3.4: Solubilidad
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En una mezcla, dos o más materiales se mezclan entre sí pero permanecen esencialmente separados, como arena y agua. Todavía se puede notar fácilmente la diferencia entre la arena y el agua, porque aunque los sacudas se separarán de nuevo por su cuenta.
En una suspensión, uno o más materiales se mezclan en un líquido, y la mezcla se vuelve algo homogénea. En lugar de tener capas fácilmente identificables, el líquido se ve igual en todas partes. Sin embargo, las suspensiones son generalmente líquidos turbios. La leche es una suspensión. Contiene agua, grasas y proteínas. Pueden asentarse en capas separadas eventualmente, pero lleva tiempo.
En una solución, uno o más materiales se mezclan en un líquido, y la mezcla se convierte en un líquido completamente homogéneo. Las soluciones son transparentes, no turbia. Pueden ser de color o incoloros, pero siempre se puede ver a través de ellos. El agua salada es una solución.
No se pueden ver trozos de sal en la solución porque las partículas de sal son demasiado pequeñas para que las veas. La sal se separa en iones individuales, rodeados por moléculas de agua.
Por supuesto, si pones algo de sal en agua, puede que no se disuelva de inmediato. Tal vez tengas que revolverlo un rato.
Eventualmente más de la sal se disolvería en el agua.
Sin embargo, en algún momento, el sistema podría llegar al “equilibrio”: el agua ha disuelto toda la sal que pueda, por lo que el resto de la sal permanece sólida. Este equilibrio puede ser “dinámico”: diferentes iones pueden disolverse en el agua o pueden depositarse de la solución al estado sólido. Sin embargo, la relación global de iones disueltos a agua permanece igual.
Echemos un vistazo a la idea de que una cantidad dada de agua sólo es capaz de disolver una cantidad específica de sal.
- En el diagrama anterior, ¿cuántas moléculas de agua hay?
- ¿Cuántas unidades de sal (un anión y un catión) se disuelven?
- Si solo hubiera una docena de moléculas de agua presentes, ¿cuántas unidades de sal se disolverían?
- Si estuvieran presentes cien moléculas de agua, ¿cuántas unidades de sal se disolverían?
- Respuesta a:
-
25 aguas.
- Respuesta b:
-
2 unidades (2 aniones y 2 cationes).
- Respuesta c:
-
La mitad del agua solo podría disolver la mitad de la sal: 1 unidad.
- Respuesta d:
-
Cuatro veces el agua puede disolverse cuatro veces la sal: 4 unidades.
¿Por qué las sales se disuelven en agua? El agua es un compuesto molecular; los átomos están unidos directamente entre sí, en lugar de ser iones que son atraídos entre sí. Debido a las diferencias de electronegatividad, el oxígeno en el agua tiene una carga negativa parcial y los hidrógenos tienen cargas positivas parciales. Los compuestos iónicos pueden disolverse en líquidos polares como el agua porque los iones son atraídos por la parte positiva o negativa de la molécula.
Tenga en cuenta que hay una especie de tira y afloja involucrada cuando las cosas se disuelven en el agua. El agua está alejando los iones individuales del sólido. El sólido está sacando iones individuales del agua. Existe un equilibrio en algún momento, basado en qué tan fuerte atrae el agua a los iones, versus qué tan fuerte atrae el sólido iónico a los iones.
Se podría esperar poder predecir grados de solubilidad en agua para diferentes compuestos iónicos. Simplemente usarías los principios de la ley de Coulomb que usamos en los puntos de fusión. Cuanto más pequeños sean los iones, más cerca estarían, y más difícil sería para las moléculas de agua alejar los iones entre sí.
Predecir cuál de los siguientes pares debería ser más soluble en agua, en base a lo que sabes sobre la atracción coulómbica entre iones.
- LiF o NaF
- NaK o KF
- BeO o LiF
- Respuesta a:
-
El LiF debería ser más soluble.
- Respuesta b:
-
El KF debería ser más soluble (pero sigue leyendo).
- Respuesta c:
-
El LiF debería ser más soluble.
Aunque el fluoruro de litio y el óxido de magnesio contienen cationes y aniones de aproximadamente el mismo tamaño, el fluoruro de litio es mucho más soluble en agua (2.7 g/L) que el óxido de magnesio (0.087 g/L) a temperatura ambiente. Proponer una razón por la cual.
- Contestar
-
El MgO contiene más iones altamente cargados (Mg 2 + y O 2-) que LiF (Li + y F -) y por lo tanto es más difícil separar los iones de su estado sólido.
Sin embargo, las tendencias que vimos en los puntos de fusión en los compuestos iónicos se vuelven más complicadas cuando se trata de solubilidad. La solubilidad en agua de los cloruros alcalinos no sigue una tendencia simple (Cuadro\(\PageIndex{1}\)).
