ m {H_{2}O}}}$). En este caso la conversión se reduce a:

${displaystyle c_{a}approx b ho _{ m {H_{2}O}}}$

${displaystyle { m {H^{bp}={frac { m {H^{cp}}}{ ho _{ m {H_{2}O}}}}}}}$

De acuerdo con Sazonov y Shaw, el número adimensional coeficiente de Bunsen se define como:

"el volumen de gas saturado (${displaystyle V_{1}}$), reducido a (${displaystyle T=273.15 K, p=1 bar}$), el cual es absorbido por una unidad de volumen de solvente puro (${displaystyle V_{2}}$) a la temperatura de medición y presión parcial (${displaystyle p=1 bar}$)."

${displaystyle alpha ={frac {V_{1}}{V_{2}}}}$

Si es gas ideal, la presión se cancela, y la conversión a (${displaystyle { m {H^{cp}}}}$) se simplifica:

${displaystyle { m {H^{cp}={frac {alpha }{R T^{STP}}}}}}$

Con (${displaystyle T^{STP}=273.15 K}$). Nota. De acuerdo con la definición, el factor de conversión no depende de la temperatura. Independientemente de la temperatura a que se refiere el coeficiente de Bunsen, siempre se usa (${displaystyle 273.15 K}$) para la conversión. El coeficiente de Bunsen, el cual es nombrado por Robert Bunsen, ha sido utilizado principalmente en la literatura antigua.

De acuerdo con Sazonov y Shaw, el coeficiente de Kuenen (${displaystyle S}$) es definido como:

"el volumen de gas saturado (${displaystyle V_{1}}$), reducido a (${displaystyle T=273.15 K, p=1 bar}$), el cual se disuelve por unidad de masa de solvente puro (${displaystyle m_{2}}$) a la temperatura de medición y presión parcial (${displaystyle p=1 bar}$)."

${displaystyle eta ={frac {V_{1}}{m_{2}}}}$

${displaystyle { m {H^{cp}={frac {eta ho }{R T^{STP}}}}}}$

El coeficiente de absorción de Kuenen llamado así en honor a Johannes Kuenen, ha sido utilizado principalmente en literatura antigua, y la IUPAC lo considera obsoleto.

${displaystyle delta ={frac {m_{1}}{ ext{100 ml de liquido}}}}$

${displaystyle K_{ m {H}}^{pc}={frac {p}{c_{a}}}={frac {1}{ m {H^{cp}}}}}$

${displaystyle K_{ m {H}}^{px}={frac {p}{x}}={frac {1}{ m {H^{xp}}}}}$

${displaystyle K_{ m {H}}^{cc}={frac {c_{g}}{c_{a}}}={frac {1}{ m {H^{cc}}}}}$

En ingeniería química y química ambiental, ésta constante adimensional es a menudo llamada Coeficiente de partición aire-agua (${displaystyle K_{AW}}$)

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