11.2: Los electrolitos
habilidades para desarrollar
- Definir y dar ejemplos de los electrolitos.
- Distinguir entre los cambios físicos y químicos que acompañan la disolución de los electrolitos iónicos y covalentes.
- Relacionar la resistencia del electrolito a las fuerzas atractivas de soluto-solvente
Cuando algunas sustancias se disuelven en el agua, pasan por un cambio físico o químico que produce iones en una solución. Estas sustancias constituyen una clase importante de compuestos llamados los electrolitos. Las sustancias que no producen iones cuando se disuelven no son electrolitos. Si el proceso físico o químico que genera los iones es esencialmente 100% eficiente (todo el compuesto disuelto produce iones), entonces la sustancia se conoce como un electrolito fuerte. Si solo una fracción relativamente pequeña de la sustancia disuelta se somete al proceso de producción de iones, se llama un electrolito débil.
Las sustancias se pueden identificar como fuertes, débiles o no electrolitos cuando medimos la conductancia eléctrica de una solución acuosa que contiene la sustancia. Para conducir la electricidad, una sustancia debe contener especies cargadas y libremente móviles. Lo más familiar es la conducción de electricidad a través de cables metálicos, en cual caso las entidades móviles cargadas son los electrones. Las soluciones también pueden conducir electricidad si contienen iones disueltos, y la conductividad aumenta a medida que aumenta la concentración de los iones. La aplicación de un voltaje a los electrodos sumergidos en una solución permite evaluar la concentración relativa de los iones disueltos, ya sea cuantitativamente, midiendo el flujo de corriente eléctrica, o cualitativamente, observando el brillo de una bombilla incluida en el circuito (Figura \(\PageIndex{1}\)).
Los electrolitos iónicos
El agua y otras moléculas polares son atraídas por los iones, como se muestra en la Figura \(\PageIndex{2}\). La atracción electrostática entre un ion y una molécula con un dipolo se llama la atracción ion-dipolo. Estas atracciones juegan un papel importante en la disolución de los compuestos iónicos en el agua.
Cuando los compuestos iónicos se disuelven en el agua, los iones en el sólido se separan y se dispersan uniformemente por toda la solución porque las moléculas de agua rodean y disuelven los iones, reduciendo las fuertes fuerzas electrostáticas entre ellos. Este proceso representa un cambio físico conocido como la disociación. En la mayoría de las condiciones, los compuestos iónicos se disociarán casi por completo cuando se disuelvan, por lo que se clasifican como electrolitos fuertes.
Consideremos lo que sucede al nivel microscópico cuando agregamos KCl sólido al agua. Las fuerzas de dipolo iónico atraen el extremo positivo (hidrógeno) de las moléculas de agua polar a los iones de cloruro negativos en la superficie del sólido, y atraen los extremos negativos (oxígeno) a los iones de potasio positivos. Las moléculas del agua penetran entre los iones individuales K + y Cl − y los rodean, reduciendo las fuertes fuerzas interiónicas que unen a los iones y dejándolos salir en solución como iones solvatados, como se muestra en la Figura. La reducción de la atracción electrostática permite el movimiento independiente de cada ion hidratado en una solución diluida, lo que resulta en un aumento en el desorden del sistema a medida que los iones cambian de sus posiciones fijas y ordenadas en el cristal a estados móviles y mucho más desordenados en solución. Este aumento en desorden es responsable por la disolución de muchos compuestos iónicos, incluido el KCl, que se disuelve con la absorción del calor.
En otros casos, las atracciones electrostáticas entre los iones en un cristal son tan grandes, o las fuerzas de atracción ion-dipolo entre los iones y las moléculas de agua son tan débiles, que el aumento del desorden no puede compensar por la energía requerida para separar los iones, y el cristal es insoluble. Tal es el caso para compuestos como el carbonato de calcio (piedra caliza), el fosfato de calcio (el componente inorgánico del hueso) y el óxido de hierro (óxido).
