En cuanto giras la tapa de una bebida gaseosa, se oye un «psss» y empiezan a subir sin parar pequeñas burbujas dentro de la botella. Quizá alguna vez te hayas preguntado por qué una bebida que, mientras está cerrada, se ve transparente y quieta cambia tanto con solo abrir la tapa. El cambio se debe a la variación de la presión dentro de la botella, donde sigue habiendo el mismo gas.
La ley de Henry (Henry's Law) explica este fenómeno con una sola ecuación. Establece que, a temperatura constante, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión del gas en contacto con ese líquido. Se aplica en situaciones tan diversas como abrir una botella de bebida gaseosa y bucear a gran profundidad.
En este artículo veremos, por orden, qué establece la ley de Henry, qué ocurre en el cuerpo de un buzo y en qué casos la ley deja de ajustarse bien a lo que se observa.
Cómo mantiene la presión el gas disuelto en un líquido
Qué ocurre al abrir la tapa
Las bebidas gaseosas se elaboran disolviendo dióxido de carbono en la bebida a alta presión. El origen de este método se remonta a finales del siglo 18, cuando el británico Joseph Priestley disolvió dióxido de carbono en agua para producir agua con gas. El espacio vacío de la parte superior de la botella está lleno de dióxido de carbono a una presión superior a la atmosférica. Esa presión mantiene una gran cantidad de gas disuelto en la bebida.
Al abrir la tapa, la presión en la parte superior cae bruscamente hasta igualarse con la presión atmosférica. A esa nueva presión puede permanecer disuelto menos gas, de modo que el dióxido de carbono sobrante escapa en forma de pequeñas burbujas. Esas burbujas forman la espuma. Si se agita la botella antes de abrirla, la bebida se desborda con más fuerza porque las pequeñas burbujas que se forman al agitarla sirven de núcleos en los que se acumula de golpe el gas disuelto. Por la misma razón, una bebida que se deja abierta pierde el gas con el tiempo: el gas sigue escapando hasta que la cantidad disuelta alcanza el equilibrio a la nueva presión.
Qué establece la ley de Henry
Esta ley surgió de los experimentos que el químico británico William Henry realizó en 1803 para medir cuánto gas se disolvía en agua al variar la presión y la temperatura. Los resultados se publicaron ese mismo año en la revista científica de la Real Sociedad británica. Henry comprobó que, al duplicar o triplicar la presión, también se duplicaba o triplicaba la cantidad de gas que absorbía el agua. La ecuación se escribe C = k × P y significa que la concentración C del gas es directamente proporcional a la presión P. Por ejemplo, si la presión aumenta de 1 atmósfera a 4 atmósferas, la cantidad de dióxido de carbono que se disuelve a la misma temperatura también se cuadruplica.
- Solubilidad (Solubility). Es la cantidad de gas que puede disolverse en una cantidad determinada de líquido.
- Presión parcial (Partial Pressure). Es la presión que ejerce uno de los gases de una mezcla. La ley se aplica a cada gas según su propia presión parcial, con independencia de la presión total de la mezcla.
- Constante de Henry (Henry's Law Constant). Es el valor de k en la ecuación anterior. Depende de la combinación de gas y líquido, así como de la temperatura.
La diferencia entre estas constantes explica por qué, a la misma presión, unos gases se disuelven mejor en agua que otros. La ley describe la relación de proporcionalidad: si se duplica la presión, se duplica la cantidad disuelta, sea cual sea la solubilidad del gas.
Qué ocurre en el cuerpo de un buzo
La ley de Henry está directamente relacionada con la seguridad de quienes trabajan bajo el agua. Por cada 10 metros adicionales de profundidad, la presión aumenta aproximadamente 1 atmósfera. En la sangre y los tejidos del buzo que respira aire se disuelve más nitrógeno en proporción a ese aumento de presión.
El problema surge durante el ascenso. Si el buzo sube demasiado rápido a la superficie, la presión cae de golpe y el nitrógeno disuelto en los tejidos, sin tiempo para salir del cuerpo, forma burbujas dentro de los vasos sanguíneos. Esto es lo que se conoce como enfermedad por descompresión (Decompression Sickness), también llamada enfermedad del buzo. Puede causar desde dolor en las articulaciones o erupciones en la piel hasta parálisis en los casos graves.
(1) Ascender lentamente
El buzo asciende despacio a la velocidad establecida y hace pausas durante la subida para dar tiempo a que el nitrógeno salga del cuerpo con la respiración.
(2) Sustituir el nitrógeno por otro gas
Al trabajar a gran profundidad, a veces se utiliza una mezcla de gases con helio en lugar de nitrógeno. Esto se debe a que el helio es menos soluble en la sangre que el nitrógeno.
(3) Restablecer la presión
Si ya han aparecido síntomas, el buzo entra en una cámara de tratamiento presurizada para que las burbujas de su cuerpo vuelvan a disolverse. Luego se reduce la presión lentamente.
Las tres medidas siguen el mismo principio, ya que regulan la velocidad a la que disminuye la presión o hacen que se disuelva menos gas. Una sola ecuación explica tanto las burbujas de una bebida gaseosa como lo que ocurre dentro del cuerpo humano.
Cuándo deja de cumplirse la ley
La ley de Henry se cumple bien cuando se dan ciertas condiciones. En las soluciones reales, la relación de proporcionalidad puede desviarse ligeramente según cómo interactúen las moléculas del gas con las del líquido. Saber cuándo se producen esas desviaciones permite interpretar correctamente los valores.
(1) Cuando cambia la temperatura
Aunque la presión se mantenga constante, por lo general se disuelve menos gas cuando el líquido se calienta. Una bebida gaseosa pierde el gas más fácilmente al entibiarse porque la constante de Henry varía con la temperatura.
(2) Cuando el gas reacciona químicamente con el líquido
Los gases que reaccionan con el agua y se disocian en iones, como el cloruro de hidrógeno o el amoníaco, se apartan de la relación de proporcionalidad simple. Esto se debe a que parte del gas disuelto se ha transformado en otras sustancias.
(3) Cuando la presión es muy alta o la concentración es elevada
Si el gas está sometido a una presión muy alta o se disuelve en tal cantidad que la solución deja de ser diluida, se altera la relación de proporcionalidad. La ley alcanza su mayor precisión en soluciones diluidas y a presiones moderadas.
En la naturaleza, el hecho de que a mayor profundidad haya más presión y pueda haber más dióxido de carbono disuelto también supone un peligro. En 1986, en el lago Nyos, en Camerún, el dióxido de carbono acumulado en las profundidades del lago se liberó de forma repentina y murieron al menos 1,700 personas. Que un gas esté disuelto también significa que puede liberarse en cualquier momento.
Saber hasta dónde se cumple una ley es tan importante como conocerla. Una ley ofrece la mayor fiabilidad cuando se aplica conociendo las condiciones en las que se cumple. El primer paso para entender la ley de Henry es saber determinar cuánto gas permanece disuelto y cuánto se libera según la presión, aunque el gas sea invisible.
