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  • Tracy Gunn

Comprender la Ley de Henry en Física IDC Dive Theory


William Henry 1774-1836
La Ley de Henry dice que "la cantidad de gas que se disuelve en un líquido a una temperatura determinada es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas".



Por lo tanto, la presión y la temperatura son los dos factores principales que afectan la solubilidad del gas.

Así como la sal es más soluble que la grasa, también lo es la solubilidad de un gas particular en un líquido particular.


William Henry


William Henry nació en Manchester 1774-1836. Un accidente infantil, provocado por la caída de un rayo sobre él, le impidió la normal infancia activa y lo predispuso al estudio. Dejó la medicina después de 1 año por motivos familiares y en 1796 se unió a la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester. Se alega que aquí formó una fuerte asociación con John Dalton. En 1802 publicó la Ley de Henry. Sufrió dolor a lo largo de su vida a causa de su herida infantil y en 1836 se pegó un tiro en su capilla privada.



William Henry le da crédito humildemente a Dalton por esta idea:

"...la teoría que me había sugerido el señor Dalton sobre este tema, y ​​que parece ser confirmada por mis experimentos, es que la absorción de gases por el agua es puramente un efecto mecánico"

La Ley de Henry


La ley de Henry se puede dividir esencialmente en dos partes

  • A medida que aumenta la presión, también aumenta la solubilidad de los gases en líquidos

  • A medida que aumenta la temperatura, disminuye la solubilidad de los gases en los líquidos


En pocas palabras

  • más presión, más gas puede ser absorbido por un líquido

  • cuanto más frío es el líquido, más gas puede absorber. A medida que un líquido se calienta, el gas se escapa de él. (piense en hervir una tetera).


Matemáticamente la Ley se expresa como:

P=KC


Donde

P = la presión parcial del gas

C = Concentración del gas

K= Constante de la ley de Henry




 


Aplicaciones



Parte 1 con presión



Producción de Bebidas Carbonatadas




La solubilidad del CO2 (dióxido de carbono) aumenta bajo presión. Al abrir la botella a presión atmosférica, la solubilidad disminuye y el gas forma burbujas que se liberan del líquido. Esto nos muestra que el líquido disuelve los gases y si las condiciones cambian, la cantidad de ese gas que puede permanecer en solución también cambia.






Grandes Altitudes




La Hipoxia puede ocurrir debido a que la concentración de O2 (oxígeno) es tan baja en la sangre y los tejidos que los escaladores o las personas que viven en altura pueden sentirse débiles o incapaces de pensar correctamente.






En Buceo



Para ayudar a comprender la Ley de Henry, es útil comparar el buceo con la botella de refresco mencionada anteriormente. La presión dentro de la botella ha provocado que el dióxido de carbono sea soluble en la soda. Cuando se abre, se libera presión haciendo que el dióxido de carbono pierda su solubilidad y escape en forma de burbujas.


Durante el buceo, el gas se respira a una presión ambiental. Esto aumenta con la profundidad debido a la presión hidrostática. Desafortunadamente, nuestros cuerpos no están acostumbrados al aire a presión. Con una mayor presión de aire en los pulmones, los gases se vuelven cada vez más solubles en la sangre. Mientras se metaboliza el oxígeno, se acumulan en el cuerpo gases inertes como el nitrógeno y el helio. Según la Ley de Henry, la solubilidad de los gases aumenta con la profundidad y los tejidos del cuerpo absorben más gas hasta alcanzar la saturación para esa profundidad. Esto no es problema hasta el ascenso.



Cuando el buzo asciende, se descomprime y la solubilidad del gas disuelto en los tejidos de los buzos disminuye proporcionalmente. Se pueden formar burbujas (como en la botella de refresco) a medida que el nitrógeno/helio se reequilibra si la sobresaturación es demasiado grande y se excede un gradiente de presión seguro. Estas burbujas pueden crecer y causar obstrucciones en los capilares o problemas mayores en los tejidos más sólidos que pueden causar daños conocidos como enfermedad por descompresión. Esto se evita ascendiendo lo suficientemente lento como para que la sangre se lleve el exceso de gas disuelto y lo libere a los pulmones.



Sin entender cómo los gases se disuelven dentro y fuera de un líquido, no tendríamos nuestras tablas de buceo o computadoras que nos proporcionen los límites sin paradas y/o los programas de descompresión que nos permitan minimizar los riesgos de enfermedad por descompresión.



