Um béquer contém água saturada com ar. Explique o que acontece se borbulharmos gás He a 1 atm na solução durante um período prolongado.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão nos apresenta. Temos um béquer com água saturada de ar, ou seja, a água já está com uma quantidade máxima de ar dissolvido nela. A pergunta é: o que acontece se a gente borbulhar gás hélio (He) a 1 atm nessa solução por um período prolongado?
Para resolver isso, vamos precisar entender alguns conceitos de solubilidade dos gases em líquidos e como diferentes gases interagem quando são adicionados a uma solução já saturada.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre solubilidade dos gases em líquidos. A solubilidade de um gás em um líquido depende da pressão parcial desse gás e de uma constante chamada Lei de Henry. A Lei de Henry nos diz que a quantidade de gás dissolvido em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do gás sobre o líquido. A fórmula fica assim:
Onde:
-
é a concentração do gás dissolvido, -
é a constante de Henry para aquele gás em particular, -
é a pressão parcial do gás.
Passo 3
Agora, vamos considerar que a água já está saturada com ar. O ar é uma mistura principalmente de nitrogênio (N��) e oxigênio (O₂). Quando começamos a borbulhar hélio (He) na água, estamos introduzindo um novo gás na solução.
O hélio tem uma solubilidade menor em água comparado ao nitrogênio e ao oxigênio. Isso significa que, para a mesma pressão, menos hélio se dissolve na água do que os outros componentes do ar.
Passo 4
Então, ao borbulharmos hélio continuamente, o hélio tentará se dissolver na água, aumentando a sua concentração dissolvida conforme a pressão parcial de He na solução se mantém em 1 atm. Porém, como a solubilidade do He é menor, ele não substitui totalmente os outros gases dissolvidos.
Além disso, para manter a pressão parcial do ar igual a 1 atm inicialmente, algum dos gases já dissolvidos (como o nitrogênio e o oxigênio) pode começar a se desprender da água para acomodar a entrada do hélio. Isso ocorre porque a presença do hélio reduz a pressão parcial dos outros gases na solução.
Passo 5
Com o tempo, esse processo leva a uma redução na quantidade de nitrogênio e oxigênio dissolvidos na água, já que parte deles está sendo “substituída” pelo hélio. Como resultado, a concentração total de gases dissolvidos na água diminui, já que o hélio não compensa totalmente a perda dos outros gases devido à sua menor solubilidade.
Resposta
Ao borbulharmos gás hélio a 1 atm em uma solução de água saturada com ar por um período prolongado, a concentração de oxigênio e nitrogênio dissolvidos na água diminui, sendo parcialmente substituída pelo hélio. No entanto, devido à menor solubilidade do hélio, a quantidade total de gases dissolvidos na água também reduz.