Solubilidad y factores que influyen en ella

Solubilidad y tipos de solución

Una solución es una mezcla homogénea de un soluto (lo que se disuelve) en un solvente (donde se disuelve). Pero no se puede disolver cualquier cantidad: llega un momento en que el solvente ya no admite más soluto.

Por ejemplo, «la solubilidad de una sal es 36 g/100 g de agua a $20\ °\text{C}$» significa que 100 g de agua a esa temperatura disuelven como máximo 36 g de esa sal.

Comparando lo que echamos con la solubilidad, hay tres casos:

Curvas de solubilidad y temperatura

La solubilidad de un sólido cambia con la temperatura. Para verlo se mide a varias temperaturas y se dibuja una curva de solubilidad. Cada punto de la curva es una solución saturada.

Aquí tienes los datos de una sal A y de un sólido C:

Cómo leer la curva:

• Sobre la curva: solución saturada.

• Bajo la curva: solución insaturada.

• Por encima de la curva, con todo disuelto: solución sobresaturada (inestable).

Los sólidos se comportan distinto. En la sal A la solubilidad aumenta mucho con la temperatura. En el sólido C casi no cambia. Para la mayoría de los sólidos, calentar aumenta la solubilidad, pero no todos lo hacen en la misma medida. La razón: al subir la temperatura, las partículas del solvente chocan con más energía contra el sólido y separan mejor sus partículas.

Cristalización: cuánto sólido aparece al enfriar

Si preparas una solución saturada caliente de una sustancia muy sensible a la temperatura y la enfrías, el solvente ya no puede mantener todo el soluto disuelto. El exceso se separa como cristales. Es un método para obtener sólidos puros. En los salares del norte de Chile, algo parecido ocurre con la evaporación: al irse el agua, las sales disueltas cristalizan.

Se resta porque lo que ya no cabe en la solución es exactamente lo que sobra.

Si la masa de agua no es 100 g, se escala. Con $200\ \text{g}$ de agua a $40\ °\text{C}$ caben $2 \cdot 64 = 128\ \text{g}$.

Separar dos sólidos por cristalización

Si una mezcla contiene un sólido muy sensible a la temperatura (como la sal A) y otro poco sensible (como el sólido C), al enfriar cristaliza sobre todo el primero. El segundo se queda disuelto mientras su cantidad no supere su propia solubilidad. Cada soluto se trata por separado, como si el otro no estuviera. Así se purifica uno de ellos.

Los gases se comportan al revés

La bebida de Vicente perdió sus burbujas más rápido al calentarse. Las burbujas son dióxido de carbono ($\text{CO}_2$) disuelto en agua. Con los gases, la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

La razón: al calentar, las partículas del gas ganan energía y escapan más fácilmente de la solución hacia el aire. Por eso, en un refrigerador la bebida conserva el gas por más tiempo.

Esto también importa en la naturaleza. El oxígeno disuelto en lagos y ríos es el que respiran los peces, y es otro gas: si el agua se calienta, disuelve menos oxígeno. Una descarga de agua tibia de una central o una industria puede dejar a los peces con menos oxígeno.

Lo semejante disuelve a lo semejante

La temperatura no es el único factor. También importa qué sustancia es el soluto y cuál es el solvente. Si echas azúcar al agua, se disuelve. Si echas aceite, se forman dos capas.

Esto se resume en una regla:

Una molécula es polar cuando sus cargas eléctricas están repartidas de forma desigual, por lo que atrae a otras moléculas polares. El agua es polar y atrae las partículas del azúcar. El aceite es apolar y no tiene esas atracciones con el agua, de modo que sus moléculas se mantienen juntas entre sí.

Por eso una mancha de aceite no sale solo con agua: hace falta jabón o un solvente apolar.

Cómo investigarlo: un diseño experimental

Con lo que ya sabes, puedes diseñar un experimento para medir cómo cambia la solubilidad de una sal con la temperatura. Un buen diseño cambia una sola cosa a la vez.

Una buena secuencia es:

1. Pregunta e hipótesis. Por ejemplo: «¿Cómo cambia la solubilidad de la sal con la temperatura?». Hipótesis: «Si la temperatura aumenta, la solubilidad de la sal aumenta».

2. Procedimiento. Mide $100\ \text{g}$ de agua en un vaso de precipitado y llévala a la primera temperatura con el termómetro. Agrega sal en porciones pesadas en la balanza, agitando, hasta que ya no se disuelva más. Repite a otras temperaturas.

3. Reconocer la saturación. La solución está saturada cuando, tras agitar un buen rato, queda un poco de sólido sin disolver en el fondo.

4. Datos. Registra en una tabla (temperatura, masa disuelta) y haz un gráfico de solubilidad frente a temperatura.

5. Errores y mejoras. Un error posible es que la temperatura cambie mientras agitas o que no esperes lo suficiente. Se reduce usando la plancha para mantener la temperatura, esperando y repitiendo cada medición.

Resumen

Vuelve al principio: el azúcar se disuelve mejor en el té caliente porque la solubilidad de la mayoría de los sólidos aumenta con la temperatura. En cambio, el gas de la bebida se escapa al calentarse porque la solubilidad de los gases disminuye con la temperatura.