Solubilidad

Solubilidad 
La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una cantidad específica de solvente a una temperatura determinada. El grado de solubilidad de una sustancia se determina a través de la experimentación. Hoy día existen tablas con los valores dados del grado de solubilidad de las sustancias. Por ejemplo: en la siguiente tabla se muestra la solubilidad de varias sales disueltas en agua a 20 ºC. Las unidades son gramos/litro.

      Sal                   gramos/litro

Para determinar si una sustancia es soluble en otra o ver si tiene solubilidad en otra, debemos tomar en cuenta varios factores. Estos factores pueden modificar el grado de solubilidad de un compuesto.

Factores modificadores de la solubilidad 

• La naturaleza del soluto y del disolvente: Para que un soluto se disuelva en un solvente debe existir una relación favorable entre las fuerzas moleculares de ambos. Hay que tomar en cuenta:

1. Las fuerzas de atracción que mantienen unidas las partículas del soluto. 
2. Las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las partículas del solvente. 
3. Y las fuerzas de atracción existentes entre las partículas del soluto y el solvente. 

Si las dos primeras fuerzas son mayor que la tercera, el soluto no se disuelve. 

Pero si la tercera fuerza es mayor que las dos primera, el soluto se disuelve.

     

Por regla general; los solutos iónicos o polares se disuelven en solventes polares. 

Los solutos NO polares se disuelven en solventes NO polares. O sea, similares se disuelven en similares. 

• La temperatura: En cuanto a la temperatura debemos considerar, especialmente, dos casos:

1. Soluciones de Soluto Sólido y Solvente Líquido: en este caso, como regla general tenemos que, a medida que aumenta la temperatura aumenta la solubilidad. O sea, que para las soluciones solido- líquido, la solubilidad es directamente proporcional a la temperatura. Esta claro que cuando estamos endulzando un jugo, si este está frío, el azúcar no se disuelve completamente. Pero si el jugo no está frío, el azúcar, se disuelve con más facilidad.
2. Soluciones de Soluto Gas y Solvente Líquido: en este caso sucede lo contrario a lo anterior. En las soluciones gas-líquido, como regla general, la solubilidad aumenta  a medida que disminuye la temperatura. O sea, que en este caso, la solubilidad es indirectamente proporcional a la temperatura. Como ejemplo podemos citar que, las bebidas gaseosas, mantienen mas CO2  disuelto cuando están refrigeradas que cuando no lo están. 

• La presión: la presión solo es un factor que solo afecta a las soluciones que contienen un soluto o solvente en estado gaseoso. Por regla general para este caso, la solubilidad es directamente proporcional a la presión. O sea, que la  según aumente la presión en los gases, también aumentará la solubilidad. Cuando la presión disminuya, la solubilidad también disminuirá.
• El tamaño de las partículas del soluto: en toda solución, mientras más pequeñas sean las partículas del soluto, mayor será la solubilidad. Esto, porque se facilita la mezcla entre el soluto y el solvente.
• La agitación: en toda solución, la agitación aumenta la solubilidad debido al aumento de choques entre el soluto y el disolvente. Ejemplo: Sabemos que para hacer un jugo debemos agitar la solución para mezclar con más rapidez los ingredientes.

Las soluciones

Las soluciones, también llamadas disoluciones, son mezclas homogéneas que contienen dos o más sustancias. En  una solución, generalmente, tenemos un soluto y un solvente o disolvente. El soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la solución, es el que se disuelve. El solvente o disolvente es la sustancia que se encuentra en mayor proporción en la solución, es el que disuelve.

El solvente (disolvente)más común es el agua (H₂O). Se le considera el "disolvente universal". Esta característica del agua se debe a que su molécula es polar.

Cuando hablamos de una mezcla homogénea nos referimos a una mezcla que presenta una sola fase o región observable. Esto significa que las moléculas o iones de la solución están distribuidas de manera uniforme y ni con la ayuda de microscopio se puede observar heterogeneidad.

Por ser mezclas homogéneas, las soluciones no pueden separarse  a través de métodos mecánicos como un simple filtrado. Las soluciones si pueden ser separadas por medio de una destilación, en la cual se evaporaría  primero la sustancia que tenga punto de ebullición más bajo quedando la otra.

