Água com gás não é apenas o conteúdo daquela garrafinha que você compra no supermercado ou as borbulhas que saem do refrigerante. O simples contato de um gás ou de uma mistura gasosa com um líquido faz com que parte desse gás se dissolva na água. Você pode achar isso estranho, mas garanto que os peixes, por exemplo, agradecem... afinal, graças a isso é que eles conseguem obter oxigênio para sua respiração.
Lembre-se do seguinte: um gás tem suas moléculas em constante movimento e, dessa forma, essas moléculas se chocam com os obstáculos que encontram no caminho. Quando o obstáculo que o gás encontra é a superfície de um líquido, vez por outra, moléculas com um pouco mais de velocidade conseguem penetrar no líquido, ficando dissolvidas.
Como vivemos em um planeta envolto por uma atmosfera gasosa, os líquidos, salvo situações de armazenamento muito especiais, estão sempre em contato com gás, fazendo-os sempre dissolver parte dele. Assim o contato com a atmosfera é que garante que uma parte do oxigênio do ar acabe dentro dos oceanos e dê suporte à respiração de toda fauna marinha.
Como o gás entra no líquido?
Você leu no segundo parágrafo uma explicação sobre o mecanismo que permite que a molécula de gás entre no líquido, mas isso é influenciado por diversos fatores:
Pressão do gás: quanto maior a pressão que um gás exerce, maior o número e a força das colisões de suas moléculas com os obstáculos. Se as colisões tornam-se mais fortes e freqüentes, mais moléculas conseguirão penetrar no líquido.
Lembre-se do que acontece quando você abre uma garrafa de refrigerante. Ao aliviar a pressão do gás pela abertura da tampa, menos gás conseguirá ficar dissolvido, daí o aparecimento imediato das borbulhas no refrigerante.
Temperatura do líquido: a temperatura tem a ver com o grau de agitação molecular, certo? Quanto mais agitadas, mais velozes. Quanto mais velozes mais fácil de romper as "barreiras" que encontram pelo caminho. Quando o líquido está quente, todas suas moléculas, inclusive as dos gases dissolvidos, estão mais agitadas, assim fica mais fácil elas escaparem do líquido e, conseqüentemente, mais difícil dissolver um gás dentro dele.
Novamente ao refrigerante: você já percebeu como um refrigerante gelado tem mais gás dissolvido que o quente? Repare pelo número de borbulhas que eles apresentam ou mesmo pela espuma que produzem quando o colocamos em um copo. Não confunda uma coisa: borbulhas são constituídas por gás não dissolvido, ele está na forma gasosa.
Agitação da superfície do líquido: quanto mais agitada estiver a superfície do líquido, mais fácil para as moléculas do gás entrarem ou saírem dele (troca gasosa), pois mais fácil será romper a tensão superficial. É o que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante após agitá-la.
Este efeito é utilizado e mal compreendido em aquários. Quando colocamos uma pedra porosa ligada a uma pequena bomba de ar no fundo do aquário, muitos pensam que as bolhas que saem da pedra é que são responsáveis pela introdução de gás na água. Na verdade essas bolhas servem para agitar a superfície da água e facilitar a troca gasosa com a atmosfera.
Problemas na troca gasosa
Algumas situações podem causar problemas por atrapalharem as trocas gasosas ou até pela existência dessas trocas. Um derramamento de óleo no oceano faz com que surja uma "película protetora" na superfície da água que impedirá a troca gasosa com a atmosfera. O oceano fica carente de oxigênio e saturado de gás carbônico, o que não é muito interessante para a vida marinha.
A grande concentração de poluentes na atmosfera também pode influir de maneira muito prejudicial. Gases como o dióxido de carbono (CO2) e outros óxidos, como os de enxofre e nitrogênio irão se combinar com a água da chuva dando origem a uma solução ácida, daí o nome chuva ácida.
A Lei de Henry
A dissolução gasosa em líquidos é regida por uma lei conhecida como Lei de Henry. Essa lei diz que a solubilidade de um gás em água depende da pressão parcial do gás exercida sobre o líquido. A constante de proporcionalidade utilizada nessa lei varia com o gás e a temperatura, e recebe o nome de constante de Henry.
