Introdução à Solubilidade do Gás
É um dia quente de verão e você e seu melhor amigo tiram uma lata de refrigerante da geladeira. Ao abrir a lata, você ouve o chiado reconfortante que sai um pouco. Vocês dois tomam um gole. Ah, isso é bom. De repente, sua mãe liga para você de fora; você é necessário imediatamente. Você coloca a lata aberta no balcão e corre para ela. No entanto, sua melhor amiga, que foi ótima na aula de química, prefere colocar a lata aberta na geladeira antes de alcançá-lo.
Foi uma jogada inteligente colocar o refrigerante na geladeira, mas sabe por quê? Vamos ver o que acontece. Duas horas depois, você volta para dentro e precisa de uma bebida. Você pega a lata aberta do refrigerante que deixou no balcão e toma um gole. Não só é quente, mas é plano! Todo o efervescente, que obviamente você sabe que é dióxido de carbono, se foi.
Sua melhor amiga tira a lata aberta da geladeira e bebe um pouco. Não só está frio, como seria de se esperar, mas, surpreendentemente, ainda está efervescente! Então, como podemos explicar isso? Por que ainda resta dióxido de carbono na lata fria de cola, mas não na lata quente? Tem tudo a ver com a solubilidade dos gases em um líquido.
O que é solubilidade
Antes de passarmos a examinar os gases especificamente, vamos nos lembrar brevemente de alguns termos importantes. Uma solução é uma mistura homogênea de substâncias. Em outras palavras, a solução é misturada de maneira uniforme. A substância dissolvida é chamada de soluto . O soluto pode ser um líquido, um sólido ou um gás. O solvente é a substância que faz a dissolução. O solvente geralmente está em excesso e também pode ser um gás, um líquido ou um sólido.
Agora, encontramos soluções o tempo todo em nosso dia a dia. Tome, por exemplo, uma xícara de chá. Aqui, o soluto é o chá e a água é o solvente – juntos, eles formam uma solução de chá. Outro exemplo de solução é a nossa lata de refrigerante. Nesse caso, o soluto é o dióxido de carbono; isso é dissolvido em um solvente que é basicamente água com sabor para fazer a solução, que é o refrigerante.
A solubilidade é definida como a quantidade máxima de soluto que se dissolve em uma determinada quantidade de solvente. Quando uma solução contém a quantidade máxima de soluto, ela é chamada de saturada . A solubilidade é afetada por três fatores principais:
- Em primeiro lugar, a natureza do solvente e partículas de soluto e como eles interagem entre si
- Em segundo lugar, a temperatura
- Em terceiro lugar, a pressão de um soluto gasoso
Nesta lição, vamos nos concentrar na solubilidade dos gases em um líquido, de modo que cobre nosso primeiro fator, que era apenas a natureza do solvente e do soluto. Consideraremos os efeitos da temperatura e pressão nas próximas seções.
Efeito da Pressão
A pressão tem um grande efeito na solubilidade dos sistemas gás-líquido. A uma temperatura constante, aumentar a pressão aumenta a solubilidade do gás. Isso ocorre porque o aumento da pressão do gás aumenta a concentração das moléculas de gás. Para superar essa mudança e manter o equilíbrio, mais moléculas de gás entram na solução líquida.
Esta propriedade é usada na indústria de fabricação de refrigerantes. Os refrigerantes são engarrafados e enlatados sob altíssima pressão de dióxido de carbono, freqüentemente de até quatro unidades de pressão atmosférica (ou atm). Uma vez que a lata ou garrafa é aberta, a pressão acima da abertura da lata é apenas a pressão atmosférica normal, que é um atm, quatro vezes mais baixa do que a que está na lata. Isso, então, diminui a pressão dentro da lata de refrigerante. O dióxido de carbono sai rapidamente da solução de refrigerante. Você vê esse efeito quando abre a lata de refrigerante pela primeira vez.
