Disoluciones Químicas, Factores de Solubilidad y Unidades de Concentración
Factores que afectan la solubilidad
Al terminar vas a poder decir cómo afectan a la solubilidad la temperatura, la presión y la naturaleza de las sustancias, explicando por qué en cada caso, y resolver los casos cotidianos que el examen usa.
Los factores, y el que NO lo es
La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una cantidad dada de disolvente a una temperatura dada. Depende de tres cosas, y de una cuarta que la gente cree que la afecta y no:
| Factor | ¿Cambia la solubilidad? |
|---|---|
| Naturaleza del soluto y del disolvente | sí, y es el que más decide |
| Temperatura | sí |
| Presión | sí, pero solo en gases |
| Agitar, moler, calentar para apurar | no: cambian la velocidad, no el tope |
Esa última fila es la que más puntos define, y tiene su propia lección; acá vale tenerla presente para no confundir los dos conceptos.
1 · La naturaleza de las sustancias
Lo semejante disuelve a lo semejante.
- Un disolvente polar —el agua— disuelve sustancias polares —alcohol, azúcar— e iónicas —sal—.
- Un disolvente apolar —la gasolina, el tolueno— disuelve sustancias apolares —aceite, grasa, cera—.
Por qué, que es lo que hay que explicar: disolver exige romper las atracciones que el soluto tiene consigo mismo y reemplazarlas por atracciones con el disolvente. Ese cambio solo conviene si las nuevas atracciones son de fuerza parecida a las que se rompieron.
- El agua se atrae consigo misma por puentes de hidrógeno, que son fuertes. Una molécula de azúcar, que también tiene grupos OH, puede formar puentes de hidrógeno con ella: el cambio conviene y se disuelve.
- Una molécula de aceite solo ofrece fuerzas de dispersión, muy débiles. Para meterla, el agua tendría que romper sus puentes de hidrógeno a cambio de casi nada. No le conviene, y el aceite queda afuera.
Por eso el aceite y el agua no se mezclan: no es que se repelan, es que al agua le conviene más quedarse con el agua.
Y de la misma idea sale el caso iónico: el agua disuelve la sal porque sus polos pueden rodear cada ion y sostenerlo lejos del cristal. Un disolvente apolar no tiene polos con qué hacerlo, y por eso la sal no se disuelve en gasolina.
2 · La temperatura
En sólidos, en general: más temperatura, más solubilidad.
Al calentar, las moléculas del disolvente se mueven más rápido y arrancan partículas del sólido con más facilidad; además, el desorden extra favorece la mezcla. Por eso el azúcar se disuelve mucho mejor en café caliente.
Hay excepciones, y el temario pide saber que existen: algunas sales, como el sulfato de cerio, se disuelven menos al calentarse. Por eso la regla se enuncia con «en general».
En gases: al revés. Más temperatura, MENOS solubilidad.
Y acá está la explicación buena del tema. Un gas disuelto está atrapado entre las moléculas del líquido: para quedarse ahí necesita moverse poco. Al calentar, sus moléculas ganan energía y se escapan. Con un sólido pasa lo contrario: el calor ayuda a separarlo, que es lo que se busca.
El calor ayuda a separar un sólido de sí mismo, y ayuda a un gas a escaparse del líquido. La misma causa, dos efectos opuestos.
Los dos casos que el examen usa:
- Un refresco tibio pierde el gas más rápido que uno frío.
- El agua caliente de un río tiene menos oxígeno disuelto, y por eso la descarga de agua caliente de una industria puede asfixiar a los peces aunque no traiga ningún contaminante. A eso se le llama contaminación térmica.
3 · La presión — solo en gases
A más presión sobre el líquido, más gas disuelto. Es la ley de Henry.
Por qué solo en gases: subir la presión aprieta las moléculas de gas contra la superficie del líquido y empuja más de ellas hacia adentro. Un sólido o un líquido ya están tan juntos que apretarlos no cambia nada.
El caso de todos los días: una botella de gaseosa se embotella a presión alta, y por eso guarda tanto CO₂. Al destaparla, la presión cae de golpe, el gas deja de caber y sale en burbujas. Si la dejás abierta, se sigue escapando hasta que queda «sin gas».
Y el caso médico que el temario menciona: un buzo respira aire a presión y disuelve más nitrógeno en la sangre. Si sube demasiado rápido, la presión baja de golpe y ese nitrógeno forma burbujas dentro del cuerpo: eso es la enfermedad por descompresión. Es exactamente lo mismo que la gaseosa al destaparse.
Tabla resumen
| Factor | Sólidos | Gases |
|---|---|---|
| Temperatura ↑ | solubilidad ↑ (en general) | solubilidad ↓ |
| Presión ↑ | no influye | solubilidad ↑ (Henry) |
| Naturaleza | lo semejante disuelve a lo semejante | igual |
Ejemplos resueltos
1. ¿Por qué una gaseosa pierde el gas al destaparla? Al destapar cae la presión, y en un gas la solubilidad depende de la presión: el CO₂ ya no cabe disuelto y sale.
2. ¿Por qué el azúcar se disuelve mejor en café caliente? Porque en los sólidos la solubilidad sube con la temperatura: las moléculas de agua, más rápidas, separan mejor los cristales.
3. Una industria devuelve agua caliente al río. ¿Por qué mueren los peces si el agua está limpia? Porque el agua caliente retiene menos oxígeno disuelto: en un gas la solubilidad baja con la temperatura. Los peces se quedan sin oxígeno aunque no haya ningún tóxico.
4. ¿Por qué la grasa de un sartén no se va con agua sola pero sí con jabón? La grasa es apolar y el agua polar: no son semejantes. El jabón tiene un extremo polar y otro apolar, así que agarra la grasa por un lado y el agua por el otro. Es el intermediario entre dos mundos que no se mezclan.
5. Se quiere disolver la mayor cantidad posible de sal en agua. ¿Sirve revolver más fuerte? No. Revolver hace que se disuelva más rápido, pero el tope es el mismo. Para subir el tope hay que calentar.
Los errores que más se cobran
- Creer que los gases se disuelven mejor en caliente. Es al revés que en los sólidos.
- Aplicar la presión a sólidos y líquidos. Solo influye en gases.
- Confundir solubilidad con velocidad. Agitar, moler y calentar para apurar cambian qué tan rápido, no cuánto.
- Decir que el agua disuelve todo. No disuelve lo apolar.
- Explicar que el aceite y el agua «se repelen». No se repelen: al agua le conviene más quedarse con el agua.
- Olvidar que hay sólidos que se disuelven menos en caliente. Son pocos, pero existen.
Clave de análisis
Tres factores cambian el tope, y cada uno tiene su causa. La naturaleza manda: disolver es cambiar las atracciones del soluto consigo mismo por atracciones con el disolvente, y eso solo conviene si son de fuerza parecida — de ahí que lo semejante disuelva a lo semejante y que el aceite no entre en el agua. La temperatura sube la solubilidad de los sólidos y la baja en los gases, y no es una excepción caprichosa: el calor ayuda a separar un sólido, y ayuda a un gas a escaparse. La presión solo cuenta en gases, porque solo un gas se puede apretar. Y lo que no cambia el tope, por más que lo parezca, es agitar, moler o calentar para apurar: eso es velocidad.