Disoluciones y solubilidad
Disolución = mezcla homogénea de dos o más sustancias, formada por un soluto (la que está en menor proporción y se dispersa) y un disolvente (la que está en mayor proporción y dispersa al soluto).
Componentes y tipos de disoluciones
- Soluto: sustancia que se disuelve (p. ej. NaCl, azúcar, O₂).
- Disolvente: medio que disuelve; el más común es el agua (disoluciones acuosas).
Según el estado de los componentes:
| Disolvente | Soluto | Ejemplo |
|---|---|---|
| Gas | Gas | Aire (O₂ en N₂) |
| Líquido | Gas | O₂ en agua, refrescos (CO₂) |
| Líquido | Líquido | Etanol en agua |
| Líquido | Sólido | NaCl en agua, azúcar en agua |
| Sólido | Sólido | Aleaciones (bronce, acero) |
Proceso de disolución
Al disolverse, las partículas de soluto quedan rodeadas por moléculas de disolvente: solvatación (si el disolvente es agua, hidratación). Intervienen las Fuerzas intermoleculares.
Regla práctica: “lo similar disuelve lo similar”.
- Disolventes polares (H₂O) disuelven solutos polares e iónicos (NaCl, azúcar).
- Disolventes apolares (hexano, benceno) disuelven solutos apolares (grasas, aceites).
Unidades de concentración
La concentración expresa la cantidad de soluto por cantidad de disolución o disolvente.
-
Molaridad (M): moles de soluto por litro de disolución.
M = n_soluto / V_disolución (L)
-
Molalidad (m): moles de soluto por kilogramo de disolvente. No depende de T.
m = n_soluto / masa_disolvente (kg)
-
Fracción molar (x): moles de un componente entre moles totales.
x_soluto = n_soluto / (n_soluto + n_disolvente) (Σxᵢ = 1)
-
% en masa: (masa soluto / masa disolución) × 100.
-
% en volumen: (volumen soluto / volumen disolución) × 100.
-
ppm (partes por millón): mg de soluto por kg (o L) de disolución; ppb = µg/kg. Útiles para disoluciones muy diluidas (contaminantes, trazas).
Solubilidad
La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de disolvente a una temperatura determinada (p. ej. g de soluto / 100 g de agua).
Según la cantidad de soluto disuelto:
- Insaturada: contiene menos soluto que el máximo (admite más).
- Saturada: contiene la cantidad máxima en equilibrio con el soluto sin disolver.
- Sobresaturada: contiene más soluto del que correspondería al equilibrio; es inestable y cristaliza con cualquier perturbación.
Efecto de la temperatura
Las curvas de solubilidad representan solubilidad frente a T.
- En la mayoría de sólidos la solubilidad aumenta con T (KNO₃).
- En gases, la solubilidad disminuye al aumentar T (por eso un refresco caliente pierde CO₂).
Efecto de la presión: ley de Henry
Para los gases, la solubilidad es proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido:
C = k_H · P
Por eso las bebidas carbonatadas se embotellan a presión y liberan CO₂ al abrirlas.
Propiedades coligativas
Dependen solo del número de partículas de soluto disueltas, no de su naturaleza. En disoluciones diluidas con soluto no volátil:
Descenso de la presión de vapor (ley de Raoult)
La presión de vapor del disolvente disminuye al añadir soluto:
P_disolución = x_disolvente · P°_disolvente
Aumento ebulloscópico
La temperatura de ebullición sube:
ΔT_e = K_e · m
Descenso crioscópico
La temperatura de congelación baja (por eso se echa sal al hielo):
ΔT_c = K_c · m
Presión osmótica
Presión necesaria para frenar la ósmosis a través de una membrana semipermeable:
π = M · R · T
Electrolitos y factor de van’t Hoff
- No electrolitos: no se disocian en iones (azúcar, urea). Cada molécula = 1 partícula.
- Electrolitos: se disocian en iones (NaCl → Na⁺ + Cl⁻), aumentando el número de partículas.
Se corrige con el factor de van’t Hoff (i), que es el número de partículas por unidad de fórmula:
- Glucosa: i ≈ 1
- NaCl: i ≈ 2
- CaCl₂: i ≈ 3
Las propiedades coligativas se multiplican por i:
ΔT_c = i · K_c · m π = i · M · R · T