Solubilidad — Reglas, curvas y factores

La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede permanecer disuelta en un disolvente bajo condiciones determinadas. En los problemas de química, eso normalmente significa que necesitas conocer el disolvente, la temperatura y, en el caso de los gases, a veces la presión.

Si buscas la versión rápida, aquí está: la solubilidad no es lo mismo que la velocidad de disolución. Es el límite de equilibrio de cuánto puede permanecer disuelto una vez que el sistema se estabiliza.

Qué significa la solubilidad en química

Cuando se añade una pequeña cantidad de soluto a un disolvente, puede disolverse por completo. A medida que se añade más, la disolución llega finalmente a un punto en el que la disolución y la nueva formación del sólido se equilibran entre sí. En ese punto, la disolución está saturada.

Por eso la solubilidad es una idea de equilibrio. Si una tabla dice que una sal tiene una solubilidad de $36\ \mathrm{g}$ por $100\ \mathrm{g}$ de agua a cierta temperatura, significa que aproximadamente esa cantidad puede permanecer disuelta en equilibrio bajo esas condiciones.

Tres términos relacionados ayudan:

• Una disolución insaturada todavía puede disolver más soluto.
• Una disolución saturada ha alcanzado el límite de equilibrio bajo esas condiciones.
• Una disolución sobresaturada contiene más soluto disuelto que la cantidad habitual de equilibrio y normalmente es inestable.

Reglas de solubilidad: qué ayudan realmente a predecir

En química introductoria, las reglas de solubilidad suelen ser patrones abreviados para compuestos iónicos en agua. Te ayudan a predecir si un compuesto es generalmente soluble o si es probable que se forme un precipitado.

Una forma segura de usarlas es como una primera aproximación, no como una ley universal. Por ejemplo, las sales de nitrato suelen ser solubles en agua, así que se espera que $\mathrm{NaNO_3}$ se disuelva fácilmente. En cambio, algunos compuestos iónicos como $\mathrm{AgCl}$ son solo poco solubles, por lo que a menudo se tratan como precipitados en problemas introductorios.

"Lo semejante disuelve a lo semejante" es otra regla práctica sobre la elección del disolvente. Las sustancias polares e iónicas suelen disolverse mejor en disolventes polares como el agua, mientras que muchas sustancias no polares se disuelven mejor en disolventes no polares.

Cómo leer una curva de solubilidad

Una curva de solubilidad muestra cómo cambia la solubilidad de una sustancia con la temperatura. El eje vertical suele ser la cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad fija de disolvente, y el eje horizontal es la temperatura.

Si un punto está sobre la curva, la disolución está saturada a esa temperatura. Si está por debajo de la curva, la disolución es insaturada. Si está por encima de la curva, la cantidad mostrada está por encima del límite habitual de saturación para esas condiciones.

No generalices demasiado la forma de la curva. Muchos solutos sólidos se vuelven más solubles cuando aumenta la temperatura, pero no todos. La solubilidad de los gases en agua suele mostrar la tendencia opuesta con la temperatura.

Ejemplo resuelto: usar un valor de una curva de solubilidad

Supón que una curva de solubilidad muestra que una sal se disuelve hasta $36\ \mathrm{g}$ por $100\ \mathrm{g}$ de agua a $25^\circ\mathrm{C}$.

Ahora añade $40\ \mathrm{g}$ de esa sal a $100\ \mathrm{g}$ de agua y espera a que se alcance el equilibrio a la misma temperatura.

Bajo esas condiciones, unos $36\ \mathrm{g}$ pueden permanecer disueltos. Los $4\ \mathrm{g}$ restantes quedan sin disolver.

Ese ejemplo te da la habilidad principal para leer curvas de solubilidad:

• lee la cantidad máxima disuelta a la temperatura indicada
• compárala con la cantidad realmente añadida
• considera cualquier exceso de soluto como no disuelto en equilibrio

La solubilidad es un límite de capacidad bajo una condición determinada, no una promesa de que cada gramo añadido desaparezca.

Factores que cambian la solubilidad

Temperatura

Para muchos solutos sólidos en agua, la solubilidad aumenta al subir la temperatura. Eso es común, pero no universal.

Para los gases disueltos en líquidos, la solubilidad a menudo disminuye al subir la temperatura. Un ejemplo conocido es un refresco caliente que pierde dióxido de carbono disuelto.

Presión

La presión tiene su efecto más claro sobre los gases disueltos en líquidos. Una mayor presión sobre el líquido normalmente aumenta la solubilidad del gas. Para sólidos y líquidos, los cambios ordinarios de presión suelen tener mucho menos efecto.

Naturaleza del soluto y del disolvente

Las fuerzas intermoleculares importan. Un disolvente disuelve un soluto más fácilmente cuando las nuevas interacciones soluto-disolvente son lo bastante favorables como para competir con las interacciones soluto-soluto y disolvente-disolvente.

Esa es la versión más precisa de "lo semejante disuelve a lo semejante".

Entorno químico

Algunos cambios de solubilidad dependen de reacciones en la disolución. Por ejemplo, la solubilidad de algunos compuestos iónicos puede cambiar si cambia el pH o si se añade un ion común.

Ese punto depende de la sustancia específica. No supongas que todo problema de solubilidad necesita razonamiento sobre pH o ion común.

Errores comunes sobre solubilidad

Confundir solubilidad con velocidad de disolución

Agitar, triturar o calentar a menudo hace que algo se disuelva más rápido, pero disolverse más rápido no es lo mismo que tener una mayor solubilidad final bajo las mismas condiciones.

Olvidar la temperatura o la presión

Un valor de solubilidad sin temperatura, y a veces sin presión, está incompleto.

Suponer que todo sólido se vuelve más soluble al calentarse

Muchos sólidos se vuelven más solubles en agua caliente, pero algunos no. Una curva o una tabla de datos es más segura que una regla general.

Usar reglas de presión en el sistema equivocado

La presión es especialmente importante para los gases en líquidos. Normalmente no es el factor principal para la solubilidad de solutos sólidos comunes.

Dónde se usa la solubilidad

La solubilidad importa en farmacia, tratamiento de aguas, geología, química ambiental, ciencia de los alimentos y preparación de disoluciones en el laboratorio. Ayuda a predecir la precipitación, elegir disolventes y decidir si una mezcla permanecerá uniforme o se separará.

También importa en casos cotidianos: por qué el azúcar se disuelve de forma distinta en bebidas frías y calientes, por qué las bebidas carbonatadas pierden gas después de abrirse y por qué algunas mezclas se enturbian cuando cambian las condiciones.

Prueba una pregunta similar sobre solubilidad

Cuando te encuentres con una pregunta de solubilidad, hazte cuatro preguntas en este orden: cuál es el soluto, cuál es el disolvente, qué temperatura está fijada y si la presión importa. Esa breve lista evita la mayoría de los errores antes incluso de empezar a calcular.

Prueba tu propia versión con una curva de solubilidad: elige una temperatura, lee la cantidad máxima disuelta y decide si una muestra es insaturada, saturada o está por encima del límite habitual.