A Lei de Henry e seu estudo é fundamental para a fabricação de águas minerais e outras bebidas gasosas, bem como em questões ambientais.
Teoria
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Sabe quando a gente abre aquele refrigerante geladinho e chega a fazer “tzzzzz”? Pois é esse barulhinho é do que estava inicialmente dissolvido no refrigerante, saindo pra atmosfera! 🥤
Mas como solubilizamos gás em um líquido?!
Bem, o gás esta em constante movimento, certo? E ele se choca com os obstáculos que encontram no caminho. Quando o obstáculo que o gás encontra é a superfície de um líquido, vez por outra, moléculas com um pouco mais de velocidade conseguem penetrar no líquido, ficando dissolvidas!
Pra entender melhor, se liga nesse vídeo sobre Solubilidade dos Gases que o RespondeAí preparou 👇
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O Efeito da Pressão e a Lei de Henry
Quando a aumentamos a pressão do gás, as moléculas ficam mais comprimidas e colidem mais ainda com a superfície líquida, o que vai causar o aumento da solubilidade dos gases, já que mais moléculas vão conseguir entrar no líquido!
Na figura abaixo podemos ver um esqueminha, onde a figura (b) representa o aumento de pressão no gás:
Ou seja, o aumento da pressão de um gás aumenta sua solubilidade em solventes líquidos.
Sabe quando você abre a garrafa de refrigerante e faz aquele barulho de gás escapando? O gás carbônico que está dissolvido no refrigerante é liberado pela diminuição da pressão dentro da garrafa, o que diminui a solubilidade do gás no líquido e libera o gás para o ambiente.
Lei de Henry
A relação entre pressão e solubilidade de um gás é dada pela Lei de Henry!
A lei de Henry diz que a solubilidade de um gás em solução é proporcional à sua pressão. Podemos escrever a Lei de Henry da seguinte forma:
Onde, é a constante que mede essa proporcionalidade se chama constante de Henry e depende da temperatura, do solvente e do gás. é a pressão parcial do gás.
- Clique aqui para saber mais sobre a Lei de Henry.
Efeito da Temperatura
Indo direto ao ponto, a solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura. Na figura abaixo podemos ver a solubilidade de gases conhecidos em função da temperatura:
Mas… por que a solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura?
Isso acontece porque com o aumento da temperatura, as moléculas no solvente líquido ficam mais agitadas, e, embora se torne mais fácil para as moléculas de gás penetrarem o solvente, fica mais fácil que elas saiam também. Por isso, quanto maior a temperatura da solução, menos moléculas de gás vão ficar solubilizadas no solvente.
Agora, vamos praticar com exercícios?
O Efeito da Pressão e a Lei de Henry
Efeito da Temperatura
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp347-Exemplo 9.4
Mostre que a concentração de oxigênio na água de um lago é normalmente adequada para sustentar a vida aquática, que requer concentrações de O 2 da ordem de 0,13 mmol. L - 1 . A pressão parcial de oxigênio é 0,21 atm ao nível do mar.
Dados: Constantes de Henry para gases em água em 20oC: a r : 7,9 . 10 - 4 m o l . L - 1 . a t m - 1 O 2 : 1,3.10 - 3 m o l . L - 1 . a t m - 1
Passo 1
Para começar, devemos lembrar a lei de Henry:
s = k H . P
Como queremos calcular a solubilidade do oxigênio, temos que usar o k H do O 2 e a pressão parcial de 0,21 atm:
s = 1,3.10 - 3 m o l . L - 1 . a t m - 1 . 0,21 a t m = 0,273.10 - 3 m o l . L - 1
Como 0,273.10 - 3 m o l . L - 1 = 0,273 m m o l . L - 1 > 0,13 m m o l . L - 1 , podemos ver que a concentração de oxigênio é mais do que suficiente para sustentar a vida aquática.
