Soluto, disolvente y disolución
Una disolución es una mezcla homogénea: es igual en todas sus partes. Tiene dos componentes:
- Soluto: la sustancia que se disuelve (normalmente la que hay en menor cantidad), por ejemplo el azúcar.
- Disolvente: la sustancia en la que se disuelve (normalmente la que hay en mayor cantidad), por ejemplo el agua.
Cuando el disolvente es agua, se llama disolución acuosa. El agua disuelve tantas cosas que se le llama el disolvente universal. Otros disolventes: el alcohol y la acetona (quitaesmalte).
Soluto y disolvente pueden ser sólidos, líquidos o gases: sal en agua (sólido en líquido), oxígeno en agua (gas en líquido), aleaciones como el latón (sólido en sólido), el aire (gas en gas).
Qué pasa cuando algo se disuelve
Las partículas de agua tiran de las partículas del soluto y las separan. El soluto se reparte en moléculas o iones sueltos, demasiado pequeños para verse.
Propiedades de una disolución verdadera
- Es clara y transparente (puede tener color, como el sulfato de cobre).
- Las partículas no se asientan si se deja reposar.
- Atraviesa el papel de filtro sin cambiar.
- El tamaño de las partículas es menor que 1 nm, más o menos.
Una suspensión (arena en agua) tiene partículas grandes que se asientan. Un coloide (la leche) tiene partículas de tamaño medio que no se asientan pero dispersan la luz.
Disolver no es lo mismo que fundir: el azúcar se disuelve en agua a temperatura ambiente, no se funde.
Concentración
Concentración = cantidad de soluto en una cantidad dada de disolución. Una disolución diluida tiene poco soluto; una concentrada tiene mucho.
- Porcentaje en masa = masa de soluto ÷ masa de disolución × 100
- Masa de la disolución = masa de soluto + masa de disolvente
- Masa por volumen = masa de soluto (g) ÷ volumen de disolución (L), en g/L
Añadir más disolvente (diluir) baja la concentración, pero la cantidad de soluto sigue siendo la misma.
Solubilidad, saturación y temperatura
La solubilidad es la mayor masa de soluto que se disuelve en 100 g de disolvente a una temperatura dada.
- Insaturada: todavía se puede disolver más soluto.
- Saturada: ya no se disuelve más a esa temperatura; el sólido extra se queda en el fondo.
- Sobresaturada: guarda más de lo normal tras enfriarse con cuidado; un cristalito hace que el exceso salga.
Una curva de solubilidad muestra la solubilidad según la temperatura. En la mayoría de los sólidos sube con la temperatura. En los gases baja: una bebida con gas caliente pierde el gas antes, y el agua caliente lleva menos oxígeno para los peces.
Remover y usar granos más pequeños hace que el sólido se disuelva más rápido, pero no cambia cuánto se puede disolver. Los cambios de energía al disolver pueden hacer que la disolución se caliente o se enfríe.
'Lo semejante disuelve a lo semejante': el agua disuelve sales y azúcar; el aceite no se mezcla con el agua, pero sí se disuelve en gasolina.
Cómo separar una disolución
Filtrar no funciona con una disolución, porque las partículas son demasiado pequeñas.
- Evaporación: se calienta hasta que el disolvente se va; queda el sólido.
- Cristalización: se calienta para obtener una disolución saturada y luego se enfría despacio; se forman cristales puros (se usa con el sulfato de cobre y el azúcar).
- Destilación: se hierve y luego se enfría el vapor para recoger el disolvente puro (se usa para obtener agua potable del agua de mar).
- Cromatografía: separa sustancias coloreadas disueltas, como las tintas.
Fórmulas y definiciones clave
- Disolución = soluto + disolvente
- % en masa = (masa de soluto ÷ masa de disolución) × 100
- Masa de disolución = masa de soluto + masa de disolvente
- Concentración (g/L) = masa de soluto ÷ volumen de disolución en L
- Solubilidad = masa máxima de soluto por cada 100 g de disolvente a una temperatura dada
Ejemplos resueltos
1. Se disuelven 15 g de azúcar en 135 g de agua. Calcula el porcentaje en masa.
Masa de la disolución = 15 + 135 = 150 g. % en masa = 15 ÷ 150 × 100 = 10 %.
2. ¿Cuánta sal hay en 250 g de una disolución de sal al 4 %?
Sal = 4 % de 250 = 0.04 × 250 = 10 g. Agua = 240 g.
3. Se disuelven 12 g de hidróxido de sodio hasta formar 500 mL de disolución. Calcula la concentración en g/L.
500 mL = 0.5 L. Concentración = 12 ÷ 0.5 = 24 g/L.
4. La solubilidad de una sal a 20 °C es 36 g por cada 100 g de agua. ¿Cuánta se puede disolver en 50 g de agua?
La mitad del agua, la mitad del soluto: 18 g.
5. Una disolución saturada a 60 °C tiene 110 g de sólido en 100 g de agua. Se enfría a 20 °C, donde la solubilidad es 32 g. ¿Cuánto sólido cristaliza?
110 − 32 = 78 g salen en forma de cristales.
6. ¿Por qué no se puede recuperar la sal del agua salada filtrándola?
La sal disuelta está en forma de iones diminutos que pasan con el agua por los agujeros del papel de filtro. Hay que evaporar el agua.
Errores comunes
- Dividir entre la masa del disolvente en lugar de la masa de la disolución al calcular el % en masa.
- Decir que el azúcar 'se funde' en el té; se disuelve.
- Pensar que remover aumenta la solubilidad; solo hace que se disuelva más rápido.
- Creer que los gases se disuelven más en agua caliente; se disuelven menos.