Legge di Henry: la solubilità dei gas nei liquidi

Perché una bottiglia di acqua frizzante «sfiata» appena la apri? Perché un subacqueo deve risalire lentamente? Entrambe le risposte stanno in una sola relazione: la legge di Henry, che lega la quantità di gas disciolto in un liquido alla pressione del gas sopra di esso. È il modo in cui la chimica fisica descrive la solubilità dei gas.

Vediamo cosa dice la legge di Henry, come la pressione e la temperatura cambiano la solubilità di un gas, e i casi pratici delle bevande gassate e delle immersioni.

I gas si sciolgono nei liquidi: ma quanto?

I gas si sciolgono nei liquidi, anche se in genere molto meno dei solidi. La quantità che si scioglie dipende dalla natura del gas e del liquido, ma soprattutto da due fattori facilmente controllabili: la pressione del gas sopra il liquido e la temperatura. La legge di Henry mette in numeri il primo di questi due effetti.

La legge di Henry

La legge di Henry afferma che, a temperatura costante, la quantità di gas disciolta in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale di quel gas sopra il liquido. In una forma comune si scrive:

p = k_H × x   (pressione del gas = costante di Henry × frazione molare disciolta)

dove p è la pressione parziale del gas, x la sua frazione molare disciolta e k_H la costante di Henry, caratteristica della coppia gas-solvente e dipendente dalla temperatura. In parole povere: più alta è la pressione del gas, più gas si scioglie.

solubilità del gas ∝ pressione parziale del gas sopra il liquido

Effetto della pressione: le bevande gassate

Le bibite frizzanti sono il caso più familiare. In bottiglia, l’anidride carbonica viene disciolta sotto pressione: la pressione elevata forza molta CO₂ a sciogliersi. Quando si apre la bottiglia, la pressione sopra il liquido crolla a quella atmosferica, la solubilità cala bruscamente e l’eccesso di gas sfugge formando le bollicine. È la legge di Henry in diretta: meno pressione, meno gas disciolto.

Effetto della temperatura: i gas amano il freddo

A differenza della maggior parte dei solidi, i gas si sciolgono meglio a bassa temperatura. Scaldando il liquido, le molecole di gas disciolte acquistano energia e sfuggono più facilmente: la solubilità diminuisce. Per questo una bibita calda è più piatta di una fredda, e per questo l’acqua scaldata sul fuoco rilascia bollicine prima ancora di bollire (sono i gas disciolti che escono). È anche una questione ambientale: l’acqua dei fiumi più calda trattiene meno ossigeno, con conseguenze per la vita acquatica.

Le immersioni subacquee

Il subacqueo respira aria compressa: in profondità, la pressione elevata fa sciogliere nel sangue più azoto del normale, sempre per la legge di Henry. Se la risalita è troppo rapida, la pressione cala bruscamente e l’azoto in eccesso esce dalla soluzione formando bolle nel sangue e nei tessuti: è la pericolosa malattia da decompressione. Per questo si risale lentamente e con soste programmate, lasciando al gas il tempo di uscire gradualmente attraverso i polmoni invece che formando bolle.

Perché conoscere questa legge è utile

La legge di Henry non è un dettaglio accademico: governa la carbonatazione delle bevande, l’ossigenazione delle acque, la sicurezza delle immersioni e molti processi industriali in cui un gas deve essere disciolto o rimosso da un liquido. Dovunque un gas e un liquido siano a contatto, la pressione e la temperatura decidono quanto gas resta in soluzione, e questa semplice proporzionalità permette di prevederlo. È un esempio di come una relazione elementare descriva fenomeni quotidiani e situazioni in cui la sicurezza dipende dal controllo delle condizioni.

Domande frequenti

Che cosa dice la legge di Henry?

Che a temperatura costante la quantità di gas disciolta in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale di quel gas sopra il liquido, secondo la relazione p = k_Hx. In pratica: più alta è la pressione del gas, più gas si scioglie nel liquido. Vale soprattutto per gas poco solubili e a pressioni non troppo elevate.

Perché le bibite gassate fanno le bollicine all’apertura?

Perché in bottiglia la CO₂ è disciolta sotto pressione elevata. All’apertura la pressione crolla a quella atmosferica, la solubilità del gas diminuisce di colpo e l’eccesso di anidride carbonica sfugge dal liquido formando le bollicine. È la diretta conseguenza della legge di Henry: meno pressione, meno gas disciolto.

I gas si sciolgono meglio nell’acqua calda o fredda?

Nell’acqua fredda. A differenza della maggior parte dei solidi, i gas diventano meno solubili all’aumentare della temperatura: scaldando, le molecole di gas acquistano energia e sfuggono più facilmente dal liquido. Per questo una bibita calda è più piatta e le acque fredde trattengono più ossigeno.

Che cos’è la malattia da decompressione?

È un disturbo dei subacquei dovuto alla legge di Henry. In profondità l’alta pressione fa sciogliere molto azoto nel sangue; se la risalita è troppo rapida, la pressione cala bruscamente e l’azoto in eccesso forma bolle nei tessuti e nel sangue, con effetti pericolosi. Si previene risalendo lentamente, con soste che permettono al gas di uscire gradualmente.

Da cosa dipende la costante di Henry?

Dalla natura del gas e del solvente e dalla temperatura. Ogni coppia gas-liquido ha la sua costante k_H, e poiché questa varia con la temperatura, la legge di Henry si applica a temperatura fissata. La costante non dipende invece dalla pressione, che è proprio la variabile la cui proporzionalità la legge descrive.