1.13 : Solubilidad

Solución, solubilidad y equilibrio de solubilidad

Una solución es una mezcla homogénea compuesta por un solvente, el componente mayoritario, y un soluto, el componente minoritario. El estado físico de una solución (sólido, líquido o gaseoso) suele ser el mismo que el del disolvente. Las concentraciones de solutos a menudo se describen con términos cualitativos como diluido (de concentración relativamente baja) y concentrado (de concentración relativamente alta).

En una solución, las partículas de soluto (moléculas, átomos y/o iones) están estrechamente rodeadas por especies de disolventes e interactúan mediante fuerzas de atracción. Este proceso de disolución se llama solvatación. Cuando el agua es el disolvente, el proceso se conoce como hidratación. Para la solvatación, las interacciones soluto-disolvente deben ser más fuertes que las interacciones soluto-soluto y disolvente-disolvente. La precipitación es lo opuesto a la solvatación y ocurre debido a fuertes interacciones soluto-soluto.

La solubilidad es la medida de la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente. La temperatura, la presión y la polaridad molecular son algunos de los factores importantes que afectan a la solubilidad. El equilibrio de solubilidad se establece cuando la disolución y precipitación de una especie de soluto ocurren a velocidades iguales.

Lo semejante disuelve a lo semejante

Para predecir si un soluto será soluble en un disolvente determinado, la regla general es "lo semejante disuelve a lo semejante". Los solutos polares o iónicos se disuelven en disolventes polares debido a las interacciones resultantes ion-dipolo o dipolo-dipolo con las moléculas del disolvente. Esta interacción no será posible con un disolvente apolar. Los solutos no polares se disuelven en disolventes no polares mediante fuerzas de dispersión intermoleculares.

Compuestos hidrofílicos, hidrofóbicos y anfifílicos

El agua es un disolvente polar. Los solutos que son solubles en agua se denominan "hidrófilos" o "amantes del agua". Por ejemplo, cuando se agrega KCl sólido al agua, el extremo positivo (hidrógeno) de las moléculas polares de agua es atraído por los iones negativos de cloruro y los extremos negativos (oxígeno) del agua son atraídos por los iones positivos de potasio. Las moléculas de agua rodean los iones K⁺ y Cl⁻ individuales, reduciendo las fuertes fuerzas que unen los iones y permitiéndoles pasar a la solución como iones solvatados.

Un soluto que es insoluble en agua se denomina "hidrófobo" o "temeroso del agua". Estos solutos, como el petróleo, no pueden formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua circundantes debido a las interacciones soluto-soluto más fuertes. Como resultado, las partículas de soluto se agrupan y permanecen sin disolverse.

Los compuestos que tienen grupos polares y no polares se denominan "anfipáticos" o "anfifílicos". Por ejemplo, los jabones, que son las sales de los ácidos grasos, tienen una cola hidrófoba de hidrocarburos apolares y una cabeza hidrófila polar. La acción limpiadora de jabones y detergentes se puede explicar en función de las estructuras de las moléculas implicadas. El extremo hidrocarbonado (no polar) de una molécula de jabón o detergente se disuelve o es atraído por sustancias no polares, como aceite, grasa o partículas de suciedad. El extremo iónico es atraído por el agua (polar). Como resultado, las moléculas de jabón o detergente se orientan en la interfaz entre las partículas de suciedad y el agua, por lo que actúan como una especie de puente entre dos tipos diferentes de materia, polar y no polar. Como consecuencia, las partículas de suciedad quedan suspendidas en forma de partículas coloidales y se eliminan fácilmente por lavado.