No processo de preparação de refrigerantes, estes são embalados sob pressão, em uma câmara contendo dióxido de carbono,
, onde parte do gás se dissolve na bebida. Considerando apenas a dissolução do gás
e desconsiderando quaisquer outras reações do
no refrigerante, faça o que se pede.
Explique por que a solubilidade do
diminui no refrigerante quando a garrafa é aberta.
Explique por que a solubilidade do
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar por que a solubilidade do
no refrigerante diminui quando a garrafa é aberta.
Informações dadas e pressupostos que vou usar: a única transformação considerada é a dissolução do (ou seja, sem reações químicas adicionais no refrigerante) e a garrafa está inicialmente pressurizada com
.
Informações dadas e pressupostos que vou usar: a única transformação considerada é a dissolução do
Passo 2
Princípio físico que descreve a solubilidade de um gás em líquido: a Lei de Henry. Escrevendo em forma simples:
onde:
-
é a concentração do gás dissolvido no líquido (por exemplo, em ou ); -
é a pressão parcial do gás acima do líquido (por exemplo, em ou ); -
é a constante de Henry (dependente da temperatura e do par gás/solvente), com unidades que tornam a igualdade dimensionalmente consistente (por exemplo, ou ).
O que a fórmula diz, em palavras simples: em equilíbrio, a quantidade de gás dissolvida no líquido é proporcional à pressão parcial desse gás na fase gasosa acima do líquido. Se a pressão parcial aumenta, a solubilidade aumenta proporcionalmente; se a pressão parcial diminui, a solubilidade diminui proporcionalmente.
Passo 3
Descrever a situação antes e depois de abrir a garrafa usando a Lei de Henry.
- Na garrafa fechada: a câmara contém
sob pressão alta. Chame essa pressão parcial de . Em equilíbrio, a concentração dissolvida é
Como
é grande (garrafa pressurizada),
é relativamente grande.
- Ao abrir a garrafa: a pressão parcial do
acima do líquido cai rapidamente para a pressão parcial atmosférica (muito menor do que a pressão dentro da garrafa fechada). O novo equilíbrio exigiria
que é bem menor que
porque
.
Passo 4
Explicar o que fisicamente acontece quando a garrafa é aberta (por que vemos as bolhas e o gás “escapar”).
Imediatamente após abrir, a concentração real do no líquido é ainda aproximadamente
, enquanto o novo equilíbrio pede
(menor). Ou seja, a solução fica supersaturada em relação à nova pressão parcial. Natureza não gosta de supersaturação: o excesso de
sai do líquido formando bolhas até que a concentração do líquido caia e se aproxime de
. Esse processo é favorecido por:
Imediatamente após abrir, a concentração real do
- queda da pressão parcial acima do líquido (motivo primário, pela Lei de Henry);
- presença de pequenas imperfeições e partículas que funcionam como sítios de nucleação para as bolhas;
- agitação/variação de temperatura que aceleram a formação e crescimento das bolhas.
Também é útil pensar pelo prisma do princípio de Le Châtelier: ao reduzir a pressão do
na fase gasosa, o equilíbrio entre gás e solução desloca-se no sentido de liberar mais gás (isto é, diminuir a quantidade dissolvida).
Passo 5
Resumo didático e uma regra prática para a prova: a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do gás sobre o líquido (
). Abrir a garrafa reduz fortemente a pressão parcial de
acima do refrigerante; portanto, a solubilidade do
diminui e o excesso de gás sai do líquido na forma de bolhas até que se alcance o novo equilíbrio.
Resposta
A solubilidade do
diminui porque, ao abrir a garrafa, a pressão parcial do
acima do líquido cai; pela Lei de Henry (
), a concentração de
que o líquido pode manter em equilíbrio diminui, e o excesso de gás sai na forma de bolhas até o novo equilíbrio ser atingido.