Uma consequência séria do efeito da pressão na solubilidade do gás é a condição dolorosa, às vezes mortal, chamada de curvas. Os mergulhadores devem ter muito cuidado ao voltar à superfície após um mergulho profundo. Isso ocorre porque as águas mais profundas estão sob pressão mais alta do que as águas superficiais. Conforme os mergulhadores respiram, mais gás é dissolvido em seu sangue e outros fluidos.
Você já sabe que os gases são menos solúveis em pressões mais baixas. Se os mergulhadores voltarem rápido demais, o ar dissolvido em seu sangue borbulha para fora da solução. Essas bolhas podem afetar seriamente a circulação sanguínea e os impulsos nervosos. Para ajudar a superar esse problema, os mergulhadores de águas profundas respiram uma mistura de hélio-oxigênio em vez de ar comprimido, que é uma mistura de nitrogênio-oxigênio. O hélio é muito menos solúvel que o nitrogênio e, portanto, menos gás sai de seu sangue quando eles voltam à superfície da água.
Efeito da Temperatura
Agora vimos como a pressão é importante na solubilidade do gás em um líquido. O outro fator realmente importante a considerar é a temperatura. A solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura. Você mesmo viu isso ao aquecer água em uma panela aberta. A água também contém ar dissolvido. Conforme você aquece a água, bolhas de ar são formadas. Essas bolhas de ar são expelidas da água à medida que a temperatura sobe.
Os efeitos da temperatura sobre a solubilidade também podem nos dizer por que sua amiga do início da aula ainda tinha efervescência no refrigerante. Colocando o refrigerante na geladeira e mantendo-o frio, a solubilidade do gás no refrigerante ainda é alta. Isso evitou que escapasse da solução tão rapidamente, então ainda havia efervescência restante. Um amigo inteligente, hein?
Mas, é claro, a temperatura e a solubilidade afetam mais do que água fervente e manter nossos refrigerantes efervescentes. Um importante efeito ambiental da temperatura na solubilidade do gás é a dissolução do dióxido de carbono nos oceanos. O oceano é um sumidouro natural de dióxido de carbono, que você pode ver no diagrama do ciclo do carbono aqui.
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Os oceanos absorveram muitos bilhões de toneladas de dióxido de carbono da atmosfera porque o dióxido de carbono é mais solúvel nas temperaturas mais frias do oceano. Infelizmente, à medida que a quantidade de dióxido de carbono atmosférico continua a aumentar, a quantidade de dióxido de carbono que é absorvida pelo oceano também aumenta. Isso causou uma mudança significativa no pH dos oceanos.
Quando muito dióxido de carbono é absorvido pela água do oceano, aumenta a acidez do oceano. Essa mudança na acidez é causada por um aumento no ácido carbônico, que é formado quando parte do dióxido de carbono reage com a água. Esse aumento na acidez tem um efeito indireto em muitas das reações químicas naturais que ocorrem no oceano.
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Infelizmente, essa mudança na química dos oceanos começou a ter um grande impacto na vida marinha que ali vive. Por exemplo, você pode ver nesta foto que o recife de coral foi seriamente afetado pela acidez do oceano. Este exemplo ilustra o quão importante é entender os fatores que afetam a solubilidade de um gás como o dióxido de carbono.
Resumo da lição
Nesta lição, você aprendeu que uma solução é uma mistura homogênea de substâncias. Uma solução é composta de um soluto que está sendo dissolvido e de um solvente que está fazendo a dissolução. Você também aprendeu que a solubilidade é uma medida da quantidade máxima de soluto que você pode dissolver em um solvente. Quando esse máximo é alcançado, a solução é considerada saturada . E, finalmente, você aprendeu que a solubilidade dos gases aumenta com o aumento da pressão e diminui com o aumento da temperatura.
Resultados de Aprendizagem
Depois de concluir esta lição, você será capaz de:
- Definir solução
- Identifique o soluto e o solvente em uma solução
- Liste os três fatores que afetam a solubilidade
- Discuta os efeitos da pressão e da temperatura na solubilidade de um gás