Solubilidad: definición, tipos, factores que afectan, ejemplos

En un solvente, una solución es una mezcla homogénea de uno o más solutos. Un ejemplo común de una solución son los cubos de azúcar que se agregan a una taza de té o café. La solubilidad es la propiedad que permite que las moléculas de azúcar se disuelvan. Como resultado, la solubilidad se puede definir como la capacidad de un material (soluto) para disolverse en un solvente específico.

Solubilidad

La solubilidad se refiere a la mayor cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad conocida de solvente a una temperatura dada.

En un solvente, una solución es una mezcla homogénea de uno o más solutos. Un ejemplo común de una solución son los cubos de azúcar que se agregan a una taza de té o café. La solubilidad es la propiedad que permite que las moléculas de azúcar se disuelvan. Como resultado, la solubilidad se puede definir como la capacidad de un material (soluto) para disolverse en un solvente específico. Cualquier sustancia disuelta en un solvente, ya sea sólido, líquido o gas, se denomina soluto.

Producto de solubilidad

La frase “producto de solubilidad” se refiere a sales que son poco solubles. Es el producto máximo de la concentración molar de los iones producidos por disociación de la molécula (elevada a sus potencias propias).

El producto de solubilidad permanece constante a una temperatura dada. Cuanto menor sea el valor del producto de solubilidad, menor será la solubilidad, y cuanto mayor sea el valor del producto de solubilidad, mayor será la solubilidad. Los elementos que influyen en la solubilidad varían según el estado del soluto:

1. Solubilidad de líquidos en líquidos
2. Solubilidad de sólidos en líquidos
3. Solubilidad de un gas en líquidos

• Solubilidad de líquidos en líquidos 

El agua se conoce como un solvente universal ya que disuelve prácticamente todos los solutos, con la excepción de unos pocos. La solubilidad de una sustancia puede verse influida por una serie de circunstancias.

La solubilidad se refiere al desarrollo de un nuevo enlace entre las moléculas de soluto y solvente. La solubilidad es la concentración más alta de soluto que se disuelve en una concentración conocida de solvente a una temperatura particular en términos de cantidad. Los solutos se clasifican como altamente solubles, escasamente solubles o insolubles según la concentración a la que se disuelven en un solvente. Se dice que es soluble si se puede disolver una concentración de 0,1 g o más de un soluto en 100 ml de disolvente. Se considera escasamente soluble cuando se disuelve en el disolvente una concentración inferior a 0,1 g. Como resultado, la solubilidad se define como una expresión cuantitativa medida en gramos por litro (g/L).

Se pueden obtener diferentes tipos de soluciones en función de la solubilidad. A una temperatura determinada, una solución saturada es aquella en la que una determinada cantidad de soluto es totalmente soluble en un disolvente. Una solución sobresaturada, por otro lado, es aquella en la que el soluto comienza a salir o precipitar una vez que se disuelve una concentración específica a la misma temperatura.

Factores que afectan la solubilidad de un líquido en líquido:

1. Presión: La presión tiene un impacto significativamente mayor en los gases que en los sólidos y líquidos. Cuando la presión parcial de un gas aumenta, también lo hace la probabilidad de su solubilidad. El CO ₂ se embotella a alta presión en una botella de refresco, por ejemplo.
2. Temperatura: las personas pueden aumentar la característica de solubilidad de un soluto ajustando la temperatura. A 20 °C o 100 °C, el agua generalmente disuelve los solutos. El aumento de la temperatura disolverá totalmente los compuestos sólidos o líquidos escasamente solubles. Sin embargo, en el caso de una sustancia gaseosa, la temperatura afecta la solubilidad en la dirección opuesta, lo que significa que a medida que aumenta la temperatura, los gases se expanden y escapan de su solvente.

• Solubilidad de sólidos en líquidos 

Se ha observado que la solubilidad sólida depende tanto de la composición del soluto como del solvente. La gente ve con frecuencia que algunas sustancias, como el azúcar y la sal común (NaCl), se disuelven rápidamente en agua mientras que otras, como la naftalina, no lo hacen. Solo los solutos polares prefieren disolverse en solventes polares, mientras que los solventes no polares disuelven solo solutos no polares, según diferentes observaciones y datos experimentales. Como resultado, uno de los elementos más importantes que afectan la solubilidad es la composición del solvente. El descubrimiento de que lo similar se disuelve llevó a la conclusión de que los solventes polares disuelven los solutos polares y los solventes no polares disuelven los solutos no polares.

Echemos un vistazo más de cerca a cómo se disuelve un sólido en un solvente. La disolución ocurre cuando se le da un soluto sólido a un solvente y las partículas de soluto se disuelven en el solvente. El proceso de cristalización ocurre cuando las partículas de soluto en una solución chocan entre sí y algunas de las partículas se separan de la solución.

