Calculadora de la ley de Henry
Datos de entrada
| Magnitud a calcular | Calcular concentración |
|---|---|
| Constante de Henry kH | 0,00129 |
| Presión parcial | 1 atm |
| Concentración disuelta | 0,0013 M |
Calculadora de la ley de Henry
Relaciona la concentración de gas disuelto con la presión parcial mediante la ley de Henry, C = kH · P. Calcula la concentración, la presión parcial o la constante de Henry.
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Qué es la ley de Henry
La ley de Henry describe cuánto gas se disuelve en un líquido. A temperatura fija, la concentración de un gas disuelto es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas en contacto con el líquido:
C=kH⋅Pdonde es la concentración disuelta, es la presión parcial del gas sobre el líquido y es la constante de Henry del par gas-disolvente a esa temperatura. Al duplicar la presión parcial se disuelve el doble de gas; al liberar la presión, el exceso de gas vuelve a salir de la disolución.
La calculadora resuelve la misma relación en tres direcciones. Dadas dos de las tres magnitudes, devuelve la tercera: la concentración con , la presión parcial con o la constante de Henry con .
La constante de Henry y sus unidades
La constante recoge lo soluble que es un gas. Un valor grande significa que se disuelve mucho gas por unidad de presión. Esta herramienta usa la forma de solubilidad, en la que
kH=PC[L⋅atmmol]de modo que la concentración se mide en mol/L y la presión parcial en atm. Las presiones dadas en kPa, bar o mmHg se convierten a atm antes de aplicar la constante.
| Gas (en agua, 25 °C) | (mol·L⁻¹·atm⁻¹) |
|---|---|
| Dióxido de carbono (CO₂) | 0,034 |
| Oxígeno (O₂) | 0,0013 |
| Nitrógeno (N₂) | 0,00065 |
| Helio (He) | 0,00038 |
Estos valores bajan al subir la temperatura: el agua caliente retiene menos gas disuelto, por lo que una bebida gaseosa templada pierde el gas más deprisa que una fría.
Convenciones para la constante
Coexisten varias convenciones para la constante de Henry, y mezclarlas es una fuente frecuente de error. Son inversas o reescalados unas de otras:
- Forma de solubilidad (, mol·L⁻¹·atm⁻¹) — la usada aquí; aumenta con la solubilidad.
- Forma de volatilidad (, L·atm·mol⁻¹) — su inversa; disminuye con la solubilidad.
- Formas de fracción molar y molalidad — sustituyen la molaridad por la fracción molar o la molalidad.
- Forma adimensional — una razón de reparto entre gas y líquido.
Antes de sustituir un valor tabulado, confirma qué convención y qué unidades emplea, y que sea válido a la temperatura de interés.
Ejemplo resuelto
Una botella cerrada de agua carbonatada se presuriza con CO₂ hasta una presión parcial de 2 atm a 25 °C, donde para el CO₂ en agua. Se busca la concentración de CO₂ disuelto.
C=kH⋅P=0.034×2=0.068 mol/LAl retirar el tapón, la presión parcial de CO₂ sobre el líquido cae hacia su valor en el aire ordinario (unos 0,0004 atm). La concentración de equilibrio disminuye con ella:
C=kH⋅P=0.034×0.0004=1.36×10−5 mol/LLa concentración disuelta cae más de tres órdenes de magnitud, por lo que el exceso de CO₂ escapa en forma de burbujas hasta alcanzar el nuevo equilibrio, mucho más bajo.
Dónde se aplica la ley de Henry
La proporcionalidad entre concentración disuelta y presión parcial aparece en química, biología e ingeniería:
- Carbonatación. Los refrescos se embotellan bajo presión de CO₂ elevada; abrir el envase reduce la presión parcial y el gas escapa.
- Vida acuática. El oxígeno disuelto en lagos y acuarios sigue la presión parcial de oxígeno del aire situado encima, de modo que el calentamiento o un menor intercambio en la superficie lo reducen.
- Respiración. El intercambio gaseoso en los pulmones mueve oxígeno y dióxido de carbono a través de membranas según sus presiones parciales.
- Buceo. El nitrógeno se disuelve en los tejidos a las altas presiones de la profundidad y debe liberarse de forma gradual durante el ascenso para evitar la enfermedad por descompresión.
Límites de la ley
La ley de Henry es una ley límite que funciona mejor para gases poco solubles a presiones parciales bajas. Pierde exactitud cuando el gas es muy soluble, cuando la presión parcial es alta o cuando el gas reacciona con el disolvente en vez de solo disolverse. El dióxido de carbono, por ejemplo, reacciona en parte con el agua para formar ácido carbónico, por lo que su solubilidad aparente es algo mayor que la disolución física simple que describe la ley. Como varía mucho con la temperatura, una constante medida a una temperatura no debe usarse a otra sin corrección.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Cuál es la fórmula de la ley de Henry?
La ley de Henry establece que la concentración de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial de ese gas sobre el líquido: C = kH × P. Aquí C es la concentración disuelta, P la presión parcial y kH la constante de Henry del par gas-disolvente a una temperatura dada.
Por ejemplo, con kH = 0,034 mol/(L·atm) para el CO₂ en agua a 25 °C y una presión parcial de 1 atm, la concentración disuelta es C = 0,034 × 1 = 0,034 mol/L.
¿Qué unidades tiene aquí la constante de Henry?
Esta calculadora usa la forma de solubilidad, en la que kH tiene unidades de mol/(L·atm): concentración disuelta dividida por la presión parcial. Valores mayores indican mayor solubilidad. La presión parcial puede introducirse en atm, kPa, bar o mmHg; se convierte internamente a atm para que kH quede en mol/(L·atm) y la concentración en mol/L.
¿Por qué las constantes de Henry publicadas varían tanto?
Existen varias convenciones para la constante de Henry, que son inversas o reescalados unas de otras. La forma de solubilidad usada aquí (kH = C / P, mol/(L·atm)) aumenta con la solubilidad. La forma de volatilidad (kH = P / C, L·atm/mol) es su inversa y disminuye con la solubilidad. Otras usan fracción molar o molalidad en lugar de molaridad, o cocientes de reparto adimensionales.
Conviene comprobar qué convención y qué unidades usa un valor tabulado antes de sustituirlo, y recordar que kH depende mucho de la temperatura.
¿Dónde se aplica la ley de Henry?
La ley de Henry explica las bebidas carbonatadas (el CO₂ se disuelve a presión y escapa al abrir el envase), el oxígeno disuelto en lagos y acuarios y el intercambio de gases sanguíneos en los pulmones. En el buceo describe por qué el nitrógeno se disuelve en los tejidos a profundidad y debe liberarse despacio durante el ascenso. La ley es más exacta para gases poco solubles a presiones parciales bajas que no reaccionan con el disolvente.
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