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Solubilidad
Segundo medio - Actividad Nº 51

 
 
 
 
 
 
 
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 Solubilidad
 
 

 
 
 
 
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1.- ¿Qué es la solubilidad?

Se denomina solubilidad a la capacidad de una determinada sustancia para disolverse, es decir, la capacidad del disolvente para diluir un soluto, en términos cualitativos.

En términos cuantitativos, la solubilidad se asocia con la concentración y corresponde a la máxima cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura específica. Se expresa como la máxima cantidad de gramos de soluto disueltos por cada 100 mL de disolvente, o la máxima cantidad de gramos de soluto disueltos por cada 100 g de disolvente, según la fórmula:

solubilidad_1.jpg (296×64)

 

A partir de lo anterior, es posible clasificar las disoluciones como insaturadas, saturadas y sobresaturadas. De esta manera, las soluciones saturadas serán aquellas que alcanzan la solubilidad, las sobresaturadas aquellas que la sobrepasan, y las insaturadas aquellas que no la alcanzan.

La solubilidad depende de la naturaleza química del soluto y del disolvente, por lo tanto, mientras más afines sean, más soluble será el soluto en el disolvente.

 

2.- ¿Qué factores modifican la solubilidad?

Hay varios factores que modifican la medida en que un soluto se disuelve en un disolvente, como las interacciones entre las especies, la temperatura y la presión.

´Por ejemplo, las interacciones que ocurren entre un soluto y un disolvente al mezclarse, pueden alterar la solubilidad de una sustancia, ya que, mientras mayor sea la interacción entre ambas especies, mayor será la solubilidad. Por lo tanto, al mezclar dos sustancia que se atraen entre sí, por acción de las fuerzas electrostáticas van a facilitar el proceso de disolución.

Por lo tanto, las sustancias polares, que son aquellas que poseen un extremo positivo y otro negativo, se disuelven mejor en sustancias polares, y las no polares o apolares, que son aquellas sustancias que no poseen polos, se disuelven mejor en sustancias no polares. Lo anterior ha sido establecido a través de un principio que indica que las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares similares suelen mutuamente solubles, es decir, “lo semejante disuelve a lo semejante”.

A partir de esto, se puede deducir, que la solubilidad de la mayoría de las sustancias no polares en agua es muy pequeña, ya que la molécula de agua es polar, por ello, no podrán interactuar entre ellas. Es por ello, que el aceite no es soluble en agua, debido a la polaridad de las moléculas de agua, que es mayor a las del aceite. Las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua, que son a partir de puentes de hidrógeno, no atraen a los átomos de una sustancia no polar como el aceite, dado que no existe ninguna afinidad entre ambas especies.

solubilidad_2.jpg (320×186)

 

Sin embargo, como en todas las teorías y modelos, hay excepciones. Por ejemplo, existen algunos compuestos orgánicos que se disuelven en el agua como el alcohol metílico, el alcohol etílico y el etilenglicol.

 

solubilidad_3.jpg (494×165)

 

En estos compuestos, las principales fuerzas intermoleculares son los enlaces de hidrógeno o puentes de hidrógeno, al igual como ocurre con el agua, por ende, es más fácil que logren interactuar entre sí y sean solubles.

Sin embargo, no todos los compuestos orgánicos que contienen el grupo hidroxilo, denominados alcoholes, son solubles en agua, dado que al aumentar la masa molecular, debido al aumento de la cantidad de átomos, la porción polar del compuesto, correspondiente al grupo hidroxilo, se hace cada vez menor en comparación al resto de la estructura, disminuyendo su capacidad de disolverse en el agua. Esto se debe, que al tener mayor cantidad de átomos de carbonos, la parte hidrofóbica de la molécula se intensifica, por lo tanto, la parte hidrofílica, que si interactúa con la molécula polar, es cada vez más pequeña, interactuando en menor grado con la especie polar.

Las cetonas, otro grupo de compuestos orgánicos, también son solubles en agua, debido a la presencia de un grupo carbonilo, que corresponde a un carbono unido por un doble enlace a un oxígeno. El grupo carbonilo, está formado por carbono que presenta una electronegatividad baja en comparación al oxígeno, que es quién interactúa con la sustancia polar en la que se disuelva, logrando la interacción entre ambas especies.

solubilidad_4.jpg (456×122)

 

Estos compuestos debido a la presencia del oxígeno del grupo carbonilo, logra formar enlaces por puente de hidrógeno con el agua, por lo tanto, son solubles en ella. Sin embargo, al igual como ocurre con los alcoholes, al aumentar la masa molecular del compuesto, la solubilidad va disminuyendo.

