Disolventes y solubilidad

Cómo determinar el disolvente y el principio de selectividad

Para designar a un componente de una fase mixta como disolvente, se siguen dos criterios:

1. Estado de agregación: el disolvente determina la fase. Una disolución acuosa de sal es un líquido porque el agua es líquida.
2. Factor cuantitativo: si se mezclan dos líquidos, se designa como disolvente aquel cuya cantidad de sustancia (en moles) sea mayor. Por ejemplo, en una mezcla de 56% de etanol y 44% de agua, el disolvente será el agua, ya que los moles de agua en dicha porción duplican a los del alcohol.

La predicción de la solubilidad se basa en la regla «lo semejante disuelve a lo semejante». El agua es excelente para disolver moléculas oxigenadas y sales binarias. Los líquidos orgánicos (benceno, hexano, dicloroetano, alcoholes) disuelven sustancias orgánicas. Por ejemplo, una mancha de grasa no se elimina con agua, pero se disuelve fácilmente con bencina.

Etapas de saturación de la disolución

La capacidad de una sustancia para pasar a disolución tiene un límite. Según su concentración, se distinguen tres estados del sistema:

• Disolución insaturada: el soluto añadido continúa disolviéndose activamente.
• Disolución saturada: se alcanza el equilibrio entre el precipitado y el soluto disuelto. A una temperatura dada, la sustancia deja de pasar a la fase líquida. La adición de nuevas porciones solo aumentará la masa del precipitado en el fondo, pero la concentración de la disolución no cambiará.
• Disolución sobresaturada: sistema metaestable (inestable) donde hay más soluto disuelto de lo que permite el límite de saturación. Por lo general, se obtiene mediante un enfriamiento cuidadoso. En ausencia de centros de cristalización, el precipitado no se forma, pero la mínima perturbación (fricción con una varilla, adición de un cristal semilla) provoca una cristalización instantánea. Un claro ejemplo es el acetato de sodio, que al cristalizar se convierte en «hielo caliente».

Termodinámica y dependencia de la temperatura

El proceso de disolución en sí es una combinación de dos procesos energéticos de sentido opuesto. La destrucción de la red cristalina requiere un gasto de energía (la temperatura desciende: proceso físico endotérmico). La interacción de las partículas con el disolvente, por ejemplo, la formación de hidratos, libera energía (la temperatura aumenta: proceso químico exotérmico).

Dependiendo de qué proceso predomine, la disolución puede calentarse (como con el cloruro de calcio) o enfriarse notablemente (como con el nitrato de amonio). De esto se desprende una regla termodinámica:

• Si la disolución absorbe calor, el calentamiento aumentará la solubilidad.
• Si la disolución libera calor, el calentamiento disminuirá la solubilidad.

Para los gases la regla es categórica: al calentar el líquido, la solubilidad de cualquier gas disminuye siempre. Mediante ebullición se pueden eliminar por completo los gases disueltos en el agua.

Características de la solubilidad de gases y líquidos

Además de los sólidos, pueden disolverse gases y otros líquidos:

• Líquidos en líquidos: pueden mezclarse ilimitadamente (agua y alcohol), presentar solubilidad limitada con separación de fases (agua y éter) o no mezclarse en absoluto (agua y mercurio).
• Gases en líquidos: a diferencia de los sólidos, la solubilidad de los gases depende directamente de la presión. Al abrir una botella de champán, la presión cae bruscamente, la disolución se sobresatura y el dióxido de carbono se desprende de forma violenta. En mezclas de gases, la solubilidad de cada componente depende de su presión parcial (ley de Henry-Dalton).

Qué más repasar sobre el tema

• Cálculo de la fracción másica en una disolución saturada mediante el coeficiente Ks
• El aparato matemático de la ley de Henry-Dalton
• Estequiometría de la preparación de disoluciones a partir de hidratos cristalinos
• Recristalización como método de purificación de sustancias sólidas frente a impurezas
• Análisis de las gráficas de dependencia de la solubilidad de las sales con la temperatura

Otros temas de la sección «Capítulo 4. Disoluciones»

Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.