Solubilidad, velocidad de disolución y propiedades coligativas
Valeria prepara un fresco de tamarindo para la mejenga del domingo. Echa el azúcar en el pichel y, por más que revuelve, al final queda un poco en el fondo. Después, en la heladera de manivela de su abuelo, nota que el hielo con sal se pone más frío que el hielo solo. ¿Por qué hay un límite para lo que se disuelve? ¿Cómo se apura una disolución? ¿Y por qué la sal enfría el hielo? Esta página responde las tres preguntas.
Soluto, disolvente y tipos de disolución
Una disolución es una mezcla homogénea: a simple vista se ve una sola fase. Tiene dos partes:
No todas las disoluciones son líquidas:
| Tipo | Ejemplo |
|---|---|
| Sólido en líquido | azúcar en agua (fresco), sal en agua de mar |
| Gas en líquido | $CO_2$ en una gaseosa, oxígeno en un río |
| Líquido en líquido | alcohol en agua |
| Gas en gas | aire (nitrógeno, oxígeno y otros) |
| Sólido en sólido | bronce, una aleación de cobre y estaño |
¿Por qué se disuelve algo? Las moléculas de agua son polares y rodean a las partículas del soluto, tirando de ellas hasta separarlas. Esto funciona cuando las fuerzas entre soluto y disolvente se parecen a las que ya había: semejante disuelve semejante. El azúcar (polar) y la sal (iónica) se disuelven en agua; el aceite (no polar) no.
Dayana quiere que el azúcar se disuelva más rápido en un vaso de agua. Indique cuáles de las siguientes acciones aumentan la velocidad de disolución: agitar, usar azúcar…
Dayana quiere que el azúcar se disuelva más rápido en un vaso de agua. Indique cuáles de las siguientes acciones aumentan la velocidad de disolución: agitar, usar azúcar en terrones grandes, usar azúcar molida muy fina, calentar el agua. Escriba una frase que justifique cada elección.
Solubilidad: insaturada, saturada y sobresaturada
Si usted echa cucharadas de sal en un vaso de agua, al principio se disuelven todas. Llega un momento en que ya no: la sal sobrante se queda en el fondo. Esa es la solubilidad: la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una cantidad dada de disolvente, a una temperatura dada. Por ejemplo, la del $NaCl$ a $20\ °C$ es de unos $36\ g$ por cada $100\ g$ de agua.
-
Insaturada: tiene menos soluto que el máximo. Si se agrega más, se disuelve.
-
Saturada: tiene justo el máximo. Si hay exceso, queda sólido en el fondo en equilibrio con lo disuelto.
-
Sobresaturada: tiene más soluto del máximo. Se logra disolviendo a mayor temperatura y enfriando con mucho cuidado. Es inestable: una pizca de cristal o un golpe y el exceso cristaliza.
La solubilidad del cloruro de sodio en agua a $20\ °C$ es de aproximadamente $36\ g$ por cada $100\ g$ de agua. Clasifique cada caso como disolución insaturada, saturada…
La solubilidad del cloruro de sodio en agua a $20\ °C$ es de aproximadamente $36\ g$ por cada $100\ g$ de agua. Clasifique cada caso como disolución insaturada, saturada o sobresaturada (a $20\ °C$) y explique su respuesta:
- a) $30\ g$ de sal completamente disueltos en $100\ g$ de agua.
- b) $36\ g$ de sal disueltos en $100\ g$ de agua, con una pequeña cantidad de sólido en equilibrio.
- c) Una disolución que contiene disueltos $40\ g$ de sal en $100\ g$ de agua, sin sólido en el fondo, preparada con cuidado a una temperatura mayor y enfriada lentamente.
Solubilidad, temperatura y presión
La solubilidad cambia con la temperatura, y de forma distinta según el tipo de soluto.
Sólidos: casi siempre se disuelven más en caliente. El azúcar cabe mejor en agua caliente que en fría.
