Que fatores influenciam a solubilidade de um gás oxigênio em água é consequentemente afeta a vida aeróbica desse meio?

Pergunta ou Título

Como a temperatura afeta a solubilidade do oxigênio dissolvido?

Resposta

A solubilidade do oxigênio diminui à medida que a temperatura aumenta. Isso significa que a água superficial mais quente requer menos oxigênio dissolvido para atingir 100% de saturação do ar do que a água mais profunda e fria. Por exemplo, ao nível do mar (1atm ou 760mm Hg) e 4ºC (39ºF), 100% de água saturada com ar conteria 10,92 mg/L de oxigênio dissolvido. No entanto, se a temperatura fosse aumentada para a temperatura ambiente, 21°C (70°F), haveria apenas 8,68 mg/L de DO a 100% de saturação de ar. 
 

A solubilidadepode ser definida como a máxima quantidade possível de um soluto que pode ser dissolvida em certa quantidade de solvente a uma dada temperatura.

Essa quantidade máxima que pode ser dissolvida é também conhecida por coeficiente de solubilidade ou grau de solubilidade. Mas, a solubilidade de qualquer substância depende, entre outras coisas, do tipo de solvente no qual o soluto está disperso.

Por exemplo, o NaCl (cloreto de sódio - sal de cozinha) é bem solúvel em água, sendo que em 1 L de água a 20ºC, conseguimos solubilizar até 360 gramas desse sal. Mas, quando o solvente muda para a gasolina, nas mesmas condições de volume, temperatura e pressão, o sal não se dissolve.

Por que a solubilidade de uma substância varia tanto de um solvente para outro?

Um dos fatores é a polaridade dos compostos envolvidos. No exemplo citado, temos que o sal é polar, a água também é polar e a gasolina é apolar. O sal é formado por átomos de sódio (Na) e cloro (Cl) que se ligam por meio de ligações iônicas, em que o sódio doa definitivamente um elétron para o cloro, formando os íons Na+ e Cl-. Como esses íons possuem cargas opostas, eles se atraem e se mantêm unidos (Na+Cl-).

Que fatores influenciam a solubilidade de um gás oxigênio em água é consequentemente afeta a vida aeróbica desse meio?

Isso nos mostra que o sal é realmente polar, toda ligação iônica é polar, pois existe a diferença de carga elétrica no composto.

Já no caso da água, a ligação existente é covalente, na qual dois átomos de hidrogênio compartilham elétrons com um átomo de oxigênio. A molécula de água possui dois dipolos, com o oxigênio tendo a carga parcialmente negativa e o hidrogênio com a carga parcialmente positiva (δ- O ─ H  δ+). Mas, esses dipolos não se cancelam, porque a molécula de água se encontra em um ângulo de 104,5º, mostrando que a distribuição e carga ao longo da molécula não são uniformes. Há uma maior densidade de carga negativa sobre o átomo de oxigênio da molécula. Isso nos mostra que a molécula de água é realmente polar.

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Que fatores influenciam a solubilidade de um gás oxigênio em água é consequentemente afeta a vida aeróbica desse meio?

Assim, quando misturamos o sal na água, a parte positiva do sal, que são os cátions Na+, é atraída pela parte negativa da água, que é o oxigênio, e a parte negativa do sal (ânions Cl-) é atraída pela parte positiva da água (H+). Consequentemente, a união Na+Cl- é desfeita, solubilizando o sal na água.

Que fatores influenciam a solubilidade de um gás oxigênio em água é consequentemente afeta a vida aeróbica desse meio?

Já a gasolina é formada por uma mistura de diferentes hidrocarbonetos, sendo eles apolares, ou seja, a distribuição da carga elétrica da gasolina é uniforme. Assim, não há interação dos íons do sal com a gasolina e ele não se dissolve.

Esses e outros casos parecidos nos levam à seguinte conclusão:

Que fatores influenciam a solubilidade de um gás oxigênio em água é consequentemente afeta a vida aeróbica desse meio?

Entretanto, essa não pode ser considerada uma regra geral, pois existem muitos casos de solutos apolares que se dissolvem bem em solventes polares e vice-versa. Desse modo, para entender por que isso ocorre, temos que considerar ainda outro fator: o tipo de força intermolecular do solvente e do soluto.

Lei sobre isso no texto: “Relação entre Força Intermolecular e Solubilidade das Substâncias”.


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Água com gás não é apenas o conteúdo daquela garrafinha que você compra no supermercado ou as borbulhas que saem do refrigerante. O simples contato de um gás ou de uma mistura gasosa com um líquido faz com que parte desse gás se dissolva na água. Você pode achar isso estranho, mas garanto que os peixes, por exemplo, agradecem... afinal, graças a isso é que eles conseguem obter oxigênio para sua respiração.