Los electrolitos covalentes
El agua pura es un conductor malo de la electricidad porque está muy poco ionizada, solo dos de cada mil millones de moléculas del agua se ionizan a 25 °C. El agua se ioniza cuando una molécula de agua cede un protón a otra molécula de agua, produciendo iones de hidronio e hidróxido.
\[\ce{H_2O (l)+ H_2O (l) \rightleftharpoons H_3O^{+} (aq) + OH^{−} (aq)} \label{11.3.2}\]
En algunos casos, nos damos cuenta que las soluciones preparadas a partir de los compuestos covalentes conducen la electricidad porque las moléculas de soluto reaccionan químicamente con el solvente para producir los iones. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno puro es un gas que consiste en moléculas de HCl covalentes. Este gas no contiene iones. Sin embargo, cuando disolvemos el cloruro de hidrógeno en el agua, encontramos que la solución es un muy buen conductor. Las moléculas del agua juegan un papel esencial en la formación de los iones: las soluciones de cloruro de hidrógeno en muchos otros solventes, como el benceno, no conducen electricidad y no contienen iones.
El cloruro de hidrógeno es un ácido , por lo que sus moléculas reaccionan con el agua, transfiriendo iones H + para formar iones de hidronio (\(H_3O^+\)) e iones de cloruro (Cl − ):
Esta reacción es esencialmente 100% completa para HCl (es decir, es un ácido fuerte y, en consecuencia, un electrolito fuerte). Del mismo modo, los ácidos y los bases débiles que solo reaccionan parcialmente generan concentraciones relativamente bajas de iones cuando se disuelven en el agua y se clasifican como electrolitos débiles. Es posible que el lector desee revisar la discusión sobre los ácidos fuertes y los ácidos débiles proporcionados en el capítulo anterior de este texto sobre las clases de reacciones y la estequiometría.
Resumen
Las sustancias que se disuelven en el agua para producir los iones que se llaman los electrolitos. Los electrolitos pueden ser compuestos covalentes que reaccionan químicamente con el agua para producir los iones (por ejemplo, los ácidos y los bases), o pueden ser compuestos iónicos que se disocian para producir sus cationes y aniones constituyentes, cuando se disuelven. La disolución de un compuesto iónico se ve facilitada por las atracciones ion-dipolo entre los iones del compuesto y las moléculas de agua polar. Las sustancias iónicas solubles y los ácidos fuertes se ionizan por completo y son electrolitos fuertes, mientras que los ácidos y los bases débiles se ionizan solo en pequeña medida y son electrolitos débiles. Los no electrolitos son sustancias que no producen iones cuando se disuelven en el agua.
Glosario
- disociación
- proceso físico que acompaña la disolución de un compuesto iónico en el que los iones constituyentes del compuesto se solvatan y dispersan por toda la solución
- electrólito
- sustancia que produce iones cuando se disuelve en agua
- atracción de dipolo iónico
- atracción electrostática entre un ion y una molécula polar
- no electrolito
- sustancia que no produce iones cuando se disuelve en el agua
- electrolito fuerte
- sustancia que se disocia o ioniza por completo cuando se disuelve en el agua
- electrolito débil
- sustancia que se ioniza solo parcialmente cuando se disuelve en el agua
Contribuyentes
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Paul Flowers (Universidad de Carolina del Norte - Pembroke), Klaus Theopold (Universidad de Delaware) y Richard Langley (Stephen F. Austin Universidad del Estado) con autores contribuyentes. Contenido del libro de texto producido por la Universidad de OpenStax tiene licencia de Atribución de Creative Commons Licencia 4.0 licencia. Descarge gratis en http://cnx.org/contents/85abf193-2bd...a7ac8df6@9.110) ."
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Ana Martinez ( amartinez02@saintmarys.edu ) contribuyó a la traducción de este texto.