Gases: al revés, se disuelven menos en caliente. Las partículas de gas con más energía escapan del líquido. Por eso una gaseosa tibia pierde el gas y hace más espuma, y por eso un río caliente lleva menos oxígeno disuelto.
Presión: solo afecta a los gases. A mayor presión del gas sobre el líquido, más gas se disuelve. La gaseosa se embotella con $CO_2$ a presión; al destapar, la presión baja y el gas disuelto sale en burbujas.
La tabla siguiente muestra la solubilidad del nitrato de potasio, $KNO_3$:
| Temperatura (°C) | 20 | 40 | 60 |
|---|---|---|---|
| g de $KNO_3$ por 100 g de agua | 32 | 64 | 110 |
Andrés observa que un refresco gaseoso tibio hace más espuma y pierde el gas más rápido que uno frío. También nota que, al abrir la botella, aparecen burbujas. Explique…
Andrés observa que un refresco gaseoso tibio hace más espuma y pierde el gas más rápido que uno frío. También nota que, al abrir la botella, aparecen burbujas. Explique ambos fenómenos usando la relación entre la solubilidad de un gas en un líquido, la temperatura y la presión. Compare con el comportamiento típico de la solubilidad de la mayoría de los sólidos con la temperatura.
La tabla muestra la solubilidad del nitrato de potasio, $KNO_3$, en agua: | Temperatura (°C) | Solubilidad (g de $KNO_3$ por 100 g de agua) | |---|---| | 20 | 32 | | 40…
La tabla muestra la solubilidad del nitrato de potasio, $KNO_3$, en agua:
| Temperatura (°C) | Solubilidad (g de $KNO_3$ por 100 g de agua) |
|---|---|
| 20 | 32 |
| 40 | 64 |
| 60 | 110 |
- a) Interprete cómo cambia la solubilidad con la temperatura.
- b) Se prepara una disolución saturada a $60\ °C$ con $100\ g$ de agua. Si se enfría hasta $20\ °C$, calcule la masa de $KNO_3$ que cristaliza.
- c) Explique por qué ocurre la cristalización.
Velocidad de disolución
La solubilidad dice cuánto se disuelve; la velocidad dice qué tan rápido. Son cosas distintas: un terrón y azúcar molida tienen la misma solubilidad, pero la molida desaparece antes.
Tres factores aceleran la disolución de un sólido:
| Factor | Por qué acelera |
|---|---|
| Agitar | renueva el agua que rodea al sólido; sin agitar, esa agua se satura localmente y frena el proceso |
| Triturar (más superficie) | hay más área de contacto entre el sólido y el agua |
| Calentar | las partículas se mueven más rápido y chocan más y con más energía |
Para que una comparación así sea válida hay que cambiar una variable a la vez y mantener constantes las demás: la masa de azúcar, el volumen de agua y el tiempo o la forma de agitar.
Kendall quiere comparar cuánto tarda en disolverse el azúcar en agua en cuatro condiciones: terrón en agua fría sin agitar, terrón en agua caliente sin agitar, azúcar…
Kendall quiere comparar cuánto tarda en disolverse el azúcar en agua en cuatro condiciones: terrón en agua fría sin agitar, terrón en agua caliente sin agitar, azúcar molida en agua fría con agitación y azúcar molida en agua caliente con agitación. Ordene las cuatro condiciones de la más lenta a la más rápida y justifique el orden. Luego explique qué variables debería mantener constantes para que la comparación fuera válida.
Propiedades coligativas
Echar sal al hielo, poner anticongelante al radiador de un carro: ambos casos tienen algo en común.
Descenso del punto de congelación. Las partículas disueltas estorban a las moléculas de agua para ordenarse en hielo. Hay que enfriar más para que congele. Por eso la mezcla de hielo y sal baja de $0\ °C$ y sirve para enfriar la mezcla del helado artesanal. También por eso el anticongelante protege el radiador.
Aumento del punto de ebullición. Con soluto no volátil disuelto, el agua hierve a una temperatura un poco mayor.