Para que tengamos una idea de lo que es una solución, ahora veremos algunos ejemplos comunes:

• Cuando disolvemos sal común (Cloruro de Sodio, NaCl) en agua:

Si observamos una solución de agua de sal, cuando toda la sal está disuelta no podemos identificar al soluto ni al solvente, o sea, es una mezcla homogénea. 

• Si disolvemos azúcar en agua:   

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Lo mismo sucede si observamos una solución de azúcar en agua.

Existen muchos más ejemplos, la sangre es una solución, el agua de mar, la gasolina, el café con leche, etc.

Estado final de las soluciones

Las soluciones pueden formarse con sustancias en los tres estados básicos de la materia, pero el estado final de la solución está determinado por el estado físico del solvente o disolvente. Así, si el disolvente es un líquido, la solución será líquida, si es un sólido, la solución será sólida y si el solvente es un gas, la solución será un gas.

Soluto-Solvente	Estado Final	Ejemplos
Sólido-Sólido	Sólido	Aleaciones metálicas
Líquido-Sólido	Sólido	Mercurio en Plata (amalgama dental)
Gas-Sólido	Sólido	El Hidrógeno se disuelve en algunos metales (Platino)
Sólido-Líquido	Líquido	Sal en agua
Líquido-Líquido	Líquido	Alcohol en agua
Gas-Líquido	Líquido	Bebidas gaseosas  (Coca-Cola)
Sólido-Gas	Gaseoso	Partículas de polvo en aire
Líquido-Gas	Gaseoso	Neblina  (gotas de agua en aire)
Gas-Gas	Gaseoso	Oxígeno en Nitrógeno

Clasificación de las soluciones atendiendo a la cantidad de soluto:

Según la cantidad de soluto que contenga una solución, esta se puede clasificar en:

• Soluciones Diluidas: son aquellas soluciones que contienen una cantidad de soluto disuelto menor a la que admite la solución a una temperatura dada. Ejemplo: Una solución que contiene 20 gramos de cloruro de sodio en 100 gramos de agua a 25 ºC.
• Soluciones Saturadas o Concentradas: son aquellas soluciones que contienen una cantidad de soluto disuelto que es la cantidad máxima que admite la solución a una temperatura dada. Ejemplo: La máxima cantidad de cloruro de sodio que se puede disolver en 100gramos de agua a 25 ºC es 36.5gramos. 
• Soluciones Sobresaturadas: son aquellas soluciones que contienen una cantidad de soluto mayor a la que admite la solución a una temperatura dada. Por lo general, estas soluciones se preparan calentando el solvente y agregando una cantidad excesiva de soluto, luego, se deja enfiar la solución. Ejemplo: Una solución que contiene 40 gramos de cloruro de sodio en 100 gramos de agua a 25ºC

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Estos vasos contienen una tinta roja disuelta y muestran las diferencias entre las soluciones diluidas y las concentradas. 

Las de la izquierda están más diluidas que las de la derecha.

Química

Química 
          La química es la ciencia que se encarga del estudio de la materia. Así, la química estudia la composición, la estructura, las propiedades y las transformaciones de la materia. Abarcando también la relación de la energía con la materia y sus cambios.

Ramas de la Química 
          Hoy día la química abarca grandes campos de estudio y por tanto se ha dividido en varias ramas como son:

• Química Orgánica: se encarga del estudio de los compuestos del carbono. Abarca el estudio de los compuestos relacionados con la vida y el petroleo, cuya base principal es el carbono.               Abarca el estudio de los siguientes grupos de compuestos orgánicos: alcanos, alquenos, alquinos, compuestos cíclicos (ciclo-alcanos, ciclo-alquenos), cetonas, fenoles, ácidos carboxílicos, éteres y ésteres. 

• Química Inorgánica: comprende el estudio de la materia sin vida, como los minerales. 
• Química Analítica: estudio cuantitativo de la composición de las sustancias.
• Físico-Química:  estudia los conceptos y fenómenos que son comunes a estas dos ciencias.
• Bioquímica:  se encarga del estudio de los fenómenos químicos que ocurren en los seres vivos.

