Pg. 1

Juan Luis Ramrez 201315209 Santiago Tjaro Bulla 201215192

DETERMINACIN DE LA CONSTANTE DE HENRY PARA EL CO2 EN AGUA

INTRODUCCIN

Para todos los propsitos prcticos, la presin externa no tiene influencia sobre la

solubilidad de lquidos y slidos, pero afecta enormemente la solubilidad de los gases. La

relacin cuantitativa entre la solubilidad de los gases y la presin est dada por la Ley de

Henry, que establece que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelto en un

lquido es directamente proporcional a la presin parcial que ejerce ese gas sobre el lquido

(Chang, 2010, pg.524). Matemticamente se expresa del siguiente modo:

=

Donde P es la presin de equilibrio, M La molaridad del gas disuelto y K la constante de

Henry.

Objetivo: Determinar la constante de Henry para una solucin de CO2 en agua a

diferentes temperaturas.

Hiptesis: A temperatura constante, la solubilidad de un gas en lquido es

proporcional a la presin del gas sobre la disolucin.

MATERIALES

Para la realizacin de la prctica se utiliz una bebida gaseosa Bretaa, una llave de tres

vas, un manmetro, un recipiente para depositar la bebida gaseosa, manguera muy

flexible, un bao termostatado y un termmetro.

PROCEDEMIENTO EXPERIMENTAL

En este experimento se aprovecha la disponibilidad de una

solucin sobresaturada a temperatura ambiente y presin

atmosfrica, de CO2 en agua (Bretaa). Para obtener soluciones

saturadas a diferentes presiones se procede del modo

siguiente: se deposita una solucin carbonatada hasta

aproximadamente una tercera parte del recipiente de D de la

imagen 1, y mediante la llave F se deja salir CO2 a la atmsfera.

Se cierra la llave y se agita la botella de tal manera que salga

ms CO2 de la fase lquida. De nuevo se expulsa este gas por

medio de la llave. En este momento no debe haber gas distinto

al CO2 en el aparato y la presin se debe poder medir en el

Imagen 1. Montaje experimental

utilizado en la prctica. Editado de

Romero, 1996, Pg.110)

Pg. 2

manmetro A. Se conecta el sistema al manmetro y se lee la presin.

Se deja en reposo el sistema durante 2 o 3 minutos y luego se permite que el gas escape

por medio de la llave F. Se agita vigorosamente el recipiente D, manteniendo la llave

cerrada. Se conecta el manmetro y se lee la presin. Se supone que esta es una nueva

presin de equilibrio. Se deja escapar otra vez el gas y se repite el procedimiento de

agitacin y lectura de presin. Se obtiene de este modo de seis a ocho lecturas.

Se repite el proceso descrito a una nueva temperatura hasta completar 4 de ellas. Se

trabajaron con temperaturas de 0C, 20C, 25C y 30C.

MTODOS

Los conceptos y frmulas utilizadas para realizar los clculos y el anlisis se describen a

continuacin.

La cantidad n de moles de CO2 que salen de la solucin al agitar llevando al sistema a una

presin de equilibrio P est dada por:

=(P )

()

Donde es la presin atmosfrica, de tal manera que la cantidad P es la lectura manomtrica. El volumen del gas se obtiene midiendo el volumen del lquido y luego el volumen total del

aparato incluido el del tubo flexible.

Al restar las ecuaciones (2) y (3) para diferentes presiones de equilibrio y concentraciones molares

del gas en la solucin obtengo la ecuacin (4)

= 0 () = ()

= (-0 )

= + ()

Donde Po es la primera presin de equilibrio leda, M es el

cambio acumulado en la molaridad de la solucin, P es la

presin de equilibrio correspondiente, K es la constante de

la Ley de Henry y sus unidades son atm*L/mol. M y M estn

en unidades de molaridad.

Con las cantidades anteriores y las lecturas de presin

hechas permiten obtener los datos necesarios para hacer

una grfica P Vs M (Imagen 2). Se hace una regresin lineal

de los datos, y la pendiente obtenida corresponde a la

constante de Henry (KH) a cada una de las temperaturas de

la experiencia.

Imagen 2. Clculo de la constante de

Henry mediante la grfica de P Vs

Pg. 3

Como la constante de Henry es una pendiente, se encuentra la incertidumbre en la

pendiente mediante la siguiente frmula:

(5)

Siendo b la propia pendiente, r el coeficiente de correlacin y n el nmero de datos.