 

Parte 2 con temperatura

Además de la presión, la temperatura también afecta la disolución de gases en líquidos. Como la temperatura de nuestro cuerpo se mantiene dentro de un rango estrecho, no es una preocupación importante en relación con la teoría de la descompresión, pero ayuda a explicar por qué no podemos tomar baños o duchas calientes después de bucear o por qué no debemos hacer ejercicio o realizar actividades extenuantes. Un aumento en la temperatura hará que el nitrógeno se vuelva menos soluble y aumentará la liberación de gases, lo que posiblemente cause la enfermedad por descompresión (DCS)"


En agua fría, la gasificación de nitrógeno es mayor, y esto dará como resultado tiempos de inmersión más cortos e inmersiones menos profundas (recuerde, también planeamos inmersiones en agua fría o extenuantes 4 m/10 pies más profundas para ser más conservadores).

Los cambios en la solubilidad del gas debido a la temperatura también afectan el mundo submarino. La cantidad de oxígeno disuelto disponible para la vida acuática se ve afectada por la temperatura.



 

Comprendiendo la Ley de Henry





Un buen punto de partida es hablar de soluciones, como cuando ponemos azúcar en una taza de café. Las moléculas de soluto se entremezclan uniformemente con las moléculas del solvente y, aunque ambas coexisten en la copa, ambas sustancias aún conservan sus comportamientos individuales.



Sustancia disoluta

Sustancia que se disuelve




Solvente

Sustancia en la que se disuelve el soluto.




Tensión de gas

Los gases disueltos en un líquido todavía ejercen presión. Esto se conoce como "tensión de gas".





Imagine un líquido como el agua que está completamente libre de gas (sin gas disuelto en él significa que la tensión del gas es cero). Cuando se expone a una mezcla de gases, las moléculas de gas se difundirán en el agua, impulsadas a la solución por la presión parcial de cada gas individual.

La cantidad de moléculas de gas disueltas en un líquido se denomina "tensión de gas", que es básicamente la presión parcial del gas disuelto en el líquido.



Los gases aún conservan sus propiedades incluso cuando están completamente rodeados por moléculas líquidas y aún ejercen presión desde el interior del líquido.

Como el agua es el principal disolvente de nuestro cuerpo, es esto lo que más nos interesa. El gas siempre corre de alta a baja presión hasta que la tensión del gas en solución es la misma que la presión parcial del gas en contacto. con la solución

Presión Gradiente



La diferencia entre la tensión del gas dentro del líquido y la presión parcial del gas fuera del líquido se denomina "gradiente de presión".

Cuanto mayor es el gradiente, más rápidamente entra o sale el gas de la solución.


El fenómeno es el mismo incluso si pones una mezcla de gases, como el aire, en contacto con el agua. Siguiendo la Ley de Dalton, cada gas en contacto con el agua se disuelve hasta que su presión parcial en solución es igual a su presión parcial. Cada gas de la mezcla actúa independientemente de los demás.

Cuando el gradiente de presión es alto, la tasa de absorción de gas dentro (o fuera) del agua es alta. A medida que el gas se disuelve dentro (o fuera) del agua, el gradiente disminuye y la velocidad a la que el gas se disuelve dentro (o fuera) del agua se ralentiza.


El gas no se disuelve instantáneamente dentro o fuera de un líquido. Lo hace gradualmente, durante un período de tiempo y depende del líquido, el gas y el área de contacto entre los dos.

Discutiremos este fenómeno más en fisiología.


Las moléculas de gas se mueven a favor de un gradiente de presión; en otras palabras, el gas se mueve de una región de alta presión a una región de baja presión, ya sea que se disuelva (como en el descenso) o que salga de la solución (lo que sucede en el ascenso).





Saturación


La presión disuelta dentro del líquido será igual a la presión del gas en contacto con él. Esto se conoce como "saturación".

A medida que aumenta el número de moléculas de gas, la tensión del gas también aumenta hasta que se alcanza un estado de equilibrio. Cuando la tensión del gas dentro de un líquido alcanza el equilibrio con la presión parcial del gas en contacto con el líquido, no se produce más intercambio neto del gas (aunque seguirá entrando y saliendo del líquido un número igual de moléculas). En este punto se dice que el líquido está "saturado" con ese gas.


Si la presión del gas en contacto con el líquido aumenta, entonces el líquido ahora podrá contener más gas que antes. El intercambio de gases continuará como antes hasta que se alcance un nuevo equilibrio.

