Solubilidad de liquidos en gases

SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS

Desde el comienzo de la ciencia moderna, la solubilidad de gases en líquidos ha surgido como un campo de interés teórico y práctico. Esta propiedad fisicoquímica se utiliza a manera de sonda para conocer las propiedades de las soluciones y del estado líquido. En medio acuoso existe un amplio intervalo de solubilidades de gases en fracción molar a presión atmosférica: desde menos de 10-5 (como el SF6) hasta 0,2 (como el NH3). Dentro de este intervalo se encuentra un gran conjunto de gases polares y no polares de distinto tamaño, forma y polarizabilidad. Cuando el soluto tiene una solubilidad inferior de 10-4 en fracción molar, los tratamientos teóricos se facilitan porque la solución se aproxima al comportamiento de una solución ideal.

Aspectos termodinámicos de la solubilidad de gases en líquidos:

Si dos compuestos puros se ponen en contacto, sin importar su naturaleza, ocurre una mezcla entre ellos. Puede ser infinitamente pequeña (como la producida entre dos sólidos) o muy grande, cuando se alcanza la mezcla total. La solubilidad de una sustancia en otra representa la cuantificación del grado de mezcla que ocurre cuando las sustancias son puestas en contacto y se les deja el tiempo suficiente para que se alcance el equilibrio termodinámico. La disolución es un modelo que al ser utilizado permite describir dicho proceso.

Desde el punto de vista termodinámico, el proceso de mezcla se evalúa a partir de las propiedades de los compuestos puros y de la mezcla. De acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC del 2008, la solubilidad se define como la composición analítica de una mezcla o solución que se encuentra saturada de uno de los componentes de la solución, y se expresa en términos de la proporción del compuesto designado a una temperatura y presión definidas. El término solubilidad también se emplea frecuentemente en un sentido más general para relatar el proceso de la disolución.

Cuando el soluto gaseoso B alcanza el equilibrio en un sistema constituido por una fase líquida y una fase de vapor, el valor de su potencial químico es el mismo en cada fase:

[pic 1]

En esta ecuación  son las fracciones molares de C-1 compuestos en el sistema. Al introducir la expresión analítica para los potenciales químicos se obtiene:[pic 2]

[pic 3]

Dependencia de la solubilidad de gases en líquidos con la temperatura: cambios en las funciones termodinámicas:

La relación entre la solubilidad y los cambios en las funciones termodinámicas se realiza a partir de la constante de equilibrio. La energía libre estándar de Gibbs viene dada por:

[pic 4]

Donde es la solubilidad en fracción molar del gas en el equilibrio a 1,0132 bar o 1 atmósfera de presión parcial de gas, de acuerdo con el estado estándar empleado. La ecuación  utiliza la fracción molar del soluto en vez de la actividad, porque en soluciones muy diluidas, el coeficiente de actividad tiende a la unidad. Se debe estudiar la solubilidad en función de la temperatura para poder calcular los cambios en la entropía y la entalpía estándar para el proceso de transferencia del gas, desde la fase de vapor hasta una solución hipotética de gas infinitamente diluida, ya que:

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