RESULTADOS

Volumen de solucin carbonatada (L) 0,016

Volumen recipiente (L) 0,070

Volumen todo del montaje (L) 0,078

Volumen de gas (Vg) (L) 0,062

Presin Bogot (atm) 0,737

R (atm*L/mol*K) 0,082057

P = 4,8068(M) + 0,7679R = 0,2809

0,755

0,760

0,765

0,770

0,775

-0,001 -0,0008 -0,0006 -0,0004 -0,0002 0 0,0002 0,0004 0,0006

P (

atm

)

M (mol/l)

Constante de Henry CO2 en agua a 213,15K

P = 2,9361(M) + 0,7502R = 0,591

0,747

0,748

0,749

0,750

0,751

0,752

0,753

-0,0006 -0,0004 -0,0002 0 0,0002 0,0004 0,0006

P(a

tm)

M (mol/l)

Constante de Henry CO2 en agua a 293,15K

Grfica 1. P Vs M a 213,15 K

Grfica 2. P Vs M a 293,15 K

Pg. 4

Tabla 1. Constantes de Henry para las cuatro temperaturas trabajadas junto con su

incertidumbre en la pendiente.

T(K) KH (Atm*L/mol)

273,15 4,8076,878

293,15 2,936 2,184

297,95 3,7394,502

303,15 2,60324,327

P = 3,7389(M) + 0,751R = 0,3556

0,748

0,749

0,75

0,751

0,752

0,753

0,754

-0,0006 -0,0005 -0,0004 -0,0003 -0,0002 -0,0001 0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004

P(a

tm)

M (mol/l)

Constante de Henry CO2 en agua a 297,95K

P = 2,6032(M) + 0,7511R = 0,2246

0,7460,7470,7480,7490,7500,7510,7520,7530,7540,7550,756

-0,001 -0,0008 -0,0006 -0,0004 -0,0002 0 0,0002 0,0004

P(a

tm)

M (mol/l)

Constante de Henry CO2 en agua a 303,15K

Grfica 3. P Vs M a 297,95 K

Grfica 4. P Vs M a 303,15 K

Pg. 5

DISCUSIN

Antes de discutir los resultados obtenidos es

conveniente entender en otros trminos

cualitativos la Ley de Henry, para as entender qu

est pasando en la prctica realizada. Desde la

teora cintica molecular, la cantidad de gas que

se disolver en un disolvente depende de la

frecuencia de colisin de las molculas del gas

contra la superficie del lquido y queden

atrapadas en la fase condensada. Si hay un

equilibrio (Imagen 3.a), en cada instante el

nmero de molculas de gas que entran a la disolucin es igual al nmero de molculas

disueltas que pasan a la fase gaseosa. Si la presin parcial del gas es mayor (Imagen 3.b),

se disuelven ms molculas en el lquido porque hay ms molculas que chocan con la

superficie del lquido. Este proceso contina hasta que la concentracin de la disolucin es

de nuevo tal que el nmero de molculas que salen de la disolucin es igual al nmero de

las que entran a ella. Debido al aumento de la concentracin de molculas, tanto en la fase

gaseosa como en la disolucin, este nmero es mayor en (b) que en (a), en donde la presin

parcial es menor (Chang, 2010).

Teniendo en cuenta la anterior informacin, se infiere la dependencia de la Ley de Henry

con la temperatura. De este modo, si la temperatura aumenta, la velocidad de las molculas

va a aumentar, y la cantidad de molculas en la fase condensada va a disminuir,

disminuyendo de este modo la concentracin del gas disuelto. Ahora bien, la Ley de Henry

nos dice que a temperatura constante la concentracin de gas disuelto va a ser

directamente proporcional a la presin. As, lo que se realiz en el laboratorio fue disminuir

la concentracin del gas, y ver cmo era el cambio en la presin, esperando que

disminuyera por la Ley de Henry.

Qu pas en realidad? Teniendo en cuenta la grfica 1, donde la temperatura fue de

273,15 K, la constante de Henry es de 4,8076,878. Se ve con la alta incertidumbre en la

pendiente que los datos graficados no se acercan mucho a una tendencia lineal, esto es

como si no hubiera una relacin directamente proporcional entre la presin y la

concentracin del gas. Pero lo que analizamos, es que no es que se est cumpliendo la Ley

de Henry, sino que hay variables experimentales que est afectando la prctica.