Resposta
0,273.10 - 3 m o l . L - 1 = 0,273 m m o l . L - 1 > 0,13 m m o l . L - 1 , logo podemos ver que a concentração de oxigênio é mais do que suficiente para sustentar a vida aquática.
Exercício Resolvido #2
Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp374-Exercício 9.27
A concentração mínima em massa de oxigênio necessária para a vida dos peixes é 4 m g . L - 1 .
a) Suponha que a densidade da água de um lago seja 1 g . m L - 1 , e expresse essa concentração em partes por milhão (que é equivalente a miligramas de O 2 por quilograma de água, m g . k g - 1 .
b) Qual a pressão parcial mínima de O 2 que forneceria a concentração mínima em massa de oxigênio na água para permitir a vida dos peixes em 20oC?
c) Que pressão atmosférica mínima corresponde a essa pressão parcial, supondo que o oxigênio é responsável por 21% da pressão atmosférica, aproximadamente?
Dados:
Passo 1
a) Essa questão é sobre conversão de unidades!
Temos a concentração 4 m g . L - 1 , que corresponde a 4 m g . k g - 1 , já que a densidade da água é 1 g . m L - 1 = 1 k g . L - 1 .
4 1 m g O 2 L á g u a . 1 1 L á g u a k g á g u a = 4 1 m g O 2 k g á g u a = 4 p p m
Assim, como o enunciado diz, uma parte por milhão (ppm) corresponde a 1 m g . k g - 1 , logo a concentração mínima de oxigênio é 4 ppm.
Passo 2
b) Para calcular qual a pressão mínima de O 2 necessária para obter essa concentração ( 4 m g . L - 1 ), vamos usar a lei de Henry:
s = k H . p O 2
A solubilidade que queremos é:
s = 4 m g . L - 1
E o k H do oxigênio em água é dado na tabela como:
k H = 1,3.10 - 3 m o l . L - 1 . a t m
Então, pra calcular p O 2 , a pressão de oxigênio necessária, vamos ter que passar essa solubilidade mássica pra solubilidade molar, pra ter consistência nas unidades. Pra isso, usamos a massa molar do O 2 .
s = 4 m g L . 1 32000 m o l m g = 1,25.10 - 4 m o l . L - 1
E agora sim podemos calcular p O 2 :
s = k H . p O 2
1,25 . 10 - 4 m o l . L - 1 = 1,3.10 - 3 m o l . L - 1 . a t m . p O 2
p O 2 = 0,1 0 a t m
Passo 3
c) Como a pressão parcial é calculada pela pressão total x a fração molar do gás na mistura, podemos calcular a pressão total fazendo o inverso:
p O 2 = p t o t a l . x O 2
Precisamos da fração molar do O 2 no ar atmosférico. Não sabemos esse dado “diretamente”. Mas o enunciado nos diz claramente que o gás oxigênio é responsável por 21% da pressão atmosférica, então:
p O 2 = 0,21 . p a t m
Logo:
p a t m = 0,10 0,21 = 0,48 a t m
Resposta
a) 4 ppm.
b) 0,10 atm.
c) 0,48 atm.
Exercício Resolvido #3
Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp374-Exercício 9.29
O gás dióxido de carbono dissolvido em uma amostra de água em um recipiente parcialmente cheio e lacrado entrou em equilíbrio com sua pressão parcial no ar que está acima da solução. Explique o que acontece com a solubilidade do C O 2 se:
a) a pressão parcial do gás C O 2 dobra por adição de mais C O 2 ;
b) a pressão total do gás sobre o líquido dobra por adição de nitrogênio.
Passo 1
a) Se aumentarmos a pressão parcial do C O 2 em 2x o que ela era, a solubilidade nova ( s '), será, segundo a lei de Henry:
s = k H . P
Como não mudamos nem o solvente, nem o gás e nem a temperatura, k H segue constante:
s ' = k H . 2 P
s ' = 2 s
Ou seja, quando dobramos a pressão parcial de C O 2 , a solubilidade do C O 2 sobra também.
Passo 2
b) Se dobramos a pressão total do gás sobre o líquido mas não alterarmos a quantidade de C O 2 , a solubilidade do C O 2 não muda.