Lembre-se do seguinte: um gás tem suas moléculas em constante movimento e, dessa forma, essas moléculas se chocam com os obstáculos que encontram no caminho. Quando o obstáculo que o gás encontra é a superfície de um líquido, vez por outra, moléculas com um pouco mais de velocidade conseguem penetrar no líquido, ficando dissolvidas.

Como vivemos em um planeta envolto por uma atmosfera gasosa, os líquidos, salvo situações de armazenamento muito especiais, estão sempre em contato com gás, fazendo-os sempre dissolver parte dele. Assim o contato com a atmosfera é que garante que uma parte do oxigênio do ar acabe dentro dos oceanos e dê suporte à respiração de toda fauna marinha.

Como o gás entra no líquido?

Você leu no segundo parágrafo uma explicação sobre o mecanismo que permite que a molécula de gás entre no líquido, mas isso é influenciado por diversos fatores:

Pressão do gás: quanto maior a pressão que um gás exerce, maior o número e a força das colisões de suas moléculas com os obstáculos. Se as colisões tornam-se mais fortes e freqüentes, mais moléculas conseguirão penetrar no líquido.

Lembre-se do que acontece quando você abre uma garrafa de refrigerante. Ao aliviar a pressão do gás pela abertura da tampa, menos gás conseguirá ficar dissolvido, daí o aparecimento imediato das borbulhas no refrigerante.

Temperatura do líquido: a temperatura tem a ver com o grau de agitação molecular, certo? Quanto mais agitadas, mais velozes. Quanto mais velozes mais fácil de romper as "barreiras" que encontram pelo caminho. Quando o líquido está quente, todas suas moléculas, inclusive as dos gases dissolvidos, estão mais agitadas, assim fica mais fácil elas escaparem do líquido e, conseqüentemente, mais difícil dissolver um gás dentro dele.

Novamente ao refrigerante: você já percebeu como um refrigerante gelado tem mais gás dissolvido que o quente? Repare pelo número de borbulhas que eles apresentam ou mesmo pela espuma que produzem quando o colocamos em um copo. Não confunda uma coisa: borbulhas são constituídas por gás não dissolvido, ele está na forma gasosa.

Agitação da superfície do líquido: quanto mais agitada estiver a superfície do líquido, mais fácil para as moléculas do gás entrarem ou saírem dele (troca gasosa), pois mais fácil será romper a tensão superficial. É o que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante após agitá-la.

Este efeito é utilizado e mal compreendido em aquários. Quando colocamos uma pedra porosa ligada a uma pequena bomba de ar no fundo do aquário, muitos pensam que as bolhas que saem da pedra é que são responsáveis pela introdução de gás na água. Na verdade essas bolhas servem para agitar a superfície da água e facilitar a troca gasosa com a atmosfera.

Problemas na troca gasosa

Algumas situações podem causar problemas por atrapalharem as trocas gasosas ou até pela existência dessas trocas. Um derramamento de óleo no oceano faz com que surja uma "película protetora" na superfície da água que impedirá a troca gasosa com a atmosfera. O oceano fica carente de oxigênio e saturado de gás carbônico, o que não é muito interessante para a vida marinha.

A grande concentração de poluentes na atmosfera também pode influir de maneira muito prejudicial. Gases como o dióxido de carbono (CO2) e outros óxidos, como os de enxofre e nitrogênio irão se combinar com a água da chuva dando origem a uma solução ácida, daí o nome chuva ácida.

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A Lei de Henry

A dissolução gasosa em líquidos é regida por uma lei conhecida como Lei de Henry. Essa lei diz que a solubilidade de um gás em água depende da pressão parcial do gás exercida sobre o líquido. A constante de proporcionalidade utilizada nessa lei varia com o gás e a temperatura, e recebe o nome de constante de Henry.

A Lei de Henry e seu estudo é fundamental para a fabricação de águas minerais e outras bebidas gasosas, bem como em questões ambientais.

Que fatores afetam a solubilidade do oxigênio na água?

Águas com temperaturas mais baixas têm maior capacidade de dissolver oxigênio; já em maiores altitudes, onde é menor a pressão atmosférica, o oxigênio dissolvido apresenta menor solubilidade.

Quais fatores interferem na solubilidade dos gases na água?

A solubilidade de gás em líquidos depende de três fatores, a pressão exercida sobre o gás, a temperatura do líquido e a reatividade do gás. Lei de Henry: a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão do gás sobre o líquido.

Por que a solubilidade do gás oxigênio na água é baixa?

A solubilidade do oxigênio diminui à medida que a temperatura aumenta. Isso significa que a água superficial mais quente requer menos oxigênio dissolvido para atingir 100% de saturação do ar do que a água mais profunda e fria.

Quais são os fatores que afetam a solubilidade?

A solubilidade de uma substância depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da pressão às quais o sistema é submetido.