Solubilidad

La solubilidad es la capacidad de una sustancia de disolverse en otra llamada disolvente. También hace referencia a la masa de soluto que se puede disolver en determinada masa de disolvente, en ciertas condiciones de temperatura, e incluso presión (en caso de un soluto gaseoso). La solubilidad la podemos encontrar en diferentes mezclas como por ejemplo en el ion común es muy difícil encontrar ya que el ion común es principal en la solubilidad. Si en una disolución no se puede disolver más soluto se dice que la disolución está saturada. Bajo ciertas condiciones la solubilidad puede sobrepasar ese máximo y pasa a denominarse solución sobresaturada.^[1] Por el contrario, si la disolución admite aún más soluto, se dice que se encuentra insaturada.

Disolución de caroteno hidrosoluble (soluto, marrón) en agua como se determina solubilidad

No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven en agua. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. Los compuestos poco reactivos, como las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados tienen menor solubilidad.

El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del solvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema.

Factores que afectan la solubilidad

La solubilidad se define para fases específicas. Por ejemplo, la solubilidad de aragonito y calcita en el agua se espera que difieran, si bien ambos son polimorfos de carbonato de calcio y tienen la misma fórmula molecular.

La solubilidad de una sustancia en otra está determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el solvente y el soluto, y la variación de entropía que acompaña a la solvatación. Factores como la temperatura y la presión influyen en este equilibrio, cambiando así la solubilidad.

La solubilidad también depende en gran medida de la presencia de otras sustancias disueltas en el solvente como por ejemplo la existencia de complejos metálicos en los líquidos. La solubilidad dependerá también del exceso o defecto de algún ion común, con el soluto, en la solución; tal fenómeno es conocido como el efecto del ion común. En menor medida, la solubilidad dependerá de la fuerza iónica de las soluciones. Los dos últimos efectos mencionados pueden cuantificarse utilizando la ecuación de equilibrio de solubilidad.

Para un sólido que se disuelve en una reacción redox, la solubilidad se espera que dependa de las posibilidades (dentro del alcance de los potenciales en las que el sólido se mantiene la fase termodinámicamente estable). Por ejemplo, la solubilidad del oro en el agua a alta temperatura se observa que es casi de un orden de magnitud más alta cuando el potencial redox se controla mediante un tampón altamente oxidante redox Fe₃O₄-Fe₂O₃ que con un tampón moderadamente oxidante Ni-NiO.^[2]

La solubilidad (metaestable) también depende del tamaño físico del grano de cristal o más estrictamente hablando, de la superficie específica (o molar) del soluto. Para evaluar la cuantificación, se debe ver la ecuación en el artículo sobre el equilibrio de solubilidad. Para cristales altamente defectuosos en su estructura, la solubilidad puede aumentar con el aumento del grado de desorden. Ambos efectos se producen debido a la dependencia de la solubilidad constante frente a la denominada energía libre de Gibbs asociada con el cristal. Los dos últimos efectos, aunque a menudo difíciles de medir, son de relevante importancia en la práctica ^{[cita requerida]} pues proporcionan la fuerza motriz para determinar su grado de precipitación, ya que el tamaño de cristal crece de forma espontánea con el tiempo.

Temperatura

La solubilidad de un soluto en un determinado solvente principalmente depende de la temperatura. Para muchos sólidos disueltos en el agua líquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 °C,^[3] aunque existen casos que presentan un comportamiento inverso. En la mayoría de los casos en el agua líquida a altas temperaturas la solubilidad de los solutos iónicos tiende a aumentar debido al cambio de las propiedades y la estructura del agua líquida, que reduce la constante dieléctrica de un disolvente menos polar.

Los solutos gaseosos muestran un comportamiento más complejo con la temperatura. Al elevarse la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mínimo que está por debajo de 120 °C para la mayoría de gases),^[4] pero más solubles en solventes orgánicos.^[3]

El gráfico muestra la curva de solubilidad de algunas sales sólidas inorgánicas típicas.^[5] Muchas sales se comportan como el nitrato de bario y el arseniato ácido disódico, y muestran un gran aumento de la solubilidad con la temperatura. Algunos solutos (por ejemplo, cloruro de sodio (NaCl) en agua) exhiben una solubilidad bastante independiente de la temperatura. Unos pocos, como el sulfato de cerio (III) y el carbonato de litio, se vuelven menos solubles en agua a medida que aumenta la temperatura. Esta dependencia de la temperatura se refiere a veces como «retrógrada» o «solubilidad inversa». En ocasiones, se observa un patrón más complejo, como con sulfato de sodio, donde el cristal decahidratado menos soluble pierde agua de cristalización a 32 °C para formar una fase anhidra menos soluble. ^{[cita requerida]}