Podemos encontrar saturación ya sea descendente o ascendente. Si la presión cambia, la tensión del gas también cambiará hasta que se logre el equilibrio (saturación).


A menos que ocurra un cambio en la temperatura o la presión, la tensión del gas permanecerá constante

Sobresaturación (Supersaturación)


Cuando se reduce la presión en contacto con un líquido (ascenso del buzo), la tensión del gas dentro del líquido será mayor que la presión en contacto con el líquido. Esto se conoce como "sobresaturado"

Imagina que has estado buceando durante el tiempo suficiente para que tu sangre y tus tejidos se saturen por completo (en realidad, con suerte no lo harás). ¿Qué pasa cuando decides volver a la superficie (1 ata)?

A medida que asciende, hay menos presión en el aire que respira que en el gas disuelto en su cuerpo, que es principalmente líquido. Esto significa que está sobresaturado o que contiene más gas del que su cuerpo puede mantener en solución a esa presión.

Ahora existe un gradiente de presión y el gas fluirá de alta a baja presión. A medida que el gas comienza a disolverse fuera de la solución (desaturarse), continuará hasta que alcance el equilibrio con la nueva presión parcial del gas en sus pulmones.


Líquidos específicos pueden tolerar cierto grado de sobresaturación de un gas específico y no formar burbujas (aunque pueden formarse burbujas silenciosas en muchas inmersiones). Si existe demasiado gas disuelto en la solución (un gradiente de presión demasiado alto), entonces el gas puede salir de la solución más rápido de lo que puede difundirse por el cuerpo y se formarán burbujas.




Enfermedad de Descompresión




Enfermedad de Caissons o DCS

  • A medida que desciende, está expuesto a una mayor presión. A medida que respira aire/EANx a la presión circundante, existe una presión parcial más alta en los pulmones que en la sangre y otras aguas en los tejidos corporales.

  • El nitrógeno se disuelve en el cuerpo. El metabolismo y otros procesos bioquímicos consumen oxígeno, por lo que esto no nos preocupa con respecto a la descompresión.

  • A medida que el buzo se adentra más y más, se acumula más nitrógeno (o helio) en el torrente sanguíneo, los músculos y los tejidos. A medida que aumenta la presión, también lo hace la solubilidad del nitrógeno.

  • Como el buzo permanece en un ambiente altamente presurizado, los gases inertes no se pueden aliviar. Esto solo puede suceder al ascender a niveles con una presión externa más baja.

  • Idealmente, esto debería suceder en un ascenso lento y gradual a la superficie.

  • Al ascender, sus tejidos están sobresaturados con nitrógeno. Siempre que se haya mantenido dentro de los límites de su tabla de buceo/ordenador, el gradiente de presión debe ser lo suficientemente bajo como para evitar la formación de burbujas que provoquen una EDC.

  • Si el buceador asciende demasiado rápido, se formarán burbujas que interfieren con los nervios, los vasos sanguíneos y linfáticos y provocan un dolor insoportable en las articulaciones y la coagulación.



PARADA DE SEGURIDAD


El buceo recreativo es un buceo sin paradas, lo que significa que puedes ascender directamente a la superficie sin detenerte. Sin embargo, las prácticas seguras de buceo recomiendan encarecidamente una parada de seguridad después de cada inmersión (S.A.F.E. Safely Ascend From Every dive) y es más una precaución que una parada obligatoria. Cuando buceas cerca de los límites de profundidad o tiempo (límites del buceo recreativo), está parada se vuelve obligatoria. En algunas inmersiones, es posible que su computadora ni siquiera muestre la necesidad de una parada de seguridad, como en inmersiones poco profundas entre 8 y 10 metros.



PARADA DE DESCOMPRESIÓN


Una parada de descompresión es una parada que el buzo DEBE hacer para permitir que los gases se liberen lentamente del cuerpo. El tiempo y la profundidad de estas paradas son proporcionados por tablas de descompresión o computadoras de buceo.


Cuando superas el límite sin descompresión del buceo recreativo, cambia de buceo sin paradas a buceo con descompresión. El buzo no puede ascender directamente a la superficie y debe hacer paradas obligatorias o el riesgo de DCS es muy alto.



Si supera los límites sin paradas (ya sea en una inmersión técnica planificada o recreativa), deberá realizar una parada de descompresión. En pocas palabras, las paradas se planifican para que no termine con un gradiente de presión excesivo que provoque la enfermedad por descompresión (DCS). Durante una parada, el nitrógeno se difunde en los pulmones y sale de la solución. Cuando el gradiente de presión se haya reducido lo suficiente, puede ascender a la siguiente parada y continuar hasta que la tensión de PN2 se haya reducido lo suficiente como para salir a la superficie.