Depende de la cantidad de partículas. El $NaCl$ se disocia en dos iones ($Na^+$ y $Cl^-$); la glucosa no se disocia. Entonces $1\ mol$ de $NaCl$ aporta cerca de $2\ mol$ de partículas y $1\ mol$ de glucosa aporta $1\ mol$. En la misma masa de agua, el $NaCl$ baja más el punto de congelación.
Seleccione cuáles de los siguientes fenómenos cotidianos son ejemplos de propiedades coligativas y nómbrelas: (a) agregar sal al hielo para enfriar una mezcla, (b) el…
Seleccione cuáles de los siguientes fenómenos cotidianos son ejemplos de propiedades coligativas y nómbrelas: (a) agregar sal al hielo para enfriar una mezcla, (b) el uso de anticongelante en el radiador de un carro, (c) la oxidación de un clavo, (d) la salida de agua de una lechuga en agua salada. Indique qué tienen en común las propiedades coligativas.
Ósmosis
La ósmosis es el paso de agua a través de una membrana semipermeable, desde la disolución menos concentrada hacia la más concentrada. La membrana deja pasar el agua pero no el soluto. El agua se mueve hasta tratar de igualar las concentraciones.
Los fluidos del cuerpo equivalen a una disolución salina de $0{,}9\ \%$ m/v (el suero fisiológico que se usa en un EBAIS). Si una célula queda en un medio más concentrado, pierde agua y se arruga; en uno más diluido, gana agua.
Naufragio. El agua de mar tiene cerca de $3{,}5\ \%$ m/v de sales, mucho más que los fluidos del cuerpo. Beberla hace que el agua salga de las células hacia el medio más concentrado: la persona se deshidrata más.
Pez de agua dulce en el mar. El medio es mucho más concentrado que sus células, que pierden agua y el pez muere.
Conservar con sal. La carne salada o el pescado en sal están rodeados de un medio muy concentrado. Las bacterias pierden agua por ósmosis y no se reproducen.
Para hacer helado artesanal en una heladera de manivela, se rodea el recipiente de la mezcla con hielo al que se le agrega bastante sal, y la temperatura de la mezcla de…
Para hacer helado artesanal en una heladera de manivela, se rodea el recipiente de la mezcla con hielo al que se le agrega bastante sal, y la temperatura de la mezcla de hielo y sal baja por debajo de $0\ °C$.
- a) Explique este descenso con base en la propiedad coligativa involucrada.
- b) Compare el descenso del punto de congelación que producirían $1\ mol$ de cloruro de sodio y $1\ mol$ de glucosa disueltos en la misma masa de agua, argumentando cuál lo disminuye más y por qué (considere que el $NaCl$ se disocia en iones y la glucosa no).
- c) Indique por qué esta propiedad depende de la cantidad de partículas de soluto y no de su naturaleza.
Un pescador que naufraga en el mar siente sed y piensa en beber agua de mar, cuya concentración de sales es de aproximadamente $3{,}5\ \%$ m/v, mientras que los fluidos…
Un pescador que naufraga en el mar siente sed y piensa en beber agua de mar, cuya concentración de sales es de aproximadamente $3{,}5\ \%$ m/v, mientras que los fluidos del cuerpo humano son equivalentes a una disolución salina de aproximadamente $0{,}9\ \%$ m/v.
- a) Explique, usando el concepto de ósmosis, por qué beber agua de mar deshidrata a una persona en lugar de saciar su sed.
- b) Explique por qué un pez de agua dulce colocado en agua de mar no sobrevive.
- c) Relacione estos casos con la forma en que se conservan alimentos con sal y por qué las bacterias no proliferan en ellos.
Resumen
Vuelva al principio: el azúcar de Valeria dejó de disolverse porque el fresco llegó a la saturación; revolver solo acelera la disolución, no aumenta ese límite. La sal enfría el hielo porque, al disolverse, baja el punto de congelación del agua.