El fenómeno de la disolución
Cuando un terrón de azúcar se introduce en un vaso
lleno de agua, al cabo de un tiempo parece, a primera vista, que se ha
desvanecido sin dejar rastro de su presencia en el líquido. Esta aparente desaparición
parece indicar que el fenómeno de la disolución se produce a nivel molecular.
La disolución de un sólido supone la ruptura de los
enlaces de la red cristalina y la consiguiente disgregación de sus componentes
en el seno del líquido. Para que esto sea posible es necesario que se produzca
una interacción de las moléculas del disolvente con las del soluto, que recibe
el nombre genérico de solvatación. Cuando una
sustancia sólida se sumerge en un disolvente apropiado, las moléculas (o iones)
situadas en la superficie del sólido son rodeadas por las del disolvente; este
proceso lleva consigo la liberación de una cierta cantidad de energía que se
cede en parte a la red cristalina y permite a algunas de sus partículas
componentes desprenderse de ella e incorporarse a la disolución. La repetición
de este proceso produce, al cabo de un cierto tiempo, la disolución completa
del sólido. En algunos casos, la energía liberada en el proceso de solvatación
no es suficiente como para romper los enlaces en el cristal y, además,
intercalar sus moléculas (o iones) entre las del disolvente, en contra de las
fuerzas moleculares de éste.
Para que la energía de solvatación tome un valor
considerable es necesario que las interacciones entre las moléculas del soluto
y entre las del disolvente sean de la misma naturaleza. Sólo así el fenómeno de
la solvatación es lo suficientemente importante como para dar lugar por sí solo
a la disolución del cristal. Ello explica el viejo aforismo de que «lo
semejante disuelve a lo semejante». Los disolventes apolares como el agua son
apropiados para solutos polares como los sólidos iónicos o los sólidos formados
por moléculas con una cierta polaridad eléctrica. Por su parte, los disolventes
apolares, como el benceno (C6H6), disuelven las sustancias
apolares como las grasas.
Junto con los factores de tipo
energético, como los considerados hasta ahora, que llevan a un sistema
sólido/líquido a alcanzar un estado de menor energía potencial, otros factores
determinan el que la disolución se produzca o no de forma espontánea. Esta
afirmación está respaldada por dos tipos de fenómenos: en primer lugar la
existencia de procesos de disolución que implican una absorción moderada de
energía del medio, lo cual indica que el sistema evoluciona hacia estados de
mayor energía interna; en segundo lugar sustancias apolares como el
tetracloruro de carbono (CCl4), aunque poco, se llegan a disolver en
disolventes polares como el agua.
Los procesos físico-químicos están influidos,
además, por el factor desorden, de modo que
tienden a evolucionar en el sentido en el que éste aumenta. La disolución, sea
de sólido en líquido, sea de líquido en líquido, aumenta el desorden molecular
y por ello está favorecida. Contrariamente, la de gases en líquidos, está
dificultada por el aumento del orden que conllevan. Del balance final entre los
efectos de ambos factores, el de energía y el de desorden, depende el que la
disolución sea o no posible.
La solubilidad
Las sustancias no se disuelven en igual medida en
un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un
disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe
el nombre de solubilidad. La capacidad de
una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es
ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto
a partir del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se
depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada.
Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente
determinado es la concentración que corresponde al estado de saturación a una
temperatura dada.
Las solubilidades de sólidos en líquidos varían
mucho de unos sistemas a otros. Así a 20 °C la solubilidad del cloruro de sodio
(NaCl) en agua es 6 M y en alcohol etílico (C2H6O), a esa
misma temperatura, es 0,009 M. Cuando la solubilidad es superior a 0,1 M se
suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente considerado; por
debajo de 0,1 M se considera como poco soluble o incluso como insoluble si se
aleja bastante de este valor de referencia.
La solubilidad depende de la temperatura; de ahí
que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura de trabajo. En la
mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. Se
trata de procesos en los que el sistema absorbe calor para apoyar con una
cantidad de energía extra el fenómeno la solvatación. En otros, sin embargo, la
disolución va acompañada de una liberación de calor y la solubilidad disminuye
al aumentar la temperatura.
Propiedades de las disoluciones
La presencia de moléculas de soluto en el seno de
un disolvente altera las propiedades de éste. Así, el punto de fusión y el de
ebullición del disolvente cambian; su densidad aumenta, su comportamiento
químico se modifica y, en ocasiones, también su color. Algunas de estas
propiedades de las disoluciones no dependen de la naturaleza del soluto, sino
únicamente de la concentración de la disolución, y reciben el nombre de propiedades coligativas.
Propiedades Coligativas
Se denomina así a las propiedades que dependen del
número de moles disueltos en un determinado disolvente.
Aumento ebulloscópico: aumento del punto
de ebullición de una solución con respecto al del solvente puro.
Descenso crioscópico: disminución del
punto de solidificación de una solución con respecto al del solvente puro.
Si el agua contiene un soluto como la sal (para el
caso salmuera), las moléculas del mismo se interponen entre las del líquido,
dificultando la ebullición y produciendo un aumento ebulloscópico. Si
quisiéramos congelar la salmuera deberíamos bajar de 0 °C para lograrlo.
Entonces:
- La salmuera ebulle a más de 100 °C.
- La salmuera se solidifica a menos de 0 °C.
Otro ejemplo es el "líquido refrigerante"
para los motores, el más común es una solución de glicerol y agua.
Aprovechando el aumento ebulloscópico y el descenso
crioscópico se pueden calcular pesos moleculares.
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