Sin embargo, existen muchas variables que afectan la fisiología y el modelado de la descompresión.

  • No todos los tejidos absorben gas al mismo ritmo.

  • Diferentes tejidos pueden tener diferente permeabilidad (la capacidad de permitir que el gas pase a través de los tejidos).

  • La tasa de absorción depende de la circulación sanguínea.

  • La natación extenuante o el agua fría pueden reducir la circulación en las extremidades

  • Los gases tienen diferente solubilidad en diferentes tejidos.


Debido a estas diferentes variables, diferentes tejidos corporales absorben y liberan nitrógeno a diferentes velocidades. Si se les da suficiente tiempo, todos los tejidos se saturarán, pero debido a que una inmersión típica tiene una duración bastante corta, algunas áreas del cuerpo se saturarán mientras que otras no.


La Ley de Henry ayuda a explicar el comportamiento de los gases en solución y esta es la base de la teoría de la descompresión. Aunque todavía estamos aprendiendo sobre el cuerpo humano y cómo se ve afectado por los gases disueltos, podemos predecir la descompresión con gran fiabilidad. Mientras sigamos prácticas de buceo conservadoras y nos mantengamos dentro de los límites de nuestras tablas y computadoras de buceo, es muy poco probable que experimentemos la enfermedad por descompresión.



Síntomas de la enfermedad por descompresión (DCS)

  • Dolor en las articulaciones

  • Fatiga

  • Picazón y erupciones

  • Tos y dolor en el pecho

  • Mareos y parálisis

  • Inconsciencia

  • Muerte

La mayoría de los síntomas ocurren dentro de las 24 horas posteriores a la descompresión, pero pueden ocurrir hasta 3 días después.


Prevención

  • Ascender a menos de 18 m/60 pies por minuto. Cuanto más lento sale un buzo a la superficie, más lentamente se equilibra el exceso de nitrógeno y menor es el impacto en el buzo

  • Manténgase bien dentro de los límites de las mesas y las computadoras

  • Respirar aire con mezclas de helio y oxígeno sin nitrógeno. En inmersiones profundas, el nitrógeno también puede provocar una disminución de la función mental. El helio es menos soluble en la sangre y no se acumula. Esto posee menos amenaza para un buceador y es ideal para inmersiones profundas.

  • Descomprimir en una cámara de descompresión. Los buzos se colocan en un entorno de alta presión que se reduce lentamente, lo que permite que se libere nitrógeno a un ritmo seguro.


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Ponte a prueba con 19 preguntas basadas puramente en

la Ley de Henry






 

Aquí hay enlaces a todos los exámenes.




Examen de Agua, Calor, Luz, Sonido y Gases

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Examen de Arquímedes parte 1

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Examen de Arquímedes Parte 2

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Examen de Presión

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Examen de la Ley de Boyles Parte 1

Cambios de profundidad de un solo nivel

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Examen de la Ley de Boyles Parte 2

Cambios de profundidad de varios niveles

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Examen de la ley de Charles

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Examen de la ley de Henry

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Examen de la ley de Dalton

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(1)"Henry, William ." Complete Dictionary of Scientific Biography. . Encyclopedia.com. (April 16, 2021). https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/henry-william


(2)An Introduction to Scuba Gas Laws – Part 3: Henry’s Law. (2009). Aqua Views - Online SCUBA Magazine. https://www.leisurepro.com/blog/scuba-guides/an-introduction-to-scuba-gas-laws-part-3-henrys-law/


(3)Wikipedia contributors. (2021, May 14). Henry’s law. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Henry%27s_law


(4)Libretexts. (2021, January 22). The Bends. Chemistry LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Equilibria/Heterogeneous_Equilibria/The_Bends


(5) Henry, W. (1802, December 23). William Henry Experiments on the Quantity of Gases Absorbed by Water. Rstl.Royalsocietypublishing.Org. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/William_Henry-Experiments_on_the_Quantity_of_Gases_Absorbed_by_Water.pdf


(6) Libretexts. (2021b, January 22). The Bends. Chemistry LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Equilibria/Heterogeneous_Equilibria/The_Bends


(7) The Encyclopedia of Recreational Diving (3rd ed.). (2008). PADI.


(8) Divemaster Course Instructor Guide (1999 edition). (2005). PADI



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