La constante de Henry fue descubierta en el siglo XIX y se utiliza para calcular la cantidad de gas que se disuelve en un líquido. Para la intrusión de vapor (IV), si sabemos qué productos químicos están presentes en las aguas subterráneas, sus concentraciones y la temperatura de las aguas subterráneas, podemos calcular sus concentraciones en el gas del suelo en contacto con las aguas subterráneas. Los cálculos se realizan automáticamente mediante la Calculadora de Nivel Guía de Intrusión de Vapor (VISL) de la USEPA, pero también se pueden entender utilizando la constante de Henry. Para descubrir cómo se aplican las constantes de Henry a la IV, sigue leyendo…

Constantes de Henry

En el siglo XIX, el químico inglés William Henry experimentó con la disolución de gases en agua. Descubrió que los vapores que escapaban del agua ejercían cantidades variables de presión, dependiendo del producto químico, de su concentración y de la temperatura del agua. Si usamos la tabla de propiedades químicas (Chem Props) en la VISL de la USEPA, verás varias columnas con las constantes de Henry para cada producto químico. El valor en la columna L proporciona las constantes de Henry en términos de presión, a la temperatura estándar de las aguas subterráneas de 25°C (77°F). Esta es la temperatura de las aguas subterráneas en Miami, Florida, pero si utilizamos la guía técnica VI de la USEPA de otro estado, por ejemplo, Ohio, la temperatura adecuada es de 11°C, lo que es mucho más bajo que en la ciudad de Miami. La temperatura de las aguas subterráneas normalmente refleja el promedio anual, por lo que generalmente se utiliza la misma configuración en cualquier época del año.

La calculadora VISL utiliza la temperatura de las aguas subterráneas, la solubilidad y otros factores para calcular la constante de Henry para cada producto químico y la usa para calcular el VISL de las aguas subterráneas. Notarás que cuando cambias la configuración de temperatura en la hoja VISL, los VISL del agua subterránea cambian, pero el VISL del gas del suelo no. Esto se debe a las constantes de Henry, ya que los vapores emanan del agua en una concentración mayor si está caliente, pero la atenuación del vapor subslab, que es principalmente la dilución del gas del suelo por el aire interior, no está directamente relacionada con la temperatura.

Varias otras columnas en la hoja están dedicadas a las constantes de Henry, pero los valores en la columna R son los más útiles, ya que proporcionan las constantes de Henry a la temperatura deseada, según la información que se haya introducido en la calculadora VISL. También proporcionan constantes de Henry en forma adimensional, que son más útiles que los valores de presión.

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La constante de Henry adimensional es la razón entre la concentración de un producto químico en el aire en relación con su concentración en el agua adyacente, asumiendo el equilibrio. Por ejemplo, si configuras la temperatura de las aguas subterráneas en la calculadora VISL a 11°C, la constante de Henry adimensional utilizada para calcular el VISL (columna R) de las aguas subterráneas para benceno es 2,27E-01 (0,227). Entonces, si un litro de agua a 11°C contiene 1.000.000 de moléculas de benceno, un litro de aire directamente sobre él contendría 227.000 moléculas de benceno. Por lo tanto, parece que no se podrían obtener altas concentraciones de vapor a partir de contaminación de aguas subterráneas de bajo nivel.

Sin embargo, hay un problema. Las concentraciones de agua suelen informarse en µg/L, mientras que las concentraciones de aire se informan en µg/m³, y 1m³ equivale a 1.000L. En consecuencia, una concentración de benceno en agua subterránea al nivel máximo de contaminante (MCL) de 5 µg/L, a 11°C, tendría una concentración de vapor en el gas del suelo adyacente de 5×0,227×1.000. Lo que equivale a 1.135 µg/m³.

Es evidente que estos vapores sufrirían más atenuación en su camino hacia el aire interior, pero es posible obtener altas concentraciones de gases en el suelo a partir de concentraciones relativamente bajas de agua subterránea. Esto es una preocupación en áreas con aguas subterráneas poco profundas (<5 pies), ya que las aguas subterráneas contaminadas en la zona capilar podrían potencialmente infiltrarse en el edificio y causar altas concentraciones de vapor.

La calculadora VISL aplica las constantes de Henry y realiza los cálculos de las aguas subterráneas al gas del suelo, pero comprender las constantes de Henry es útil para otras aplicaciones. Cox-Colvin, en los Estados Unidos, evaluó recientemente un sitio con contaminación en las aguas subterráneas y gas del suelo subyacente. Un cálculo utilizando la constante de Henry mostró que las concentraciones de vapor en el gas del suelo del sitio eran demasiado altas para provenir de las aguas subterráneas, lo que significaba que había más aguas subterráneas altamente contaminadas o alguna otra fuente desconocida de contaminación en el suelo cerca.

También es útil entender la relación entre las constantes de Henry y la calidad de los datos en las muestras de aguas subterráneas. Las personas a menudo suponen que una pequeña burbuja en una muestra de agua subterránea reduce seriamente la calidad de los datos. Muchos creen que todos los compuestos orgánicos volátiles (VOC) en una botella de muestra migran fuera del agua hacia la burbuja, pero no es así. Si la constante de Henry es menor que 1, lo que es cierto para muchos compuestos, especialmente los compuestos clorados, la cantidad de vapores en la burbuja es relativamente pequeña, y la pérdida es insignificante y, a menudo, no mensurable.

Probablemente no usarás las constantes de Henry con frecuencia, pero si lo haces, la calculadora VISL tiene todos los productos químicos de estudio, y la calculadora ajustará la temperatura por ti.

En la próxima edición, discutiremos tres compuestos problemáticos: tricloroetileno (TCE), benceno y cloroformo.