¿Cómo podría explicar por qué la solubilidad de un gas generalmente disminuye con un aumento de la temperatura?

Recuerde que, a presión constante, dG = dH – TdS. Deje que dG sea la energía libre asociada con la disolución de un gas en un solvente.

La entropía de disolución siempre es negativa para un gas porque el estado inicial (un gas) es más desordenado que el estado final (un soluto). A altas temperaturas, el término TdS domina, lo que hace que dG sea más positivo desplazando el equilibrio hacia el gas que no se disuelve (recuerde dG = -RTlnK). Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura, el término TdS se vuelve cada vez más pequeño, lo que hace que dG sea cada vez menos positivo, desplazando el equilibrio hacia la disolución del gas.

Por supuesto, para que esto funcione, dH debe ser negativo, lo que probablemente depende del sistema. Sin embargo, si un gas tiene cierta solubilidad en un solvente, debe ser impulsado entalpicamente, por lo que una disminución de la temperatura siempre provoca un aumento de la solubilidad.

La solubilidad de un gas en un líquido depende de la temperatura, la presión parcial del gas sobre el líquido, la naturaleza del disolvente y la naturaleza del gas. El solvente más común es el agua. Las bebidas carbonatadas son un ejemplo de la ley de Henry en la vida cotidiana. El dióxido de carbono disuelto permanece en solución en una botella de pop cerrada o en una lata donde la presión parcial de dióxido de carbono se estableció en un valor alto durante el embotellado. Cuando se abre la lata o la botella, la presión parcial de CO2 es mucho menor y el dióxido de carbono disuelto escapará gradualmente del pop. Cuando se establezca el nuevo equilibrio de baja presión parcial, el refresco será “plano”. Esta pérdida de dióxido de carbono disuelto ocurrirá más rápido para refrescos calientes que para fríos.
La solubilidad del gas siempre está limitada por el equilibrio entre el gas y una solución saturada del gas. El gas disuelto siempre seguirá la ley de Henry.
La concentración de gas disuelto depende de la presión parcial del gas. La presión parcial controla el número de colisiones de moléculas de gas con la superficie de la solución. Si la presión parcial se duplica, el número de colisiones con la superficie se duplicará. El mayor número de colisiones produce más gas disuelto.

Sin embargo, tenga en cuenta que los solutos gaseosos exhiben un comportamiento más complejo con la temperatura. A medida que la temperatura aumenta, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua, pero más solubles en solventes orgánicos.

El pensamiento muy simple es así: con el aumento de la temperatura, un líquido se vuelve más como un gas; la respuesta es energía, diferencia de energía entre interacciones no covalentes de molécula de gas / molécula de solvente versus energía de moléculas de solvente; el primero es siempre el mismo y el segundo aumenta con el aumento de la temperatura.

Con el aumento de la temperatura, las partículas de gas tienen una mayor energía y, por lo tanto, un movimiento más vigoroso, lo que facilita el escape de la solución.

Si desea que otros hagan sus tareas para usted, al menos tenga la iniciativa de mirar primero.