Algunas Grandes Figuras de la Química 
          Han habido muchos hombres que desde muy remotos siglos han aportado al desarrollo de la química como ciencia, entre estos:

Antoine Lavoisier: 

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          Conocido como el padre de la química, durante toda su vida hizo grandes y valiosos aportes a la química, entre ellos cabe mencionar: la investigación de la composición del agua denominando a sus componentes Hidrógeno y Oxigeno, estudió la combustión determinando que esta se produce por la combinación de una sustancia con el Oxigeno. También descubrió el papel del Oxigeno en la respiración animal y vegetal. Su más grande aporte a la química fué la formulación de la famosa "Ley de Conservación de la Materia" o "Ley de Lavoisier", que establece que "la masa total de los reactivos antes de reaccionar, es igual a la masa de los productos luego de la reacción."

Louis Proust:                                                                                           

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          El aporte mas importante dado por Proust a la química fue la enunciación de la "Ley de las proporciones definidas" o "Ley de las proporciones constantes" entre 1794 y 1804. Esta ley establece que "cuando dos o mas sustancias se combinan para formar un compuesto, lo hacen proporciones definidas y constantes de masa". Esta ley es conocida también como "Ley de Proust". Por medio de esta ley sabemos que existe una proporción de masa invariable para la  formación de los compuestos y que de no hacerse la combinación en las proporciones establecidas, sobrará reactivo. Aplicando la ley de Proust en un compuesto, podemos establecer tres relaciones:

1. Relación química o atómica: esta nos dice cuantos átomos de cada elemento forman una molécula del compuesto.
2. Relación de masas: esta nos indica en que proporción de masa están combinados los átomos de cada elemento en el compuesto, osea, cuantos gramos de cada elemento forman el compuesto. La suma de la cantidad de gramos de los elementos que forman el compuesto es igual al peso molecular del compuesto.  
3. Relación porcentual: esta nos indica el porcentaje de cada elemento que forma el compuesto.

 John Dalton 

                                                        Representación del modelo atómico de Dalton

          John Dalton, creador de la primera teoría atómica con una base científica, formulada en 1808. Las bases de este modelo son:

1. La materia está formada por unas partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles e indestructibles.
2. Los átomos de los mismos elementos son idénticos entre si, osea, tienen igual masa y propiedades.
3. Los átomos de elementos diferentes poseen distintas propiedades y masas.
4. Al combinarse, los átomos forman compuestos y lo hacen en una proporción sencilla y constante. 
5. La separación y unión de átomos se da en las reacciones químicas. En estas ningún atomo se crea ni se destruye, ni tampoco un átomo se convierte en otro.

Joseph John Thomson   

 

J. J. Thomson y su modelo atómico. 

          Thomson presenta la su teoría sobre la estructura atómica en 1904. Este había descubierto los electrones en el 1897. En su teoría atómica propone que el átomo es una partícula, en la cual la mayor cantidad de masa es positiva y posee, incrustados en ella, cargas negativas (los electrones), estos forman una mezcla homogénea entre ambos. Este modelo atómico es también conocido como el modelo del "pudin de pasas". Su modelo fue considerado erróneo cuando Rutherford cuando en su experimento descubrió el núcleo del átomo.

 Ernest Rutherford 

Rutherford y su modelo atómico.

          Rutherford demostró que el modelo atómico planteado por J. J. Thomson era erróneo. Para este fin realizo un experimento que consistía en disparar partículas alfa (núcleos de Helio) a una placa muy delgada de Oro. Dichas partículas alfa poseen cargas +2 y el resultado del experimento fué el siguiente: 

Experimento de Rutherford con lámina de Oro.

1. Hubieron partículas que se desviaron ligeramente.
2. Otras se desviaron totalmente
3. Y otras chocaron en la lamina y tomaron una dirección opuesta a la inicial, (rebotaron).

          Basándose en los resultados obtenidos, Rutherford formuló su teoría atómica en la cual propone un átomo con las siguientes características:

• El átomo es una partícula que consta de un núcleo muy pequeño con carga positiva.
• Fuera del núcleo se encuentran los electrones con carga negativa, girando al rededor del núcleo como lo hacen los planetas.
• Por ser de cargas contrarias, los electrones y el núcleo, se atraen mutuamente y esta fuerza es la causa del giro de los electrones al rededor del núcleo.