Cuadro Solubilidad en\(\PageIndex{1}\) agua entre cloruros alcalinos.
| Compuesto | Solubilidad en agua en g/100 mL a 20 o C |
|---|---|
| LiCl | 83 |
| NaCl | 359 |
| KCl | 344 |
El cloruro de litio es sin duda el menos soluble en agua de los tres compuestos. Eso tiene sentido, ya que los iones de litio son pequeños y la atracción por el cloruro sería más fuerte en esa distancia más corta. Sin embargo, esperaríamos que el cloruro de potasio sea el más soluble con diferencia, y apenas es diferente del cloruro de sodio.
Proponer una explicación de por qué la solubilidad en agua de los cloruros alcalinos no aumenta simplemente a medida que el catión se hace más grande.
- Contestar
-
Los iones interactúan con el agua a través de interacciones electrostáticas, también. El mismo factor de distancia que permite que los iones pequeños se atraigan entre sí más fuertemente también permite que los iones pequeños interactúen más fuertemente con el agua.
Si cambiamos los haluros, vemos tendencias similares.
Cuadro Solubilidad en\(\PageIndex{2}\) agua entre haluros de litio.
| Compuesto | Solubilidad en agua en g/100 mL a 20 o C |
|---|---|
| LiCl | 83 |
| LiBr | 166 |
| LiI | 150 |
Una vez más, no es sorprendente que el cloruro de litio sea el menos soluble, pero el más soluble parece ser el bromuro de litio, no el yoduro de litio.
Este tipo de comportamiento, en el que empezamos a ver una tendencia pero luego se invierte, a menudo significa que hay más de un factor en el trabajo. En este caso, hay un par de otros factores, algunos de los cuales son más complicados. Uno de ellos simplemente implica el hecho de que hay dos interacciones sucediendo aquí. No solo estamos superando la atracción del sólido iónico por iones individuales, como cuando algo se derritió. En este caso, también existe la atracción del agua para que el ion piense. Esa atracción también debería regirse por la Ley de Coulomb. En algún momento, debe haber un punto de inflexión, cuando los factores que aumentan la atracción entre los iones también aumentan la atracción entre el ion y el agua. Uno u otro de estos factores puede convertirse en el jugador dominante bajo diferentes circunstancias.
- Varias interacciones están involucradas en la disolución.
- La atracción catión-anión es solo una de estas interacciones.
- Las interacciones catión-agua y anión-agua también son importantes.
- Las interacciones agua - agua también juegan un papel importante.
Recuerda que un factor adicional que influye en la energía de celosía es la cantidad de carga. Si observamos la solubilidad de algunos cloruros alcalinotérreos y los comparamos con haluros alcalinos, podemos ver la diferencia que hace la carga. Los metales alcalinos se encuentran en la primera columna de la tabla periódica y sus iones tienen una carga +1. Los metales alcalinotérreos se encuentran en la segunda columna de la tabla periódica y sus iones tienen una carga +2.
Cuadro Solubilidad en\(\PageIndex{3}\) agua entre cloruros alcalinos y alcalinotérreos.
| Compuesto | Solubilidad en agua en g/100 mL a 20 o C |
|---|---|
| LiCl | 83 |
| BecL 2 | 15 |
| MgCl 2 | 54 |
Esperamos que las mayores cargas en berilio y cloruro de magnesio den como resultado mayores energías de celosía. Si los iones en el cloruro de berilio se vuelven más difíciles de separar, entonces será más difícil disolver este compuesto en agua. En cambio, los iones permanecerán firmemente pegados entre sí.
Revisemos algunos puntos básicos sobre los sólidos iónicos.
- Definir energía de celosía.
- ¿Qué dos propiedades afectan a la energía reticular de un compuesto iónico?
- ¿Una energía de red más fuerte o más débil da como resultado un enlace iónico más fuerte?
- ¿Cómo afectará una energía de celosía fuerte a los puntos de fusión y ebullición de una red cristalina?
- ¿Cómo afectará una energía de celosía fuerte a la solubilidad de una red cristalina?
- Respuesta a:
-
La energía reticular de un sólido iónico es una medida de la fuerza de los enlaces en ese compuesto iónico.
- Respuesta b:
-
Carga del ion (directamente relacionada con la energía de la red); Radio de cada ion (inversamente relacionado con la energía de la red)
- Respuesta c:
-
Una energía de celosía más fuerte resulta en una unión más fuerte. Cuanto más fuerte es el enlace, más energía se requiere para separar los iones.
- Respuesta d:
-
La energía reticular más fuerte da como resultado mayor mp o bp.
- Respuesta e:
-
La energía de celosía más fuerte da como resultado una red cristalina menos soluble.
En cada par, determine qué compuesto tendrá una mayor energía de celosía.
- NaCl o NaBr
- KF o CaF2
- MgO o Na2O
- KF o CsCl
- RbBr o CaCl2