Isso acontece porque, quando o gás faz parte de uma mistura, devemos utilizar a sua pressão parcial para calcular a solubilidade, já que a solubilidade dele depende das moléculas de C O 2 que vão penetrar o líquido, e não das moléculas de gases em geral.
Assim, quando aumentamos a pressão adicionando nitrogênio, aumentamos a pressão total mas diminuimos a fração molar de C O 2 no meio (já que a fração molar é calculada por m o l s d e C O 2 n o d e m o l s t o t a l e nós aumentamos o número de mols total), o que mantém constante a pressão parcial do CO2.
Assim, nada acontece com a solubilidade do C O 2 quando dobramos a quantidade de nitrogênio.
Resposta
a) A solubilidade também dobra.
b) A solubilidade se mantém a mesma.
Exercício Resolvido #4
Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp375-Exercício 9.31
Um refrigerante foi fabricado por dissolução de C O 2 em 3,6 atm em uma solução que contém flavorizantes e a solução foi selada em alumínio em 20oC. Que quantidade de C O 2 está em uma lata de 420mL do refrigerante?
Em 20oC, a constante de Henry para o C O 2 é 2,3.10 - 2 m o l . L - 1 . a t m - 1 .
Passo 1
Usando a lei de Henry:
s = k H . P
Podemos calcular a solubilidade do C O 2 nessa lata de refrigerante e, assim, descobrir qual a quantidade de C O 2 presente na lata.
s = 2,3.10 - 2 m o l . L - 1 . a t m - 1 . 3,6 a t m = 8,28.10 - 2 m o l . L - 1
Como a lata só tem 420mL....
8,28.10 - 2 m o l 1000 m L . 420 m l = 0,034776 m o l s
A massa molar do C O 2 é 44g, logo:
0,034776 m o l s . 44 g 1 m o l = 1,53 g
Resposta
Em uma lata de refrigerante há 1,53g de C O 2 .
Exercício Resolvido #5
Lista de exercícios ITA-SP.
Quando submersos em “águas profundas”, os mergulhadores necessitam voltar lentamente à superfície para evitar a formação de bolhas de gás no sangue.
I) Explique o motivo da NÃO formação de bolhas de gás no sangue quando o mergulhador desloca-se de regiões próximas à superfície para as regiões de “águas profundas”.
II) Explique o motivo da NÃO formação de bolhas de gás no sangue quando o mergulhador desloca-se muito lentamente de regiões de “águas profundas” para as regiões próximas da superfície.
III) Explique o motivo da FORMAÇÃO de bolhas de gás no sangue quando o mergulhador desloca-se muito rapidamente de regiões de “águas profundas” para as regiões próximas da superfície.
Passo 1
I) Quando o mergulhador está descendo para as “águas profundas”, ele vai do local com menor pressão para o local com maior pressão. Quando aumentamos a pressão de um gás sua solubilidade aumenta e, portanto, não se forma bolhas, pelo contrário: o gás se solubiliza ainda mais no sangue.
Passo 2
II) Quando o mergulhador se desloca lentamente das regiões de maiores pressões para o nível do mar o gradiente de pressão é percorrido lentamente, com tempo para que as trocas gasosas aconteçam e sem que a solução fique saturada – o que causaria a liberação de bolhas, já que o C O 2 sairia da solução.
Passo 3
III) Quando a mudança de pressão é feita de maneira abrupta, muito rapidamente, não dá tempo que todas as trocas gasosas ocorram e a solução fica saturada – o que provoca liberação de C O 2 e causa as bolhas.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #6
Adaptado de lista de exercícios PEQ.
A solubilidade de um gás em um líquido aumenta quando elevamos a pressão do gás sobre o líquido e também quando reduzimos a temperatura do líquido. Considere espécies de peixe que necessitam, para sua sobrevivência, de elevada taxa de oxigênio dissolvido na água.