Entre estos dos procesos, se forma un estado de equilibrio dinámico, en cuyo punto el número de moléculas de soluto que ingresan a la solución es igual al número de partículas que salen de la solución. Como resultado, a una temperatura y presión dadas, la concentración del soluto en la solución permanecerá constante.

Una solución saturada es aquella en la que no se puede disolver más soluto en el solvente a una temperatura y presión dadas, y contiene la máxima cantidad de soluto. La solubilidad se refiere a la concentración de un soluto en una solución a una determinada temperatura y presión. Una solución no saturada es aquella en la que se puede agregar más soluto a la solución.

Factores que afectan la solubilidad de sólidos en líquidos:

1. Temperatura: Si (∆ _sol H > 0), la solubilidad de una solución casi saturada aumenta a medida que aumenta la temperatura, y si (∆ _sol H < 0), la solubilidad disminuye a medida que aumenta la temperatura.
2. Naturaleza soluto y solvente: Lo similar se desintegra en lo similar. El antraceno, por ejemplo, no reacciona con el cloruro de sodio. El naftaleno y el antraceno, por otro lado, se disuelven rápidamente en benceno, mientras que el cloruro de sodio y el azúcar no lo hacen.
3. Efecto de la presión: Los cambios de presión tienen poco efecto sobre la solubilidad sólida. Esto se debe al hecho de que los sólidos y los líquidos son altamente incompresibles y esencialmente no se ven afectados por las fluctuaciones de presión.

• Solubilidad de un gas en líquidos 

El tema de la solubilidad del gas en líquidos tiene que ver con la idea de que el gas se disuelve en un solvente. Comencemos con una definición de solubilidad. La solubilidad es la mayor cantidad de soluto que se puede disolver en un solvente dado a una temperatura dada para cualquier sustancia. Nuestro interés actual es la solubilidad de los gases en líquidos. La solubilidad del gas en líquidos se ve muy afectada por la temperatura y la presión, así como por la naturaleza del soluto y el solvente.

Muchos gases se disuelven rápidamente en agua, mientras que otros no lo hacen en condiciones típicas. El oxígeno es solo ligeramente soluble en agua, mientras que el HCl o el amoníaco se disuelven rápidamente.

Factores que afectan la solubilidad de un gas en líquidos:

• Presión:Se ha descubierto que a medida que aumenta la presión, también lo hace la solubilidad de un gas en líquidos. Considere un sistema de una solución de gas en un solvente en un recipiente cerrado en un estado de equilibrio dinámico para comprender mejor el efecto de la presión sobre la solubilidad del gas. Debido a que la solución ahora está en equilibrio, la tasa de moléculas gaseosas que entran es igual a la tasa de moléculas gaseosas que salen. Digamos que queremos aumentar la presión del sistema comprimiendo las moléculas de gas en la solución. Las moléculas de los gases ahora se concentrarán en un volumen más pequeño a medida que aumenta la presión. Como resultado, aumentará el número de moléculas de gas por unidad de volumen disponibles por encima de la solución. Debido a que ha aumentado la cantidad de moléculas de gas presentes sobre la solución, también ha aumentado la velocidad a la que entran en la solución. Como resultado, el número de moléculas de gas en la solución aumenta hasta que se alcanza un nuevo punto de equilibrio. Como resultado, la solubilidad de los gases aumenta a medida que aumenta la presión de un gas sobre la solución.
• Temperatura: Al aumentar la temperatura, la solubilidad del gas en líquidos disminuye. La disolución es el proceso por el cual se disuelven las moléculas de un gas en un líquido. Se emite calor durante todo el proceso. Cuando se altera el equilibrio de un sistema, el sistema se reajusta de tal manera que se compensa el efecto que provocó el cambio en el equilibrio, según el Principio de Le Chatelier. Debido a que la disolución es un proceso exotérmico, la solubilidad debería disminuir a medida que aumenta la temperatura, lo que demuestra el Principio de Le Chatelier.

Ley de Henry

Según la ley de Henry, la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión del gas a una temperatura fija.

“La presión parcial del gas en la fase de vapor (p) es proporcional a la fracción molar del gas (x) en la solución”, dice la versión más popular de la ley de Henry. Esto está escrito como,

pag = K _H x

Aquí, KH _es la constante de la Ley de Henry.

Características de _KH

• El tipo de gas determina K _H .
• Cuanto menor sea la solubilidad del gas en el líquido, mayor será el valor de K _H a una presión dada.
• A medida que la temperatura disminuye, los valores de K _H aumentan, lo que indica que aumenta la solubilidad de los gases.