La solubilidad de los compuestos orgánicos casi siempre aumenta con la temperatura. La técnica de la recristalización, utilizado para la purificación de sólidos, depende de un soluto de diferentes solubilidades en un solvente caliente y fría. Existen algunas excepciones, tales como determinadas ciclodextrinas.^[6]

Presión

La solubilidad de los gases varía no solo con la temperatura sino además con la presión ejercida sobre el mismo. De esta manera, la cantidad de un soluto gaseoso que puede disolverse en un determinado solvente, aumenta al someterse a una presión parcial mayor (véase Ley de Henry). A nivel industrial, esto se puede observar en el envasado de bebidas gaseosas por ejemplo, donde se aumenta la solubilidad del dióxido de carbono ejerciendo una presión de alrededor de 4 atm. ^{[cita requerida]}

¿Cómo se cuantifica la solubilidad?

Una forma muy común de encontrar los valores que describen cuantitativamente la solubilidad de un soluto es encontrar el máximo número de gramos de soluto que pueden disolverse en una cantidad dada de solvente, teniendo esto en cuenta podemos expresar la solubilidad en moles por litro ( a esto se le conoce como solubilidad molar) solo si se sabe la masa molar de la sustancia. En el caso particular de las sales iónicas que son solo ligeramente solubles, se suele cuantificar su solubilidad mediante el estudio del siguiente equilibrio:^[7]

${\ce {MX(s) <=>M+(ac) + X-(ac)}}$

cuando en un equilibrio participa alguna sustancia sólida, la concentración de ésta no aparece en la expresión de la constante de equilibrio, ya que permanece constante. Esto ocurre con la concentración de MX, por lo que la expresión queda :

${\ce {K[MX] = Kps = [M+][X-]}}$

El producto de solubilidad de un compuesto iónico, es el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes, cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.

Véase también

Referencias

↑ 20es%20la&f=false Química i. EUNED. ISBN 9789968316262. Consultado el 8 de noviembre de 2017.
↑ Nekrasov, I.Y. Geochemistry, Mineralogy and Genesis of Gold Deposits, M1 Books., Taylor & Francis, 1996, p.135-136. Google Books.
↑ ^a ^b Hill, John W. y Ralph H. Petrucci, General Chemistry, 2nd edition, Prentice Hall, 1999.
↑ Cohen, P. (editor), The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems, The American Society of Mechanical Engineers, 1989, page 442.
↑ Handbook of Chemistry and Physics, 27th edition, Chemical Rubber Publishing Co., Cleveland, Ohio, 1943.
↑ Salvatore Filippone, Frank Heimanna and André Rassat (2002). «A highly water-soluble 2+1 b-cyclodextrin–fullerene conjugate». Chem. Commun. 2002: 1508-1509. doi:10.1039/b202410a.
↑ Chang, R., Química, McGraw Hill Interamericana, México, 1992. «Equilibrios de Solubilidad».

Enlaces externos

Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre solubilidad.

Datos: Q170731
Multimedia: Solubility / Q170731

[:0-1] 20es%20la&f=false Química i. EUNED. ISBN 9789968316262. Consultado el 8 de noviembre de 2017.

[2] Nekrasov, I.Y. Geochemistry, Mineralogy and Genesis of Gold Deposits, M1 Books., Taylor & Francis, 1996, p.135-136. Google Books.

[hill-3] Hill, John W. y Ralph H. Petrucci, General Chemistry, 2nd edition, Prentice Hall, 1999.

[4] Cohen, P. (editor), The ASME handbook on Water Technology for Thermal Power Systems, The American Society of Mechanical Engineers, 1989, page 442.

[5] Handbook of Chemistry and Physics, 27th edition, Chemical Rubber Publishing Co., Cleveland, Ohio, 1943.

[6] Salvatore Filippone, Frank Heimanna and André Rassat (2002). «A highly water-soluble 2+1 b-cyclodextrin–fullerene conjugate». Chem. Commun. 2002: 1508-1509. doi:10.1039/b202410a.

[7] Chang, R., Química, McGraw Hill Interamericana, México, 1992. «Equilibrios de Solubilidad».

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