Chapter 12: Solutions and Colloids

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12.6:

Propiedades Físicas que Afectan la Solubilidad

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La solubilidad de un soluto es la cantidad máxima que se disolverá en una determinada cantidad de solvente a una temperatura específica. Esto significa que, por definición, la temperatura afecta la solubilidad de la mayoría de sustancias. Para la mayoría de los solutos sólidos, su solubilidad en agua aumenta a medida que aumenta la temperatura de la solución, aunque hay excepciones, como el sulfato de cesio.A medida que cambia la temperatura, la solubilidad de diferentes sustancias aumenta a diferentes velocidades. Por ejemplo, la solubilidad del nitrato de potasio aumenta bruscamente con la temperatura, mientras que la del cloruro de potasio cambia muy poco. Cuando una solución que contiene una mezcla de nitrato de potasio y cloruro de potasio se calienta, y luego se enfría lentamente a diez grados, el precipitado cristalino contendrá más nitrato de potasio ya que es menos soluble a bajas temperaturas.Esta técnica de separación se conoce como cristalización fraccionada. A diferencia de los solutos sólidos, la solubilidad de los gases en agua disminuye al aumentar la temperatura. Si un vaso de precipitados de refresco frío se calienta a temperatura ambiente, el refresco disminuye rápidamente.Esto se debe a que la solubilidad del dióxido de carbono disminuye al aumentar la temperatura. La solubilidad de los gases también depende de la presión. Cuanto mayor es la presión de un gas sobre un líquido, más soluble es Esta relación entre la presión y la solubilidad de un gas se cuantifica mediante la ley de Henry, que establece que la solubilidad de un gas es igual a la constante de la ley de Henry multiplicada por la presión.Para preparar soda, el dióxido de carbono se disuelve en una solución de azúcar a alta presión. La presión superior permite que la solución se sature con dióxido de carbono. Por lo tanto, cuando se abre una lata de refresco, podemos escuchar un estallido familiar cuando se libera la presión y vemos que se forman muchas burbujas a medida que el gas de dióxido de carbono se escapa de la solución.
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12.6:

Propiedades Físicas que Afectan la Solubilidad

Soluciones de gases en líquidos

En cuanto a cualquier solución, la solubilidad de un gas en un líquido se ve afectada por las fuerzas de atracción intermolecular entre especies solutos y solventes. A diferencia de los solutos sólidos y líquidos, sin embargo, no hay atracción intermolecular soluto-soluto a superar cuando un soluto gaseoso se disuelve en un solvente líquido, ya que los átomos o moléculas que componen un gas están muy separados y experimentan interacciones insignificantes. Por consiguiente, las interacciones soluto-solvente son el único factor energético que afecta a la solubilidad. Por ejemplo, la solubilidad del oxígeno en el agua es aproximadamente tres veces mayor que la del helio (hay mayores fuerzas de dispersión entre el agua y las moléculas de oxígeno más grandes) pero 100 veces menor que la solubilidad del clorometano, CHCl3 (las moléculas de clorometano polar experimentan atracción dipolo-dipolo a las moléculas de agua polares). Asimismo, observe que la solubilidad del oxígeno en el hexano, C6H14, es aproximadamente 20 veces mayor que en el agua porque existen mayores fuerzas de dispersión entre el oxígeno y las moléculas de hexano más grandes.

La temperatura es otro factor que afecta a la solubilidad, disminuyendo la solubilidad de los gases a medida que aumenta la temperatura. Esta relación inversa entre temperatura y concentración de gas disuelto es responsable de uno de los mayores impactos de la contaminación térmica en aguas naturales.

La solubilidad de un soluto gaseoso también se ve afectada por la presión parcial del soluto en el gas al que está expuesta la solución. La solubilidad del gas aumenta a medida que aumenta la presión del gas.

Para muchos solutos gaseosos, la relación entre solubilidad, Sgas y presión parcial, Pgas, es proporcional:

Eq1

Donde kH es una constante de proporcionalidad que depende de las identidades del soluto gaseoso y del disolvente y de la temperatura de la solución. Este es un enunciado matemático de la ley de Henry: La cantidad de un gas ideal que se disuelve en un volumen definido de líquido es directamente proporcional a la presión del gas.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 11,3: Solubilidad.

Suggested Reading

  1. Kolev, Nikolay Ivanov. "Solubility of O 2, N 2, H 2 and CO 2 in water." In Multiphase Flow Dynamics 4, pp. 209-239. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011.
  2. Mitchell, Alan J., ed. Formulation and production carbonated soft drinks. Springer Science & Business Media, 1990.

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