Aplicaciones de la Ley de Henry

• En la fabricación de bebidas carbonatadas.
• Los escaladores y aquellos que viven a gran altura se beneficiarán de esto.
• Durante una inmersión en aguas profundas.

La Ley de Raoult como caso especial de la Ley de Henry

Según la ley de Raoult,

pags = x _yo pags _yo ⁰

Uno de los componentes de un gas en una solución líquida es tan volátil que existe como gas. Según la ley de Henry, es soluble en agua.

pag = K _H x

Como resultado, la ley de Raoult es un caso específico de la ley de Henry, en la que K _H es igual a p _i ⁰ .

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuál es el punto de una prueba de solubilidad?

Responder:

Las mediciones de solubilidad se pueden utilizar para determinar el tamaño y la polaridad de una molécula desconocida, así como la presencia de grupos funcionales fundamentales o ácidos. La ionización y, por lo tanto, una reacción química son necesarias para la solubilidad de un compuesto en ácido acuoso o básico.

Pregunta 2: A 313K, el benceno y el tolueno forman soluciones perfectas A y B. 4 moles de tolueno y 1 mol de C ₆ H ₆ forman la Solución A. El tolueno y el benceno son cantidades iguales en la Solución B. En cada escenario, calcule el total presión. A 313 K, el C ₆ H ₆ y el tolueno tienen presiones de vapor de 160 y 60 mm, respectivamente.

Responder:

A] PAGS _METRO = PAGS ^‘ _segundo + PAGS ^‘ _T = (PAGS ⁰ _B × X _B ) + (PAGS ⁰ _T × X _T )

PM = ₁₆₀ × (1/1+4) + 60 × (4/1+4)

PM = ₃₂ + 48

P _M = 80 mm

B] PM = 160 × ( _92/170 ) + 60 × (78/170)

PM = 86.588 + _27.529

_PM = 114,117 mm

Pregunta 3: ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre la solubilidad?

Responder:

Para ciertas sustancias disueltas en agua líquida, la solubilidad aumenta con la temperatura. El aumento de la energía cinética a temperaturas más altas ayuda a las moléculas de disolvente a romper con mayor eficacia las moléculas de soluto que se mantienen unidas por interacciones intermoleculares.

Pregunta 4: ¿Cuál es el efecto de la presión sobre la solubilidad de los gases en líquido?

Responder:

La solubilidad de los gases en líquido aumenta a medida que aumenta la presión a una determinada temperatura. La tasa de disolución es igual a la tasa de evaporación si el sistema está en equilibrio dinámico. La cantidad de partículas gaseosas por unidad de volumen aumenta a medida que aumenta la presión en el sistema. Como resultado, más partículas chocan con la superficie de la solución y entran en ella. Como resultado, se logra un nuevo equilibrio. Cuando un resultado, a medida que aumenta la presión, también lo hace la solubilidad de los gases en líquido.

Pregunta 5: ¿Cuáles son los efectos de la temperatura y la presión sobre la solubilidad?

Responder:

Un aumento en la presión y la temperatura contribuye a una mayor solubilidad en este proceso. Un aumento en la presión hace que entren más partículas de gas en el líquido, lo que reduce la presión parcial. Como resultado, la solubilidad aumentará.

Pregunta 6: El heptano y el octano forman una solución ideal a 373 K, las presiones de vapor de los líquidos puros a esta temperatura son 105,2 kPa y 46,8 kPa respectivamente. Si la solución contiene 25 g de heptano y 28,5 g de octano, calcule la presión de vapor que ejerce el heptano.

Responder:

P ^o c ₇ H ₁₆ = 105,2 kPa, P ^o c ₈ H ₁₈ = 46,8 Kpa

Mc ₇ H ₁₆ = 100 g mol ^-1 , Mc ₈ H ₁₈ = 114 g mol ^-1

Xc ₇ H ₁₆ = nc ₇ H ₁₆ / nc ₇ H ₁₆ + n ₈ cH ₁₈ = (25/100) / ((25/100) + (28,5/114)) = 0,25/0,25 + 0,25 = 0,5

Xc ₈ H ₁₈ = 1 – 0,5 = 0,5

PC ₇ H ₁₆ = 105,2 × 0,5 = 52,60 kPa

Pregunta 7: Explique la Ley de Henry.

Responder:

Según la ley de Henry, la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión del gas a una temperatura fija.

“La presión parcial del gas en la fase de vapor (p) es proporcional a la fracción molar del gas (x) en la solución”, dice la versión más popular de la ley de Henry. Esto está escrito como

pag = K _H x

Aquí, KH _es la constante de la Ley de Henry.