Solubilidad. Concentración de una disolución

Llamamos solubilidad de una sustancia en un disolvente, a una temperatura dada, a la cantidad de esa sustancia contenida en 100 g de disolvente a la temperatura que se fija.

En general, la solubilidad de una sustancia varía con la temperatura, y para la mayor parte de los solutos sólidos aumenta con ella.

Las disoluciones más frecuentes son las que se presentan en estado líquido. Pasamos a continuación a estudiar las expresiones de la concentración de estas disoluciones.

Entendemos por concentración de una disolución la cantidad de soluto que hay disuelta en una cantidad dada de disolvente.

Llamamos disolución concentrada a aquella que contiene una gran proporción de soluto y, de la misma forma, decimos que una disolución está diluida cuando contiene poco soluto en un determinado volumen de disolución.

Decimos que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando contiene la máxima cantidad de soluto posible a esa temperatura. Es decir, una disolución saturada de un soluto es aquella que está en equilibrio con soluto sin disolver. La manera más sencilla de preparar una disolución saturada a 25 °C, por ejemplo, de cloruro de sodio en agua, consiste en poner sólido en exceso en contacto con el agua a esa temperatura y agitar hasta que no se disuelva más cloruro de sodio. La disolución resultante que contiene 36,2 g de cloruro de sodio en 100 g de agua, se dice que está saturada de cloruro de sodio. La adición de más cloruro de sodio sólido no cambia la concentración de la disolución.

Los términos «diluido» y «concentrado» no deben confundirse con «no saturado» y «saturado», ya que indican propiedades muy distintas de la disolución. Una disolución acuosa saturada de sulfato de bario es extremadamente diluida (0,002 g de soluto por litro de agua a 18 °C), pero una disolución saturada de tiosulfato de sodio es muy concentrada (500 g de soluto por litro de agua a 25 °C).

La imprecisión de estos términos se soluciona si expresamos la con¬centración de una disolución de las siguientes formas:

—Tanto por ciento en peso.
—Tanto por ciento en volumen.
—Molaridad.
—Fracción molar.
—Molalidad.
—Normalidad.

Tanto por ciento en peso
Nos indica el número de gramos de soluto presentes en 100 g de disolución:

Tanto por ciento en volumen
Nos indica el número de mililitros de soluto contenidos en 100 ml de disolución. Así, cuando decimos que el porcentaje de 02 en el aire es 21 °/o, queremos indicar que hay 21 ml de 02 en 100 ml de aire:

Molaridad
El término molaridad, M, se define como la relación entre el número de moles de soluto y el de litros de disolución:

Aunque una forma de obtener una disolución de una molaridad deseada consiste en determinar la masa de soluto puro y añadir agua hasta el volumen deseado, otro método, a menudo más conveniente, aconseja comenzar con una disolución concentrada y diluirla con agua.

Así, para preparar 100 ml de disolución de ácido clorhídrico 2 M a partir de un ácido clorhídrico concentrado 12 M deberemos averiguar en qué volumen de ácido concentrado están contenidos 2 moles/l • 0,1 l = 0,2 moles de ácido:

Debemos tomar 17 ml de HCl 12 M y diluir en agua hasta un volumen final de 100 ml para obtener una disolución 2 M.

Fracción molar

En una disolución binaria de componentes A y B, llamamos fracción molar de A y B, respectivamente, a las expresiones:

donde nA y nB son el número de moles de cada componente.

Es fácil comprobar que la suma de las fracciones molares de todos los componentes, en cualquier disolución, es siempre la unidad:

Así, si tenemos una disolución de 30 g de cloruro de sodio en 120 g de agua, la fracción molar del cloruro de sodio es:

y la fracción molar del agua es:

La fracción molar expresa la relación entre el número de partículas de un componente y el número de moles en una disolución y, por tanto, no tiene unidades.

Molalidad
La molaridad es función de la temperatura, ya que, al aumentar la temperatura, aumenta el volumen de la disolución, y como la masa de soluto permanece constante, disminuye la concentración de la disolución.

Una expresión de la concentración independiente de la temperatura es la que hace uso del número de moles de soluto en relación con la masa del disolvente.

Se llama molalidad, m, a la relación entre el número de moles de soluto y el de kilogramos de disolvente:

Conociendo la densidad de la disolución, es fácil transformar una forma de expresión de la concentración en cualquiera de las restantes formas.

Normalidad
La normalidad, N, es una forma de expresar la concentración de una disolución muy utilizada antiguamente, aunque hoy ha caído en desuso. Se define como la relación entre el número de equivalentes-gramo (eq-g) de soluto y el de litros de disolución:

El producto del volumen por la normalidad es una expresión del número de equivalentes si el volumen se expresa en litros y, por tanto, la relación entre los volúmenes y la normalidad de distintas disoluciones viene dada por la expresión:

En el caso de los ácidos monopróticos o de los hidróxidos de los metales monovalentes coinciden el equivalente-gramo y la masa molar, por lo que también son iguales la molaridad y la normalidad de sus disoluciones.

En el caso de los ácidos dipróticos o de los hidróxidos de los metales bivalentes, la molaridad es la mitad de la normalidad. En general:

Curvas de solubilidad
Si sobre un sistema de ejes coordenados representamos la solubilidad en ordenadas y la temperatura en abscisas, obtenemos la llamada curva de solubilidad. Como se observa en la gráfica, hay sustancias, como el nitrato de potasio, cuya solubilidad aumenta mucho con la temperatura, mientras que otras, como el cloruro de sodio, aumentan muy poco su solubilidad, e incluso hay alguna, como el sulfato de sodio anhidro, cuya solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

Cuando una disolución diluida se evapora a una temperatura determinada, la disolución se concentra, puesto que disminuye la cantidad de disolvente. Si continúa la evaporación, se llega a obtener una disolución saturada a esa temperatura. Si en este momento se continúa con la evaporación, o bien se enfría la disolución, puesto que la solubilidad disminuye con la temperatura, se produce la cristalización del soluto correspondiente a la diferencia de solubilidad.

En algunos casos es posible enfriar una disolución saturada sin que tenga lugar la cristalización. En esta ocasión tenemos una disolución que contiene disuelta una cantidad de soluto mayor que la correspondiente a su solubilidad y recibe el nombre de disolución sobr esaturada.

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