9.4: El efecto de la temperatura sobre la solubilidad

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Objetivos de aprendizaje

Describir cómo la temperatura afecta la solubilidad de diferentes tipos de soluto.

La solubilidad de la mayoría de las sustancias sólidas aumenta a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, el efecto es difícil de predecir y varía ampliamente de un soluto a otro. La dependencia de la temperatura de la solubilidad se puede visualizar con la ayuda de una curva de solubilidad, una gráfica de la solubilidad vs. temperatura (Figura\(\PageIndex{1}\) a continuación).

Observe cómo la dependencia de la temperatura de\(\ce{NaCl}\) es bastante plana, lo que significa que un aumento en la temperatura tiene relativamente poco efecto sobre la solubilidad de\(\ce{NaCl}\). La curva para\(\ce{KNO_3}\), por otro lado, es muy pronunciada, por lo que un aumento en la temperatura aumenta drásticamente la solubilidad de\(\ce{KNO_3}\).

Varias sustancias—\(\ce{HCl}\),\(\ce{NH_3}\), y\(\ce{SO_2}\) —tienen solubilidad que disminuye a medida que aumenta la temperatura. Todos son gases a presión estándar. Cuando se calienta un disolvente con un gas disuelto en él, aumenta la energía cinética tanto del disolvente como del soluto. A medida que aumenta la energía cinética del soluto gaseoso, sus moléculas tienen una mayor tendencia a escapar de la atracción de las moléculas de disolvente y regresar a la fase gaseosa. Por lo tanto, la solubilidad de un gas disminuye a medida que aumenta la temperatura.

Las curvas de solubilidad se pueden usar para determinar si una solución dada es saturada o insaturada. Supongamos que\(80 \: \text{g}\) de\(\ce{KNO_3}\) se agrega a\(100 \: \text{g}\) de agua en\(30° \text{C}\). De acuerdo con la curva de solubilidad en la Figura\(\PageIndex{1}\), aproximadamente\(48 \: \text{g}\) de\(\ce{KNO_3}\) se disolverá en\(30° \text{C}\). Esto quiere decir que la solución estará saturada ya que\(48 \: \text{g}\) es menor que\(80 \: \text{g}\). También podemos determinar que habrá\(80 - 48 = 32 \: \text{g}\) de quedar sin disolver\(\ce{KNO_3}\) en el fondo del contenedor. En un segundo escenario, supongamos que esta solución saturada se calienta a\(60° \text{C}\). De acuerdo con la curva, la solubilidad de\(\ce{KNO_3}\) at\(60° \text{C}\) es aproximadamente\(107 \: \text{g}\). La solución, en este caso, es insaturada ya que contiene sólo el original\(80 \: \text{g}\) del soluto disuelto. Supongamos en un tercer caso, que la solución se enfría hasta el final\(0° \text{C}\). La solubilidad en\(0° \text{C}\) es aproximadamente\(14 \: \text{g}\), es decir, la\(80 - 14 = 66 \: \text{g}\) de la\(\ce{KNO_3}\) voluntad recristalizar.

Soluciones sobresaturadas

Algunos solutos, como el acetato de sodio, no recristalizan fácilmente. Supongamos que se prepara una solución exactamente saturada de acetato de sodio en\(50° \text{C}\). A medida que vuelve a enfriarse a temperatura ambiente, no aparecen cristales en la solución, aunque la solubilidad del acetato de sodio es menor a temperatura ambiente. Una solución supersaturada es una solución que contiene más de la cantidad máxima de soluto que es capaz de disolverse a una temperatura dada. La recristalización del exceso de soluto disuelto en una solución sobresaturada se puede iniciar mediante la adición de un pequeño cristal de soluto, llamado cristal semilla. El cristal semilla proporciona un sitio de nucleación en el que el exceso de cristales disueltos puede comenzar a crecer. La recristalización a partir de una solución sobresaturada suele ser muy rápida.

Precipitación a partir de soluciones supersaturadas

La recristalización del exceso de soluto a partir de una solución sobresaturada generalmente emite energía como calor. Los paquetes térmicos comerciales que contienen acetato de sodio sobresaturado (NaC ₂ H ₃ O ₂) aprovechan este fenómeno. Probablemente los puedas encontrar en tu farmacia local.

Video\(\PageIndex{1}\): Acetato de sodio trihidratado. El cristal de aguja es estructuras realmente maravillosas