La temperatura afecta la solubilidad, sin embargo, el efecto varía según el estado del soluto. En los sólidos, por lo general, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura, sin embargo, hay algunas sustancias, como el cloruro de sodio, en donde el aumento es muy pequeño. Si la temperatura baja, disminuye la solubilidad, apareciendo el soluto, que precipita en el fondo del recipiente o sobre núcleos de cristalización. Lo anterior, se puede visualizar al poner azúcar a una taza de café, esperando que se enfríe. Al cabo de algunos minutos, será posible observar el azúcar en el fondo de la taza.

Los sólidos, en general, experimentan mayor solubilidad en agua si la temperatura aumenta, dado que se facilita el proceso de disolución del soluto, por el aumento de la energía cinética de las sustancias participantes, lo que hace que el sistema se desordene y haya mayor interacción entre soluto y solvente. En cambio, si el soluto es un gas, su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura, pues, un aumento en la energía cinética de un gas provoca que abandone la disolución, lo que se puede observar al tomar una bebida gaseosa a altas temperaturas, donde no se notará la presencia del gas.

Finalmente, el efecto de la presión es poca en la solubilidad de sólidos y líquidos, pues, la presión no afecta de forma significativa el orden del sistema en estos estados, sin embargo, es apreciable en disoluciones que tienen un soluto en estado gaseoso, en las que aumenta la solubilidad del soluto proporcionalmente al incremento de la presión aplicada.

Cuando una disolución se encuentra en un equilibrio dinámico, la rapidez con que las moléculas del gas entran en la disolución es igual a la rapidez con que las moléculas del soluto escapan de la disolución para entrar a la fase gaseosa.

Al aumentar la presión, el gas se comprime sobre la disolución, por lo que la frecuencia con que las moléculas del gas chocan con la superficie para entrar en la fase de solución aumentará y la solubilidad del gas en la disolución también, hasta que se vuelva a establecer un equilibrio dinámico. Por lo tanto, la solubilidad de los gases aumenta con la presión.

William Henry, químico inglés, estableció que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido. Este principio se conoce como ley de Henry, y su expresión matemática es:

solubilidad_5.jpg (542×247)

 

Un ejemplo de cómo afecta la presión en la solubilidad de los gases en disolución se visualiza en la enfermedad del buzo. Esta enfermedad se produce cuando burbujas de nitrógeno que se forman en el organismo al disminuir la presión, quieren salir del organismo, pasando en algunos casos a la sangre o a otras partes del cuerpo, generando embolias, dolores de cabeza, vértigo, cansancio, parálisis, e incluso, en algunos casos shock y hasta la muerte.

En la atmósfera es posible encontrar diferentes gases, y uno de ellos corresponde al nitrógeno. Por lo tanto, en los cilindros que se utilizan para bucear, también se encuentra, por lo tanto, cuando un buzo se sumerge en el mar, la presión va aumentando a medida que va descendiendo, por lo tanto, la solubilidad del nitrógeno en la sangre va aumentando, penetrando en mayor cantidad en los tejido del organismo y en el plasma.

Además, de la profundidad, la cantidad de nitrógeno que se disolverá en la sangre depende de la duración de la inmersión, por lo que, mientras más larga y profunda sea, mayor cantidad de nitrógeno será absorbido por los tejidos del organismo. Ahora, cuando el buzo asciende, la presión va disminuyendo, y por ende, también lo hace la solubilidad del nitrógeno en la sangre, por lo cual, el gas tiende a salir de los tejidos, siendo eliminado por los pulmones al expulsar el aire.

Por lo tanto, si la velocidad de ascenso es mayor que la velocidad con que el nitrógeno abandona los tejidos del organismo, se forman burbujas que pasan a la sangre o que permanecen en los tejidos, que son quienes producen diferentes trastornos.

Frente a esto, los buzos deben trabajar en poder determinar la mejor manera de ascender a la superficie, evitando que el nitrógeno abandone rápidamente los tejidos del cuerpo.

solubilidad_6.jpg (562×348)

 

3.- ¿Qué factores modifican la velocidad de disolución?

Si bien, hay factores que afectan la solubilidad de una sustancia, cambiando la cantidad de soluto que puede disolverse, también hay factores que aceleran el proceso de disolución, logrando que el soluto se disuelva de manera más rápida, sin modificar la cantidad que lo hace. Estos factores son la agitación y el grado de división de las sustancias.

Cuando un sólido se disuelve, las partículas del soluto deben difundirse por toda la masa del disolvente, por lo que es un proceso muy lento, ya que alrededor del soluto se forma una capa de disolución muy concentrada que dificulta el proceso, por lo que la agitación logra la separación de la capa de disolución, y así nuevas moléculas del solvente alcanzan la superficie del sólido. Por lo tanto, la agitación acelera el proceso de disolución.

Por otro lado, el grado de división de la sustancia se refiere a que tan pulverizado está, ya que mientras menor sea el grado de división, las interacciones soluto-disolvente son  mayores, y el soluto se disolverá con mayor rapidez, pues, se logra mayor desorden a nivel molecular, permitiendo que se generen estas interacciones más fácilmente.

 


 
 
 
 
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