Admita quatro lagos, A, B, C e D, com as seguintes características:
Lago A: altitude H e temperatura T (T > 0°C)
Lago B: altitude 2H e temperatura T
Lago C: altitude H e temperatura 2T
Lago D: altitude 2H e temperatura 2T
Os peixes teriam maior chance de sobrevivência:
a) no lago A.
b) no lago B.
c) no lago C.
d) no lago D.
e) indiferentemente em qualquer dos lagos.
Passo 1
Precisamos diminuir a temperatura e aumentar a pressão, portanto o lago A é o melhor para a solubilização do oxigênio na água, já que sua temperatura não é tão alta e a altitude é H (e não 2H – quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica).
Resposta
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
O experimento conhecido como chafariz de amônia é feito colocando um frasco de vidro contendo amônia com uma pressão maior que a atmosférica suspenso por um suporte conectado por uma tubulação a um recipiente com água e fenolftaleína. Observa-se que a água começa a fluir para o frasco onde havia o gás pressurizado logo após a abertura da válvula formando um chafariz cor de rosa.
O resultado observado parece desafiar a mecânica dos fluidos, sempre vemos fluidos se deslocarem de uma região de maior pressão para outra de menor pressão. Explique por que esse resultado é observado?
Passo 1
Isso realmente acontece?
Bem, pode pesquisar aí no YouTube isso é real! Isso prova mais uma vez que química é muito sinistra!!!
Então vamos agora entender que bruxaria é essa :)
Passo 2
amônia
A amônia, N H 3 é uma substância gasosa e polar e que pode realizar ligações de hidrogênio com a água então o gás assim que entra em contato com a água na tubulação começa a se dissolver nela, e por isso a pressão no interior do vai reduzindo e a água começa a subir
Passo 3
Coloração rosa?
Então há ali também a fenolftaleína que é um indicador de pH que quando está em meio ácido ou neutro fica incolor e em meio básico assume a coloração rosa. A amônia além de se dissolver em água também reage com ela gerando íons hidroxila e por isso a solução formada fica rosa.
N H 3 ( g ) + H 2 O ( l ) → N H 4 ( a q ) + + O H -
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Você resolveu inovar e fazer um jantar super-romântico para o seu, ou sua crush. é uma excelente chance de deixar uma boa imprensão e tudo prossegue como o planeja do até o momento de servir a champanhe (digamos que é uma ocasião especial ( ͡° ͜ʖ ͡°))
Ao abrir a garrafa que até então estava sobre a mesa, junto aos pratos a rolha é projetada contra o seu próprio rosto, causando um hematoma bizarro. após abrir e se recuperar do tiro , está pronto para servir a bebida para a sua companhia e então pede que essa pessoa segure a taça, recém tirada do armário. Imediatamente ao servir a bebida, como se fosse mágica (ou bruxaria), a liberação de gás do liquido se dá de uma forma muito intensa, inclusive molhando a roupa de quem está segurando a taça.
Explique o motivo da rolha sair de forma tão violenta da garrrafa. Indique o que poderia ser feito para evitar tal constrangimento. Explique ainda as provaveis razoes da bebida ter liberado o gás de forma tão rápida após ser servida.
Passo 1
Que tiro foi esse?!
Então o champanmhe é uma bebida gaseificada, nele há uma grande quantidade de gás C O 2 que depedndeo da temperatura e pressão pode formar uma solução. Quando a bebida está coma temperatura muito elevada a solubilidade do gás é reduzida e dessa foram a pressão no interior da garrafa é aumentada. Então uma forma de evitar esse problema e deixar a bebida em um balde de gelo até o momento adequado de servir.
Passo 2
Por que esse banho?
Como a bebida está aquecida a solubilidade do gás é reduzida epor isso a o gás ao sair da garrafa sai de uma forma turbulenta empurrando consigo o líquido que está no caminho. Outro fator que pode levar a uma situação de instabilidade da solução gasosa é a presença de poeira na taça, as particulas de poeira podem agir como catalisadores para que o gás se forme no interior do líquido, isso é bem semelhante ao que acontece ao colocar a bala mentos dentro da garrafa de coca-cola. Para evitar problemas assim é importante que a bibida esteja bem gelada e seja servida em taças recem limpas sem poeira.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
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