Una de esas variables es la temperatura. La Ley de Henry se enuncia a temperatura

constante, pero consideramos que el sistema no estaba siempre a una temperatura

constante. Esto es porque el recipiente con la solucin carbonatada no estaba dentro del

bao termostatado, sino que estaba fuera, y la transferencia de energa se daba a travs de

una manguera que comunicaba el recipiente con el bao. De este modo, cuando se agitaba

el recipiente para medir otra presin de equilibrio, se poda aumentar por energa mecnica

Imagen 3. Interpretacin molecular de la Ley

de Henry. (Chang, 2010 .Pg. 524)

Pg. 6

la temperatura de la solucin. Aunque este aumento de temperatura fuera muy poco,

consideramos que esto puede incidir en la determinacin de la constante de Henry. De otro

lado, al estar fuera el recipiente, no se tena total seguridad de que la temperatura de la

solucin fuera la que marcaba el bao termostatado. Ya que como la trasferencia de energa

se daba por mangueras, se podra ceder una forma de esta energa a la manguera y a los

alrededores, siendo as la temperatura

real de la solucin menor.

Para comparar nuestros resultados con

la literatura, logramos encontrar solo la

constante de Henry para el CO2 a

298,15K, con ello comparamos este

resultado con el de la grfica 3, que es

la temperatura ms cercana. As, la

constante de Henry terica a 298,15K

es de 29,41 Atm*L/mol, y el resultado

obtenido experimentalmente es de

3,7394,502 Atm*L/mol. La diferencia

en los resultados es grande e inferimos que

las condiciones como la naturaleza del gas y

del solvente, la presin y la temperatura, alteran mucho la solubilidad de un gas en un

lquido. Claramente, el uso de una constante de Henry que se deriva en 298,15K a una

temperatura diferente podra conducir al diseo de errores.

El valor de la constante de Henry no es una funcin exclusiva del soluto, sino que depende

tambin de la naturaleza del solvente. Lo valores de KH para un soluto dado, en distintos

solventes pueden ser similares pero esto ser en los casos en los que los solventes tengan

unas propiedades fsicas y qumicas parecidas (Wadsworth, 1975). Adems hay que advertir

que el valor de la constante de Henry es extremadamente sensible a cualquier interaccin

especfica entre el soluto y el solvente, as no hemos tenido si ocurre algn tipo de reaccin

entre el CO2 y el agua. Con esto en cuenta, s se puede llegar a presentar la siguiente

reaccin.

2() + 2() 23()

As, al presentar esta reaccin la concentracin del gas en la solucin puede aumentar, y no

solamente est en fase gaseosa sino que ha reaccionado, alterando de esta forma los

valores de la constante de Henry.

Por otra parte, tericamente se espera que la constante de Henry disminuya a medida que

se aumenta la temperatura de la solucin. Al observar los resultados obtenidos en la tabla

1, se cumple esa tendencia excepto para el caso donde la temperatura es de 297,95 K. Esta

incongruencia la analizamos, de igual forma por el factor temperatura y la reaccin que

Imagen 4.Constante de Henry para varios gases a 298,15K.

Recuperado de: chemengineering.wikispaces.com

Pg. 7

puede ocurrir en la solucin. Al igual, otro punto a considerar es que, durante el laboratorio

se us siempre la misma solucin carbonatada, sin cambiarla durante las diferentes

temperaturas. As, se pudo sacar mucha cantidad de gas de la solucin al agitarla tanto

durante las diferentes temperaturas, y por tanto esto refleja que la constante sea tan

pequea comparada con los valores reportados en la literatura.

Para terminar encontramos que segn Maron & Prutton. 1968, la Ley de Henry se cumple

generalmente, cuanto es mayor es la temperatura y meno es la presin. A partir de lo

anterior, miramos en la tabla 1, y observamos que la incertidumbre en la pendiente se hace

menor a mayor temperatura, salvo en un caso. Con ello, podemos decir que el postulado

de Maron & Prutton. 1968, es cierto, aunque no contamos la suficiente cantidad de

temperaturas para afirmarlo con seguridad.

CONCLUSIONES

El valor de la constante de Henry no es una funcin exclusiva del soluto, sino que

depende tambin de la naturaleza del solvente, de este modo las condiciones como

la naturaleza del gas y del solvente, la presin y la temperatura, alteran mucho la

solubilidad de un gas un lquido.

Encontramos una relacin directamente proporcional entre la presin y la

concentracin del gas en la disolucin, siempre y cuando la temperatura sea

constante y el gas no reaccione con el lquido.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Chang Raymond. 2010. Qumica 10 edicin. Editorial McGraw-Hill companies. Printed in China

ChemEngineering. Herys Law. Recuperado de: http://chemengineering.wikispaces.com/Henry%27s+law#cite_note-12

C.M. Romero, L.H. Blanco. (1996) Tpicos en Qumica Bsica, Experimentos de Laboratorio. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, Santa Fe de Bogot.

Maron, S. Herbert., Prutton. Fundamentos de Fisicoqumica. Editorial Limusa. 1968. Mxico. Pginas Consultadas: 296 305.

Wadsworth.1975. Fundamentos de Qumica fsica. Editorial Revert. Printed in Spain